CN105978224A - 一种永磁式单气隙复合风力发电机 - Google Patents

一种永磁式单气隙复合风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁式单气隙复合风力发电机，包括壳体（1）和风车叶片（2），所述的壳体（1）内设有同心套装在一起的永磁体总成（3）、调制环总成（4）和绕组总成（5），调制环总成（4）无间隙地固定套装在绕组总成（5）上，且调制环总成（4）和绕组总成（5）构成一个整体后与永磁体总成（3）之间以单气隙（6）相隔开，风车叶片（2）转动时能够使得壳体（1）同步转动并进而带动固设在壳体（1）内壁上的永磁体总成（3）转动产生旋转磁场，固设的绕组总成（5）切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过引出线（7）与外接电路（8）相连完成发电过程。本发明结构简单紧凑、永磁用量少且安装简单，故适宜推广使用。

Description

一种永磁式单气隙复合风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，具体地说是一种结构简单紧凑、永磁用量少且安装简单的永磁式单气隙复合风力发电机。
背景技术
现有的风力发电机在许通常利用风力驱动风车轴带动风力发电机转子，同时连接机械齿轮增速机，以便与负载的转速和扭矩相匹配。这种驱动方式不仅增加了系统的复杂性，增大了安装空间，还会带来振动、噪声和磨损。现有的永磁式复合风力发电机将永磁齿轮和永磁发电机集成为一体，使永磁发电机能够变速输出，但其由4层部件构成，且部件间由气隙隔开，因此有3层气隙，机械结构复杂，设计制造困难，磁体用量大，体积大；风车通过轴与发电机轴联接，对轴的强度和刚度提出较高要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有永磁式风力发电机变速输出、机械结构复杂、体积重量大、磁体用量大、设计制造困难的缺陷，提供一种结构简单紧凑、永磁用量少且安装简单的永磁式单气隙复合风力发电机。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种永磁式单气隙复合风力发电机，包括壳体和风车叶片，其特征在于：所述的壳体内设有同心套装在一起的永磁体总成、调制环总成和绕组总成，位于永磁体总成和绕组总成之间的调制环总成无间隙地固定套装在绕组总成上，且调制环总成和绕组总成构成一个整体后与永磁体总成之间以单气隙相隔开，风车叶片转动时能够使得壳体同步转动并进而带动固设在壳体内壁上的永磁体总成转动产生旋转磁场，固设的绕组总成切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过引出线与外接电路相连完成发电过程。
所述的永磁体总成转动产生的旋转磁场经调制环总成调制所产生的空间谐波极对数与绕组总成切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流的极对数相匹配。
所述的壳体内设有一外伸的空心支撑轴，空心支撑轴通过轴承设置在壳体中。
所述空心支撑轴的两端分别向外伸出壳体，此时与绕组总成相连接的引出线从空心支撑轴的一端穿出后与外接电路相连以传输电流。
所述壳体的其中一端侧设置端盖用以封闭壳体，则空心支撑轴的一端向外伸出壳体的一端侧延伸部位处而空心支撑轴的另一端向外伸出端盖的端侧延伸部位处，此时与引出线相连接的外接电路位于端盖侧或位于端盖的反向侧。
所述空心支撑轴的其中一端向外伸出壳体的其中一端侧延伸部位处且壳体的另一端侧设置端盖用以封闭壳体；此时与绕组总成相连接的引出线从空心支撑轴向外伸出壳体的一端穿出后与外接电路相连以传输电流，或者与绕组总成相连接的引出线直接穿出端盖与外接电路相连以传输电流。
所述空心支撑轴的其中一端向外伸出壳体的其中一端侧延伸部位处且壳体的另一端侧设置端盖用以封闭壳体；此时与绕组总成相连接的引出线从空心支撑轴向外伸出壳体的一端穿出后与外接电路相连以传输电流，且端盖上设有用于安装带有风车叶片的风车轴，风车轴和风车叶片构成带动壳体转动的风车。
