CN117846881A - 一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，包括：底座，杆筒，永磁体悬浮装置，风力发电装置以及控制装置；本发明利用永磁体的磁性实现悬浮升降，并能够根据风速和风向的变化自适应调整其高度和位置，有效提升发电效率；且具有结构简单、维护成本低、发电效率高等优点；同时，采用非接触式轴承和导电滑环等技术解决了在升降过程中的机械磨损和电能传输问题，提高了风力发电机的可靠性和经济性。

Description

一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机。

背景技术

传统的风力发电机通常固定在某一高度，无法根据实时风速和风向进行有效调整，从而限制了其发电效率。尽管存在一些可以调整高度的风力发电机，但它们通常依赖于复杂的机械系统，这些系统不仅维护成本高，而且容易受到磨损和故障的影响。因此，需要开发一种新型的、能够自适应调整高度和位置的风力发电机，以提高发电效率和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，该发电机利用永磁体的磁性实现悬浮升降，并能够根据风速和风向的变化自适应调整其高度和位置，以提高发电效率。同时，本发明还解决了风力发电装置在升降过程中的电能传输问题。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，包括；

底座，用于固定在地面上并支持整个风力发电机；所述底座设置有电能接收装置；

杆筒，固定在所述底座上，作为风力发电机的中心支撑结构，所述杆筒内部设有导电滑环；

永磁体悬浮装置，包括固定在所述杆筒上的定子永磁体环和可围绕杆筒悬浮升降的动子永磁体环，两者之间的磁极配置使所述动子永磁体环能够在垂直方向上悬浮并升降，所述动子永磁体环与所述杆筒之间通过非接触式轴承连接；

风力发电装置，安装在所述动子永磁体环上，包含风轮、发电机和传动装置，所述发电机通过所述导电滑环与所述底座上的所述电能接收装置连接；

控制装置，不限于监测风速、风向和发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和所述风力发电装置的运行。

优选地，所述定子永磁体环和所述动子永磁体环均为稀土永磁材料。

优选地，所述非接触式轴承为磁力轴承，包括定子和转子，所述定子固定在所述杆筒上，所述转子与所述动子永磁体环连接。

优选地，所述导电滑环安装在所述杆筒内部，由所述导电滑环定子和所述导电滑环转子两部分组成，所述导电滑环定子部分固定在所述杆筒上并与所述底座上的电能接收装置连接，所述导电滑环转子部分与所述发电机的输出端相通。

优选地，所述控制装置包括传感器和控制单元，所述传感器用于监测风速、风向、所述动子永磁体环的位置和所述发电机的状态，所述控制单元根据传感器的信号输出控制指令。

优选地，所述控制装置还可通过无线或有线方式获取气象数据。

优选地，所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机进行发电的方法，根据风速和风向的变化调整所述动子永磁体环的高度和位置，以优化风力发电装置的发电效率。

优选地，所述控制装置监测风速、风向和所述发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和风力发电装置的运行。

优选地，所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机的方法，包括组装所述底座、所述杆筒、所述永磁体悬浮装置、所述风力发电装置和所述控制装置的步骤。

优选地，所述永磁体悬浮装置的组装包括将所述定子永磁体环固定在杆筒上，以及将所述动子永磁体环通过所述非接触式轴承与所述杆筒连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，包括：底座，用于固定在地面上并支持整个风力发电机；所述底座设置有电能接收装置；杆筒，固定在所述底座上，作为风力发电机的中心支撑结构，所述杆筒内部设有导电滑环；永磁体悬浮装置，包括固定在所述杆筒上的定子永磁体环和可围绕杆筒悬浮升降的动子永磁体环，两者之间的磁极配置使所述动子永磁体环能够在垂直方向上悬浮并升降，所述动子永磁体环与所述杆筒之间通过非接触式轴承连接； 风力发电装置，安装在所述动子永磁体环上，包含风轮、发电机和传动装置，所述发电机通过所述导电滑环与所述底座上的所述电能接收装置连接；控制装置，不限于监测风速、风向和发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和所述风力发电装置的运行。

本发明利用永磁体的磁性实现悬浮升降，并能够根据风速和风向的变化自适应调整其高度和位置，以提高发电效率；具有结构简单、维护成本低、发电效率高等优点；同时，采用非接触式轴承和导电滑环等技术解决了在升降过程中的机械磨损和电能传输问题，提高了风力发电机的可靠性和经济性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机整体结构效果图。

附图标记说明:

底座1

杆筒2

永磁体悬浮装置3

风力发电装置4

控制装置5

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的如有相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置或方法的例子。

