CN1673525A - 磁浮风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，在转动轴的重力方向上设有磁浮支撑装置，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁和固定的磁铁，转动的磁铁沿着转动轴的圆周方向固定在转动轴上，固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方或/和下方，且与转动的磁铁间隙设置；转动的磁铁与固定的磁铁相互作用的合力与重力方向相反。本发明利用磁铁同性相斥，异性相吸的原理，在转动轴的重力方向上产生向上的力来减轻作用在转动轴上总的重量，进而降低转动轴与发电机的摩擦力，从而使风叶在超低的风速情况下就可以启动，并带动发电机运转，该磁浮风力发电装置更有利于风力发电装置的推广和应用。

Description

磁浮风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种把风能转变成电能的装置，特别适用于低风速(最小风速可达0.6米/秒左右)的风力发电装置。
背景技术
人类社会的发展与对能源的开发利用有直接关系。电能是今天人类利用能源的主要形式。传统热力发电消耗有限的化石材料，发电过程中产生有害气体，污染环境；水力发电一次性投资巨大，易导致生态失衡；核电的辐射潜在危害令人心有余悸；潮汐发电投入大，有些关键技术尚未解决。而风力发电无污染、可再生，被誉为“干净的再生能源”。
我国从20世纪80年代初就把风力发电作为实现农村电气化的措施之一，主要研制、开发和示范应用充电用风力发电机，供农民一家一户使用。
现有的风力发电装置一般包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，风叶随着风的到来而转动，从而带动发电机工作，如图1所示。
然而，风能有时候难以利用。现有的风力发电装置工作风速大多不能低于3米/秒，额定风速一般也在6米/秒以上。而很多地区大部份时间达不到这样的风速，风力发电机无法工作，因而限制了风力发电装置的广泛应用。虽然专利87206813记载了一种适应低风速(年平均风速为2.5米/秒)的风力发电装置，利用独特的蓄电池充电的功能，实现了风轮启动后在1.5米/秒的风速也能正常工作。但是该专利还是没有解决风力发电装置在低风速(一级风)地区能够启动的问题。虽然，专利89218747记载了一种可以在一级风或者是微风情况下启动的风力发电装置，但是该风力发电装置的结构比较复杂。
现有的风力发电装置只能在较大的风力情况下才可以启动，主要原因之一是转动轴与发电机的接触处摩擦力太大而导致风力发电机在小风速的时候无法启动。
发明内容
本发明目的是提供一种在低风速(一级风)情况下可以启动的风力发电装置。
因为转动轴与发电机的接触处摩擦力太大而导致风力发电机在小风速的时候无法启动。所以，如何减小转动轴与发电机的接触处摩擦力，特别是静摩擦力是本发明所要解决的主要问题。根据摩擦力＝重量×摩擦系数，要减小摩擦力，最有效的方法就是减轻风叶，转子以及风作用到转动轴上的重量和转动轴的自重等的总重量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，其特征在于：在转动轴的重力方向上设有磁浮支撑装置，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁和固定的磁铁，所述的转动的磁铁沿着转动轴的圆周方向固定在转动轴上，并随着转动轴一起转动，所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方或/和下方，且与转动的磁铁间隙设置；所述的转动的磁铁与固定的磁铁相互作用的合力与重力方向相反。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方，与安装在转动轴上的磁铁的磁极是异性相对。这样根据磁铁异性相吸的原理，这两块磁铁之间产生了引力，即在转动轴的重力方向上产生了向上的合力，进而减轻了作用在转动轴上的总的重量。
2、所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的下方，与安装在转动轴上的磁铁的磁极是同性相对。这样根据磁铁同性相斥的原理，这两块磁铁之间产生了斥力，即在转动轴的重力方向上产生了向上的合力，进而减轻了作用在转动轴上的总的重量。
3、所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方和下方，安装在转动轴上方的磁铁与安装在转动轴上的磁铁的磁极是异性相对；安装在转动轴下方的磁铁与安装在转动轴上的磁铁的磁极是同性相对。这样根据磁铁异性相吸、同性相斥的原理，在上面那对磁铁之间产生了引力，在下面那对磁铁之间产生了斥力，即在转动轴的重力方向上同时产生了向上的合力，进而减轻了作用在转动轴上的总的重量。
4、所述的磁铁可以是永磁体；也可以是充磁磁体。
5、所述的磁浮支撑装置的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上。
6、所述的磁浮支撑装置采用两套结构，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上。
本发明工作原理是：利用极性相同的磁铁相互排斥，极性不同的磁铁相互吸引的原理，通过在转动轴上安装磁铁，即在转动轴的上方安装与它极性相反的磁铁来产生引力；而在转动轴的下方安装与它极性相同的磁铁来产生斥力，从而对整个转动轴而言上面的引力和/或下面的斥力的作用减轻了转动轴上总的重量。根据受力分析：摩擦力＝重量×摩擦系数，若减轻转动轴上总的重量，则转动轴与发电机的摩擦力，特别是静摩擦力就会得到大幅的下降，从而使风叶在超低的风速情况下就可以启动，并带动发电机运转。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明所采用的磁浮支撑装置结构简单，易于安装，可以直接对现有的发电装置进行改进，而不需要安装额外的其他装置。
2、本发明所采用的磁浮支撑装置减少了转动轴与发电机之间的摩擦力，特别是静摩擦力，可以使风叶在超低的风速(一级风)下启动，甚至可以在0.8米/秒的风速下启动，改变了原来需要二级风才能启动的现状，更加有利于风力发电装置的推广和应用。
3、本发明所采用的磁浮支撑装置与现有的风力发电装置相比，在同等风力的情况下可提高转数10％～20％。
附图说明
附图1为现有的风力发电装置结构示意图；
附图2为带有一套磁浮支撑装置且其固定磁铁安装在转动轴上方的风力发电装置结构示意图；