所述的风车叶片直接安装在壳体上并沿壳体的周向均匀分布。
所述的绕组总成固定设置在空心支撑轴上；绕组总成包括线圈绕组和铁芯且线圈绕组与引出线相连接。
所述的永磁体总成由周向设置均匀排布在壳体的内壁上的永磁体构成；所述的调制环总成由支撑环和沿周向间隔设置在支撑环上的调磁块构成；所述调制环总成中的调磁块的数量等于永磁体总成中的永磁体的极对数和绕组总成中的线圈绕组的极对数之和。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过将位于永磁体总成和绕组总成之间的调制环总成无间隙地固定套装在绕组总成上，调制环总成和绕组总成构成一个整体后与永磁体总成之间以单气隙相隔开，且风车叶片能够与壳体同步转动，使得该风力发电机内仅有一个气隙且结构简单紧凑、永磁用量少、安装简单，故适宜推广使用。
附图说明
附图1为本发明的永磁式单气隙复合风力发电机的实施例一的结构示意图；
附图2为附图1所示的实施例的侧视剖面结构示意图；
附图3为本发明的永磁式单气隙复合风力发电机的实施例二的结构示意图；
附图4为附图3所示的实施例的侧视剖面结构示意图；
附图5为本发明的永磁式单气隙复合风力发电机的实施例三的结构示意图；
附图6为附图3所示的实施例的侧视剖面结构示意图。
其中：1—壳体；2—风车叶片；3—永磁体总成；4—调制环总成；5—绕组总成；6—单气隙；7—引出线；8—外接电路；9—空心支撑轴；10—轴承；11—端盖；12—风车轴。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-4所示：一种永磁式单气隙复合风力发电机，包括壳体1和风车叶片2，在壳体1内设有同心套装在一起的永磁体总成3、调制环总成4和绕组总成5，位于永磁体总成3和绕组总成5之间的调制环总成4无间隙地固定套装在绕组总成5上，且调制环总成4和绕组总成5构成一个整体后与永磁体总成3之间以单气隙6相隔开，风车叶片2转动时能够使得壳体1同步转动并进而带动固设在壳体1内壁上的永磁体总成3转动产生旋转磁场，永磁体总成3转动产生的旋转磁场经调制环总成4调制所产生的空间谐波极对数与绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流的极对数相匹配，固设的绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过引出线7与外接电路8相连完成发电过程。
进一步描述该永磁式单气隙复合风力发电机的结构，在壳体1内设有一外伸的空心支撑轴9，空心支撑轴9通过轴承10设置在壳体1中，一般来说空心支撑轴9的设置方式有两种，空心支撑轴9的第一种设置方式是：空心支撑轴9的两端分别向外伸出壳体1，此时与绕组总成5相连接的引出线7从空心支撑轴9的一端穿出后与外接电路8相连以传输电流；在该种设置方式中还可在壳体1的其中一端侧设置端盖11用以封闭壳体1，则空心支撑轴9的一端向外伸出壳体1的一端侧延伸部位处而空心支撑轴9的另一端向外伸出端盖11的端侧延伸部位处，此时与引出线7相连接的外接电路8位于端盖11侧或位于端盖11的反向侧（如图1、2所示）。空心支撑轴9的第二种设置方式是：空心支撑轴9的其中一端向外伸出壳体1的其中一端侧延伸部位处且壳体1的另一端侧设置端盖11用以封闭壳体1，此时与绕组总成5相连接的引出线7从空心支撑轴9向外伸出壳体1的一端穿出后与外接电路8相连以传输电流，或者与绕组总成5相连接的引出线7直接穿出端盖11与外接电路8相连以传输电流（如图3、4所示）；在空心支撑轴9的该种设置方式时，端盖11还有一种设置方式，具体来说，空心支撑轴9的其中一端向外伸出壳体1的其中一端侧延伸部位处且壳体1的另一端侧设置端盖11用以封闭壳体1，此时与绕组总成5相连接的引出线7从空心支撑轴9向外伸出壳体1的一端穿出后与外接电路8相连以传输电流，且端盖11上设有用于安装带有风车叶片2的风车轴12，风车轴12和风车叶片2构成带动壳体1转动的风车（如图5、6所示）。