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

如图1所示，一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，包括；底座1，用于固定在地面上并支持整个风力发电机；所述底座设置有电能接收装置；杆筒2，固定在所述底座上，作为风力发电机的中心支撑结构，所述杆筒内部设有导电滑环；永磁体悬浮装置3，包括固定在所述杆筒上的定子永磁体环和可围绕杆筒悬浮升降的动子永磁体环，两者之间的磁极配置使所述动子永磁体环能够在垂直方向上悬浮并升降，所述动子永磁体环与所述杆筒之间通过非接触式轴承连接；风力发电装置4，安装在所述动子永磁体环上，包含风轮、发电机和传动装置，所述发电机通过所述导电滑环与所述底座上的所述电能接收装置连接；控制装置5，不限于监测风速、风向和发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和所述风力发电装置的运行。

可以理解的是，一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机是一种创新的风能转换设备，它通过结合永磁悬浮技术与风力发电技术，实现了高效、灵活的风能利用。这种发电机不仅可以根据风速和风向的变化自适应调整，还能通过永磁体悬浮装置实现升降，从而进一步提高发电效率。

本发明的所述底座1是整个发电设备的基石；所述底座1被固定在地面上，支撑着整个风力发电机，确保其稳定性；所述底座上还设置有所述电能接收装置，用于接收并储存发电机产生的电能。

所述杆筒2是固定在所述底座上的中心支撑结构，它不仅支撑着整个风力发电机的上部结构，还在其内部设有所述导电滑环，所述导电滑环是一种特殊的电气连接装置，所述导电滑环能够在旋转或滑动的过程中保持电流的连续传输，这对于风力发电机的运行至关重要。

所述永磁体悬浮装置3是这种发电机的核心部分，它包括固定在所述杆筒2上的所述定子永磁体环，所述定子永磁体环设置有交替排列的北极和南极的磁极，与围绕所述杆筒2悬浮升降的所述动子永磁体环的磁极配置相斥，使得所述动子永磁体环能够在垂直方向上悬浮并升降；这种悬浮升降的设计不仅减少了机械摩擦，还提高了发电机的响应速度和发电效率。所述动子永磁体环与所述杆筒2之间通过所述非接触式轴承连接，这种连接方式进一步减少了摩擦和磨损，提高了设备的可靠性。

所述风力发电装置4安装在所述动子永磁体环上，它包括所述风轮、所述发电机和所述传动装置；所述风轮用于捕捉风能并将其转换为机械能，所述发电机则将机械能转换为电能；所述发电机通过所述导电滑环与所述底座1上的所述电能接收装置连接，实现了电能的传输和储存。

所述控制装置5负责监测风速、风向和所述发电机的状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置3的升降和风力发电装置4的运行；通过这种智能控制，所述发电机能够实时适应风速和风向的变化，实现最优的发电效果。

在本发明另一个优选的实施例中，所述定子永磁体环和所述动子永磁体环均为稀土永磁材料；优选地为钕铁硼，所述钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽力可以产生非常强大的磁场并且不易失磁；从而保证了所述动子永磁体环能够在垂直方向上实现高效的悬浮升降运动，不仅提高了风力发电机的发电效率，还增强了其适应复杂风况的能力。

在本发明另一个优选的实施例中，所述非接触式轴承为磁力轴承，包括定子和转子，所述定子固定在所述杆筒2上，所述转子与所述动子永磁体环连接；所述非接触式轴承采用磁力轴承技术，包括所述定子和所述转子两部分，其中，所述定子被稳固地安装在杆筒2上，所述定子是轴承的固定部分；而所述转子则与所述动子永磁体环相连接，随其一同悬浮和升降；所述磁力轴承利用磁场力使所述转子在所述定子的磁场范围内悬浮并保持稳定，实现了无机械接触的支撑和旋转；这种构造不仅减少了磨损，还提高了轴承的使用寿命和整个风力发电机的运行可靠性。

在本发明另一个优选的实施例中，所述导电滑环安装在所述杆筒内部，由所述导电滑环定子和所述导电滑环转子两部分组成，所述导电滑环定子部分固定在所述杆筒上并与所述底座上的电能接收装置连接，所述导电滑环转子部分与所述发电机的输出端相通。

所述导电滑环是安装在杆筒内部的关键部件，它由所述导电滑环定子和所述导电滑环转子两部分组成；所述导电滑环定子部分固定在所述杆筒2上，起到支撑和固定的作用，同时，它与所述底座1上的所述电能接收装置连接，确保了电能的稳定传输；当风力发电装置4产生电能时，这些电能可以通过所述导电滑环定子顺利地传输到所述底座1上的电能接收装置，进而储存或供给其他设备使用；所述导电滑环转子部分与所述发电机的输出端相通，当风力发电装置4的风轮受风力驱动旋转时，带动所述发电机运转产生电能；这些电能通过所述发电机的输出端输出，并直接传输到所述导电滑环转子部分，所述导电滑环转子随发电机的旋转而旋转，并在旋转过程中保持与发电机的稳定连接，确保电能的连续传输。

