CN110805526A - 一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机及发电装置 - Google Patents

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刘佳凯
杜自发
肖金涛
经博文
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Abstract

本发明提供一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机及发电装置，所述的风力发电机包括上盖板、底座、外转子机构以及定子机构；所述外转子机构包括转子轴体、扇叶以及多个转子永磁体，其中扇叶为垂直布置，从而能够采集不同方向、不同风速的风能，不需风转向机构、变速齿轮箱等装置，使整体简单，容易控制，故障率低，抗风能力强；同时，采取磁悬浮技术，大大减少了装置的机械摩擦，噪声小，减小了启动风速，提高了对风能的利用率和发电的效率；故而采用所述的风力发电机的风力发电装置可以直接设置在道路的两侧，不仅能起到替代道路中间遮光障碍物的作用，还可以对汽车行进过程中产生的气压进行利用，提高了对风能的利用率和发电的效率。

Description

一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机及发电装置
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机及发电装置。
背景技术
随着社会，经济的发展，人们对于能源的需求越来越强烈。化石燃料的大量消耗不仅使人类可利用的能源越来越少，同时也对地球的生态环境带来了巨大的危害。为了解决即将到来的能源危机，风力发电受到了越来越多国家的重视。其分布广，可再生，无污染，蕴藏量大等特点不仅有助于解决能源短缺的问题，也有利于生态环境的保护，减少温室气体的产生。传统的风力发电机采用的是机械轴承支撑，这会带来以下几个问题：其一是机械支撑的摩擦和磨损都比较严重，其二是我国虽然幅员辽阔，风能广泛分布，但是分布不集中，一半的风能可利用区以及四分之一的欠风地区不适合安装传统的风力发电机；为了解决以上技术问题，本领域技术人员设计了多种风力发电机，但是，现有风力发电机在运行时，普遍存在启动风速较大以及启动阻力矩较大的问题，因此无法对较小风速的风能进行有效的利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机及发电装置，其利用外转子机构绕着定子机构转动，使风力发电机可以垂直工作，从而不需要对风转向机构、变速齿轮箱等装置，使整体结构更加简单；同时，本发明采取磁悬浮技术，大大减少了装置的机械摩擦，无需润滑，噪声小，减小了启动风速，提高了对风能的利用率和发电的效率。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，所述的风力发电机包括上盖板、底座、外转子机构以及定子机构，所述外转子机构位于定子机构的外侧，上盖板和底座分别设置在定子机构的两端；
所述定子机构包括定子铁芯及设置在定子铁芯外侧的定子绕组；
所述外转子机构包括转子轴体、设置在转子轴体外壁上的扇叶以及沿周向均匀设置在转子轴体内壁上的多个转子永磁体，该转子轴体的内部为中空结构，定子铁芯和定子绕组共同穿设在转子轴体的内部，转子轴体的两端均设置有第一轴向永磁体；
所述的上盖板和底座分别对应设置在定子铁芯的顶部和底部，所述底座的底部内侧设置有与定子绕组相连的接线端子，底座的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体相对应的第二轴向永磁体；所述上盖板的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体相对应的第三轴向永磁体，转子轴体的顶端外侧设置有第一径向永磁体，上盖板的底部内侧设置有与第一径向永磁体相对应的第二径向永磁体。
进一步的，所述的多个转子永磁体均沿轴向设置在转子轴体的内壁上。
进一步的，所述转子永磁体的数量为偶数个，偶数个所述转子永磁体的磁极两两对应设置且相对应设置的两个磁极的极性相反。
进一步的，所述第三轴向永磁体与第一轴向永磁体之间、第二轴向永磁体与第一轴向永磁体之间以及第一径向永磁体与第二径向永磁体之间相对应设置的两个磁极的极性相同。
进一步的，所述第三轴向永磁体位于第一轴向永磁体的正上方，第一轴向永磁体与转子轴体之间、第二轴向永磁体与接线端子之间以及任意两个相邻的转子永磁体之间均设置有非导磁片。
进一步的，所述的上盖板和底座分别通过螺栓可拆卸并对应设置在定子铁芯的顶部和底部。
进一步的，所述底座的底部可拆卸的设置有盖板。