上述关于空心支撑轴9的设置方式中包含了一种风车叶片2的设置，风车叶片2的设置方式还可以有另外一种，即将风车叶片2直接安装在壳体1上并沿壳体1的周向均匀分布（如图1、2、3、4所示）。具体到永磁体总成3、调制环总成4和绕组总成5的结构，永磁体总成3由周向设置均匀排布在壳体5的内壁上的永磁体构成；调制环总成4由支撑环和沿周向间隔设置在支撑环上的调磁块构成；包括线圈绕组和铁芯的绕组总成5固定设置在空心支撑轴9上且线圈绕组与引出线7相连接；则调制环总成4中的调磁块的数量等于永磁体总成3中的永磁体的极对数和绕组总成5中的线圈绕组的极对数之和。
实施例一
在上述结构的基础上，如图1-2所示，风车叶片2直接安装在壳体1上，风车扇叶2在风力作用下转动时会通过与其联动的壳体1带动永磁体总成3转动，永磁体总成3的转动会产生旋转磁场，产生的旋转磁场经调制环总成4所调制而产生的空间谐波极对数与绕组总成5切割旋转磁场的磁力线所产生的感应电流的极对数相匹配，且固设的绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过与线圈绕组端部相连接的引出线7传输至外接电路8，该引出线7从空心支撑轴9的一端穿出后与外接电路8相连以传输电流，完成整个发电过程。
实施例二
在上述结构的基础上，如图3-4所示，风车叶片2直接安装在壳体1上，风车扇叶2在风力作用下转动时会通过与其联动的壳体1带动永磁体总成3转动，永磁体总成3的转动会产生旋转磁场，产生的旋转磁场经调制环总成4所调制而产生的空间谐波极对数与绕组总成5切割旋转磁场的磁力线所产生的感应电流的极对数相匹配，且固设的绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过与线圈绕组端部相连接的引出线7传输至外接电路8，此时与绕组总成5相连接的引出线7直接穿出端盖11与外接电路8相连以传输电流，完成整个发电过程。
实施例三
在上述结构的基础上，如图5-6所示，空心支撑轴9的其中一端向外伸出壳体1的其中一端侧延伸部位处且壳体1的另一端侧设置端盖11用以封闭壳体1，此时与绕组总成5相连接的引出线7从空心支撑轴9向外伸出壳体1的一端穿出后与外接电路8相连以传输电流，且端盖11上设有用于安装带有风车叶片2的风车轴12，风车轴12和风车叶片2构成带动壳体1转动的风车；风车扇叶2在风力作用下转动时会通过与其联动的壳体1带动永磁体总成3转动，永磁体总成3的转动会产生旋转磁场，产生的旋转磁场经调制环总成4所调制而产生的空间谐波极对数与绕组总成5切割旋转磁场的磁力线所产生的感应电流的极对数相匹配，且固设的绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过与线圈绕组端部相连接的引出线7传输至外接电路8，完成整个发电过程。
本发明的永磁式单气隙复合风力发电机使用时，风车扇叶2在风力作用下转动时会通过与其联动的壳体1带动永磁体总成3转动，永磁体总成3的转动会产生旋转磁场，产生的旋转磁场经调制环总成4所调制而产生的空间谐波极对数与绕组总成5切割旋转磁场的磁力线所产生的感应电流的极对数相匹配，且固设的绕组总成5切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过与线圈绕组端部相连接的引出线7传输至外接电路8，完成整个发电过程。
本发明通过将位于永磁体总成3和绕组总成5之间的调制环总成4无间隙地固定套装在绕组总成5上，调制环总成4和绕组总成5构成一个整体后与永磁体总成3之间以单气隙6相隔开，且风车叶片2能够与壳体1同步转动，使得该风力发电机内仅有一个气隙且结构简单紧凑、永磁用量少、安装简单，故适宜推广使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种永磁式单气隙复合风力发电机，包括壳体（1）和风车叶片（2），其特征在于：所述的壳体（1）内设有同心套装在一起的永磁体总成（3）、调制环总成（4）和绕组总成（5），位于永磁体总成（3）和绕组总成（5）之间的调制环总成（4）无间隙地固定套装在绕组总成（5）上，且调制环总成（4）和绕组总成（5）构成一个整体后与永磁体总成（3）之间以单气隙（6）相隔开，风车叶片（2）转动时能够使得壳体（1）同步转动并进而带动固设在壳体（1）内壁上的永磁体总成（3）转动产生旋转磁场，固设的绕组总成（5）切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流通过引出线（7）与外接电路（8）相连完成发电过程。