在本发明另一个优选的实施例中，所述控制装置包括传感器和控制单元，所述传感器用于监测风速、风向、所述动子永磁体环的位置和所述发电机的状态，所述控制单元根据传感器的信号输出控制指令。

所述控制装置5由所述传感器和所述控制单元组成，所述传感器包括所述杆筒2顶部设置的风力监测装置和风向监测装置以及动子永磁体环和发电机的所述传感器，并将这些监测到的信号传递给控制单元；控制单元则根据接收到的信号，输出相应的控制指令来控制风力发电机的运行；所述传感器与所述控制单元之间通过信号传递实现连接，共同构成风力发电机的控制系统。

在本发明另一个优选的实施例中，所述控制装置还可通过无线或有线方式获取气象数据；所述控制装置不仅依靠内置所述传感器，还可通过无线或有线通讯方式，实时获取外部气象数据，如风速级别、温度、湿度、气压等，以更全面地掌握风况信息，确保风力发电机在复杂多变的气象条件下仍能实现高效稳定的运行。

在本发明另一个优选的实施例中，所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机进行发电的方法，根据风速和风向的变化调整所述动子永磁体环的高度和位置，以优化风力发电装置的发电效率。

所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机采用智能调整策略进行发电；根据实时监测的风速和风向数据，通过控制装置5精确调整所述动子永磁体环的高度和位置，确保风力发电装置4始终处于最佳迎风姿态，从而最大化地捕捉风能，提升发电效率。

在本发明另一个优选的实施例中，所述控制装置监测风速、风向和所述发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和风力发电装置的运行。

所述控制装置5在自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机中发挥着核心作用；它持续地监测风速、风向以及所述发电机的状态，基于这些监测结果，所述控制装置5进行智能分析，当风速或风向发生变化时，所述控制装置5会判断是否需要调整永磁体悬浮装置的高度和位置，以确保风力发电装置能够最大化地捕捉风能，同时，它还会根据发电机的状态，如温度、转速、电压和电流等参数，来判断发电机是否在安全、高效的运行范围内；所述控制装置5通过不断地监测、分析和调整，确保所述永磁悬浮升降风力发电机能够在各种风况下保持最佳的工作状态，实现高效、稳定的风能发电。

在本发明另一个优选的实施例中，所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机的方法，包括组装所述底座、所述杆筒、所述永磁体悬浮装置、所述风力发电装置和所述控制装置的步骤。

所述自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机的构建方法是一个复杂而精细的过程，涉及多个关键组件的组装。

底座组装：首先，选定合适的地点并准备所述底座1；所述底座1是整个风力发电机的基石，必须确保稳固以支撑整个结构；在所述底座1上安装电能接收装置，该装置用于接收并储存发电机产生的电能。

杆筒安装：接下来，将所述杆筒2固定在所述底座1上；所述杆筒2作为风力发电机的中心支撑结构，不仅要承受上部结构的重量，还要确保整个系统的稳定性，在所述杆筒内部安装所述导电滑环，这是电能从所述发电机传输到所述底座1的关键部件。

永磁体悬浮装置装配：然后，组装所述永磁体悬浮装置；这包括将所述定子永磁体环固定在所述杆筒2上，并在其周围安装可悬浮升降的所述动子永磁体环，两个永磁体环之间的磁极配置需精确调整，以实现所述动子永磁体环在垂直方向上的稳定悬浮和升降；所述动子永磁体环与所述杆筒2之间通过所述非接触式轴承（如磁力轴承）连接，确保无机械摩擦。

风力发电装置安装：在所述永磁体悬浮装置上安装所述风力发电装置；这包括所述风轮、所述发电机和所述传动装置，所述风轮用于捕捉风能，所述发电机将机械能转换为电能，所述传动装置确保两者之间的顺畅连接，所述发电机的输出端与所述导电滑环的转子部分相连，确保电能的有效传输。

控制装置集成：最后，集成控制装置，所述控制装置5包括所述传感器和所述控制单元，传感器用于监测风速、风向、所述动子永磁体环的位置和所述发电机的状态；控制所述单元接收传感器的信号，并基于这些信号输出控制指令，以调整所述永磁体悬浮装置的升降和风力发电装置的运行参数。