附图3为带有一套磁浮支撑装置且其固定磁铁安装在转动轴下方的风力发电装置结构示意图；
附图4为带有一套磁浮支撑装置且在转动轴的上下均安装固定磁铁的风力发电装置结构示意图；
附图5为带有两套磁浮支撑装置的风力发电装置结构示意图；
附图6为固定磁铁安装在转动轴上方的局部截面示意图；
附图7为固定磁铁安装在转动轴下方的局部截面示意图；
附图8为转动轴的上下均安装固定磁铁的局部截面示意图；
以上附图中：1、风叶；2、发电机；3、转动轴；4、尾翼；5、支架；6、安装在上部的磁铁；7、安装在转动轴上的磁铁；8、安装在下部的磁铁；9、安装磁铁的固定架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
所述的在转动轴的重力方向上设有的磁浮支撑装置包括转动的磁铁和固定的磁铁，所述的转动的磁铁沿着转动轴的圆周方向固定在转动轴上，并随着转动轴一起转动，所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方或/和下方，且与转动的磁铁间隙设置；所述的转动的磁铁与固定的磁铁相互作用的合力与重力方向相反。
实施例1：一种磁浮风力发电装置如附图2和附图6所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括一个磁浮支撑装置，作用点设在风叶1与发电机2之间的转动轴3上，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁7和固定的磁铁6，所述的转动的磁铁7沿着转动轴3的圆周方向固定在转动轴3上，并随着转动轴3一起转动，所述的固定的磁铁6安装在转动轴重力方向的上方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是异性相对。
实施例2：一种磁浮风力发电装置如附图3和附图7所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括一个磁浮支撑装置，作用点设在风叶1与发电机2之间的转动轴3上，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁7和固定的磁铁8，所述的转动的磁铁7沿着转动轴3的圆周方向固定在转动轴3上，并随着转动轴3一起转动，所述的固定的磁铁8安装在转动轴重力方向的下方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是同性相对。
实施例3：一种磁浮风力发电装置如附图4和附图8所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括一个磁浮支撑装置，作用点设在风叶1与发电机2之间的转动轴3上，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁7和固定的磁铁6、8，所述的转动的磁铁7沿着转动轴3的圆周方向固定在转动轴3上，并随着转动轴3一起转动。所述的固定的磁铁6安装在转动轴重力方向的上方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是异性相对；所述的固定的磁铁8安装在转动轴重力方向的下方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是同性相对。
实施例4：一种磁浮风力发电装置如附图5和附图8所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括两套磁浮支撑装置，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上。所述的每套磁浮支撑装置包括转动的磁铁7和固定的磁铁6、8，所述的转动的磁铁7沿着转动轴3的圆周方向固定在转动轴3上，并随着转动轴3一起转动；所述的固定的磁铁6安装在转动轴重力方向的上方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是异性相对；所述的固定的磁铁8安装在转动轴重力方向的下方的固定架9上，且与转动的磁铁7间隙设置，与安装在转动轴3上的磁铁7的磁极是同性相对。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种磁浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承，使发电机的转子与定子保持间隙配合，其特征在于：在转动轴的重力方向上设有磁浮支撑装置，所述的磁浮支撑装置包括转动的磁铁和固定的磁铁，所述的转动的磁铁沿着转动轴的圆周方向固定在转动轴上，并随着转动轴一起转动，所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方或/和下方，且与转动的磁铁间隙设置；所述的转动的磁铁与固定的磁铁相互作用的合力与重力方向相反。
2、根据权利要求1所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方，与安装在转动轴上的磁铁的磁极是异性相对。
3、根据权利要求1所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的下方，与安装在转动轴上的磁铁的磁极是同性相对。
4、根据权利要求1所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的固定的磁铁安装在转动轴重力方向的上方和下方，安装在转动轴上方的磁铁与安装在转动轴上的磁铁的磁极是异性相对；安装在转动轴下方的磁铁与安装在转动轴上的磁铁的磁极是同性相对。
5、根据权利要求1～4中任一项所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的磁铁为永磁体。
6、根据权利要求1～4中任一项所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的磁铁为充磁磁体。
7、根据权利要求1所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的磁浮支撑装置的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上。
8、根据权利要求1所述的磁浮风力发电装置，其特征在于：所述的磁浮支撑装置采用两套结构，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上。
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