2.根据权利要求1所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述的永磁体总成（3）转动产生的旋转磁场经调制环总成（4）调制所产生的空间谐波极对数与绕组总成（5）切割旋转磁场的磁力线产生的感应电流的极对数相匹配。
3.根据权利要求1所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述的壳体（1）内设有一外伸的空心支撑轴（9），空心支撑轴（9）通过轴承（10）设置在壳体（1）中。
4.根据权利要求3所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述空心支撑轴（9）的两端分别向外伸出壳体（1），此时与绕组总成（5）相连接的引出线（7）从空心支撑轴（9）的一端穿出后与外接电路（8）相连以传输电流。
5.根据权利要求4所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述壳体（1）的其中一端侧设置端盖（11）用以封闭壳体（1），则空心支撑轴（9）的一端向外伸出壳体（1）的一端侧延伸部位处而空心支撑轴（9）的另一端向外伸出端盖（11）的端侧延伸部位处，此时与引出线（7）相连接的外接电路（8）位于端盖（11）侧或位于端盖（11）的反向侧。
6.根据权利要求3所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述空心支撑轴（9）的其中一端向外伸出壳体（1）的其中一端侧延伸部位处且壳体（1）的另一端侧设置端盖（11）用以封闭壳体（1）；此时与绕组总成（5）相连接的引出线（7）从空心支撑轴（9）向外伸出壳体（1）的一端穿出后与外接电路（8）相连以传输电流，或者与绕组总成（5）相连接的引出线（7）直接穿出端盖（11）与外接电路（8）相连以传输电流。
7.根据权利要求3所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述空心支撑轴（9）的其中一端向外伸出壳体（1）的其中一端侧延伸部位处且壳体（1）的另一端侧设置端盖（11）用以封闭壳体（1）；此时与绕组总成（5）相连接的引出线（7）从空心支撑轴（9）向外伸出壳体（1）的一端穿出后与外接电路（8）相连以传输电流，且端盖（11）上设有用于安装带有风车叶片（2）的风车轴（12），风车轴（12）和风车叶片（2）构成带动壳体（1）转动的风车。
8.根据权利要求1所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述的风车叶片（2）直接安装在壳体（1）上并沿壳体（1）的周向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述的绕组总成（5）固定设置在空心支撑轴（9）上；绕组总成（5）包括线圈绕组和铁芯且线圈绕组与引出线（7）相连接。
10.根据权利要求9所述的永磁式单气隙复合风力发电机，其特征在于：所述的永磁体总成（3）由周向设置均匀排布在壳体（5）的内壁上的永磁体构成；所述的调制环总成（4）由支撑环和沿周向间隔设置在支撑环上的调磁块构成；所述调制环总成（4）中的调磁块的数量等于永磁体总成（3）中的永磁体的极对数和绕组总成（5）中的线圈绕组的极对数之和。
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