通过这些步骤，一个完整的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机被组装完成。这种风力发电机能够根据实际的风况自动调整其工作状态，以实现最佳的发电效率。

在本发明另一个优选的实施例中，所述永磁体悬浮装置的组装包括将所述定子永磁体环固定在杆筒上，以及将所述动子永磁体环通过所述非接触式轴承与所述杆筒连接。

所述永磁体悬浮装置的组装是自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机构建过程中的关键步骤之一。

定子永磁体环的固定：首先，确保所述杆筒2已经垂直且稳固地安装在所述底座1上。

接着，将所述定子永磁体环准备好，它是一个环形结构，通常由稀土永磁材料制成，具有强磁性，使用适当的固定装置，如夹具或螺栓，将所述定子永磁体环紧密且准确地固定在所述杆筒2上，这一步骤需要确保所述定子永磁体环的位置精确无误，因为它将作为所述动子永磁体环悬浮和升降的基准。

动子永磁体环的连接：在所述定子永磁体环固定完毕后，接下来是所述动子永磁体环的安装。

所述动子永磁体环同样由稀土永磁材料制成，它与所述定子永磁体环相互作用，形成磁力悬浮系统。

所述非接触式轴承（如磁力轴承）被用来连接所述动子永磁体环和所述杆筒2。

这种轴承利用磁场力使所述动子永磁体环能够在所述定子永磁体环内部实现无接触的悬浮和旋转。

首先，将所述非接触式轴承的所述定子部分安装在所述杆筒2上，并确保其稳固性。

然后，将所述动子永磁体环与所述非接触式轴承的转子部分相连接；这一步骤需要确保连接的精确性和稳定性，以便所述动子永磁体环能够在轴承的支撑下自由悬浮和升降。通过这些步骤，所述永磁体悬浮装置的组装得以完成；这种装置利用磁力原理实现了动子永磁体环在定子永磁体环磁场范围内的稳定悬浮和升降，为风力发电机的高效运行提供了关键支撑。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求进行限定，而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其特征在于，包括：

a. 底座，用于固定在地面上并支持整个风力发电机；所述底座设置有电能接收装置；

b. 杆筒，固定在所述底座上，作为风力发电机的中心支撑结构，所述杆筒内部设有导电滑环；

c. 永磁体悬浮装置，包括固定在所述杆筒上的定子永磁体环和可围绕杆筒悬浮升降的动子永磁体环，两者之间的磁极配置使所述动子永磁体环能够在垂直方向上悬浮并升降，所述动子永磁体环与所述杆筒之间通过非接触式轴承连接；

d. 风力发电装置，安装在所述动子永磁体环上，包含风轮、发电机和传动装置，所述发电机通过所述导电滑环与所述底座上的所述电能接收装置连接；

e. 控制装置，不限于监测风速、风向和发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和所述风力发电装置的运行。

2.根据权利要求1所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其中，所述定子永磁体环和所述动子永磁体环均为稀土永磁材料。

3.根据权利要求1或2所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其中，所述非接触式轴承为磁力轴承，包括定子和转子，所述定子固定在所述杆筒上，所述转子与所述动子永磁体环连接。

4.根据任一前述权利要求所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其中，所述导电滑环安装在所述杆筒内部，由所述导电滑环定子和所述导电滑环转子两部分组成，所述导电滑环定子部分固定在所述杆筒上并与所述底座上的电能接收装置连接，所述导电滑环转子部分与所述发电机的输出端相通。

5.根据任一前述权利要求所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其中，所述控制装置包括传感器和控制单元，所述传感器用于监测风速、风向、所述动子永磁体环的位置和所述发电机的状态，所述控制单元根据传感器的信号输出控制指令。

6.根据任一前述权利要求所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机，其中，所述控制装置还可通过无线或有线方式获取气象数据。

7.一种使用权利要求1至6中任一项所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机进行发电的方法，其特征在于，根据风速和风向的变化调整所述动子永磁体环的高度和位置，以优化风力发电装置的发电效率。

8.根据权利要求7所述的发电方法，其中，通过所述控制装置监测风速、风向和所述发电机状态，并根据这些监测结果控制所述永磁体悬浮装置的升降和风力发电装置的运行。

9.一种制造权利要求1至6中任一项所述的自适应风速和风向的永磁悬浮升降风力发电机的方法，其特征在于，包括组装所述底座、所述杆筒、所述永磁体悬浮装置、所述风力发电装置和所述控制装置的步骤。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述永磁体悬浮装置的组装包括将所述定子永磁体环固定在杆筒上，以及将所述动子永磁体环通过所述非接触式轴承与所述杆筒连接。