进一步的，所述底座的的外壁上设置有若干个固定螺孔。
一种使用道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机的发电装置，该发电装置包括集电器和多个所述的风力发电机，多个所述的风力发电机并联后共同连接至集电器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机的扇叶为垂直布置，从而能够采集不同方向、不同风速的风能，不需风转向机构、变速齿轮箱等装置，使整体简单，容易控制，故障率极低，抗风能力强；同时，其采取磁悬浮技术，大大减少了装置的机械摩擦，无需润滑，噪声小，减小了启动风速，提高了对风能的利用率和发电的效率；而且采用本发明一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机的风力发电装置，其直接将多个所述的风力发电机并联后共同连接至集电器，其体积小、成本低且启动风速低，可以直接设置在道路的两侧，不仅能起到替代道路中间遮光障碍物的作用，还可以对汽车行进过程中产生的气压进行利用，提高了对风能的利用率和发电的效率，适于大范围推广使用。
附图说明
图1是一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机的整体结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机中上盖板、外转子机构以及定子机构的连接关系示意图；
图4是一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机中底座、外转子机构以及定子机构的连接关系示意图；
图5是一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机中外转子机构与定子机构的位置关系示意图；
图中标记：1、固定螺孔，2、盖板，3、接线端子，4、非导磁片，5、第一轴向永磁体，6、第二轴向永磁体，7、第三轴向永磁体，8、扇叶，9、定子绕组，10、转子永磁体，11、定子铁芯，12、第一径向永磁体，13、转子轴体，14、底座，15、第二径向永磁体，16、上盖板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，如图1所示，所述的风力发电机包括上盖板16、底座14、外转子机构以及定子机构，所述外转子机构位于定子机构的外侧，上盖板16和底座14分别设置在定子机构的两端；
如图2-图5所示，所述定子机构包括定子铁芯11及设置在定子铁芯11外侧的定子绕组9；所述外转子机构包括转子轴体13、设置在转子轴体13外壁上的扇叶8以及沿周向均匀设置在转子轴体13内壁上的多个转子永磁体10，扇叶8的横截面呈圆弧状，该圆弧状结构的圆心角约为90°；该转子轴体13的内部为中空结构，定子铁芯11和定子绕组9共同穿设在转子轴体13的内部，转子轴体13的两端均设置有第一轴向永磁体5；
所述的上盖板16和底座14分别对应设置在定子铁芯11的顶部和底部，所述底座14的底部内侧设置有与定子绕组9相连的接线端子3，底座14的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体5相对应的第二轴向永磁体6；所述上盖板16的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体5相对应的第三轴向永磁体7，转子轴体13的顶端外侧设置有第一径向永磁体12，上盖板16的底部内侧设置有与第一径向永磁体12相对应的第二径向永磁体15。其中，第一轴向永磁体5、第二轴向永磁体6以及第三轴向永磁体7共同组成轴向磁悬浮装置，通过永磁体之间的斥力，保证转子在轴向上的固定；第一径向永磁体12和第二径向永磁体15共同组成径向磁悬浮装置，通过永磁体之间的斥力，使转子在径向上只能旋转。
进一步优化本方案，所述的多个转子永磁体10均沿轴向设置在转子轴体13的内壁上。所述转子永磁体10的数量为偶数个，偶数个所述转子永磁体10的磁极两两对应设置且相对应设置的两个磁极的极性相反，多个转子永磁体10在外转子机构的内侧形成稳定磁场，扇叶8随着风力作用旋转，带动转子永磁体10旋转，形成旋转的磁场，其与定子机构相配合，用于发电。
进一步优化本方案，所述第三轴向永磁体7与第一轴向永磁体5之间、第二轴向永磁体6与第一轴向永磁体5之间以及第一径向永磁体12与第二径向永磁体15之间相对应设置的两个磁极的极性相同。
进一步优化本方案，所述第三轴向永磁体7位于第一轴向永磁体5的正上方，第一轴向永磁体5与转子轴体13之间、第二轴向永磁体6与接线端子之间以及任意两个相邻的转子永磁体10之间均设置有非导磁片4，非导磁片起到隔离磁场的作用，避免磁体对其他部件造成影响。
进一步优化本方案，所述的上盖板16和底座14分别通过螺栓可拆卸并对应设置在定子铁芯11的顶部和底部。
进一步优化本方案，所述底座14的底部可拆卸的设置有盖板2。
进一步优化本方案，所述底座14的外壁上设置有若干个固定螺孔1，该固定螺孔1用于安装固定所述的风力发电机。
本发明提出的一种垂直轴式磁悬浮风力发电机结构，扇叶为垂直布置，从而能够采集不同方向，不同风速的风能，不需风转向机构、变速齿轮箱等装置，使整体简单，容易控制，故障率极低，抗风能力强；采取磁悬浮技术，大大减少了装置的机械摩擦，无需润滑，噪声小，减小了启动风速，提高了对风能的利用率和发电的效率。
一种使用所述的风力发电机的发电装置，该发电装置包括集电器和多个所述的风力发电机，多个所述的风力发电机底部设置的接线端子3并联后共同连接至集电器，集电器储存的能量经变压后可用于给负载供电。由于所述的风力发电机启动风速低且成本低，其可以直接设置在道路的两侧，不仅能起到替代道路中间遮光障碍物的作用，还可以对汽车行进过程中产生的气压进行利用，提高了对风能的利用率和发电的效率，适于大范围推广使用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，所述的风力发电机包括上盖板（16）、底座（14）、外转子机构以及定子机构，其特征在于：所述外转子机构位于定子机构的外侧，上盖板（16）和底座（14）分别设置在定子机构的两端；
所述定子机构包括定子铁芯（11）及设置在定子铁芯（11）外侧的定子绕组（9）；
所述外转子机构包括转子轴体（13）、设置在转子轴体（13）外壁上的扇叶（8）以及沿周向均匀设置在转子轴体（13）内壁上的多个转子永磁体（10），该转子轴体（13）的内部为中空结构，定子铁芯（11）和定子绕组（9）共同穿设在转子轴体（13）的内部，转子轴体（13）的两端均设置有第一轴向永磁体（5）；
所述的上盖板（16）和底座（14）分别对应设置在定子铁芯（11）的顶部和底部，所述底座（14）的底部内侧设置有与定子绕组（9）相连的接线端子（3），底座（14）的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体（5）相对应的第二轴向永磁体（6）；所述上盖板（16）的顶部内侧设置有与第一轴向永磁体（5）相对应的第三轴向永磁体（7），转子轴体（13）的顶端外侧设置有第一径向永磁体（12），上盖板（16）的底部内侧设置有与第一径向永磁体（12）相对应的第二径向永磁体（15）。
2.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述的多个转子永磁体（10）均沿轴向设置在转子轴体（13）的内壁上。
3.如权利要求2所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述转子永磁体（10）的数量为偶数个，偶数个所述转子永磁体（10）的磁极两两对应设置且相对应设置的两个磁极的极性相反。
4.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述第三轴向永磁体（7）与第一轴向永磁体（5）之间、第二轴向永磁体（6）与第一轴向永磁体（5）之间以及第一径向永磁体（12）与第二径向永磁体（15）之间相对应设置的两个磁极的极性相同。
5.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述第三轴向永磁体（7）位于第一轴向永磁体（5）的正上方，第一轴向永磁体（5）与转子轴体（13）之间、第二轴向永磁体（6）与接线端子（3）之间以及任意两个相邻的转子永磁体（10）之间均设置有非导磁片（4）。
6.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述的上盖板（16）和底座（14）分别通过螺栓可拆卸并对应设置在定子铁芯（11）的顶部和底部。
7.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述底座（14）的底部可拆卸的设置有盖板（2）。
8.如权利要求1所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述底座（14）的外壁上设置有若干个固定螺孔（1）。
9.一种使用如权利要求1-8任意一项所述的一种道路用垂直轴式磁悬浮风力发电机的发电装置，其特征在于：该发电装置包括集电器和多个所述的风力发电机，多个所述的风力发电机底部设置的接线端子（3）并联后共同连接至集电器。
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