CN1870392A - 一种风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机，其特点是通过驱动器，转子与定子之间可以发生相对位移，因此它们之间电磁感应的量发生变化，可以改变发电功率、控制发电机定子与转子之间的作用力矩和调制发电频率，从而提高风力发电效率，特别是低速风力发电效率和降低恒频控制的成本，根据动力输入方式的需要，本发明的发电机可以设计为外转子和内转子两种形式。

Description

一种风力发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，特别是一种风力发电机。
技术背景
由于风能功率随风速的立方变化，所以风机的功率输出随风速变化的范围很大。风能的这一特性，使风力发电机在切入风速和切出风速的发电功率相差数千倍、频率变化达近百倍。
目前的风力发电机都运行在设计的额定功率以下，风力发电机的额定功率通常对应额定风速；当风速大于额定风速时，风机的控制系统使风翼的状态变化以便“溢出”部分风能，使得风力发电机运行在额定功率下，以避免烧坏发电机。这时“溢出”的风能未被利用。可见将额定风速设计为切出风速，风能利用程度最大。但是大的额定风速对应大的发电机额定功率，使发电机启动阻力矩增大、切入风速提高，并且当风速低于额定风速时的风力发电效率降低。
发明内容
本发明的目的是设计一种发电机，它既能产生大的发电机额定功率、又能在启动时产生小的阻力矩，还能通过改变发电机的发电功率来调制发电频率，从而提高风力发电效率和降低恒频控制的成本。
本发明的目的可以通过采用以下设计方案来实现：一种发电机，它主要由主轴1、轴承2、内体3和外体4组成，所述内体3由铁心5和电枢绕组10组成，内体3与主轴1固连，所述外体4由励磁体、驱动器6、外壳7和端盖板8组成，端盖板8与外壳7连接，端盖板8的内端与轴承2连接，所述外体4的励磁体至少由一个磁体9组成，所述磁体9上设有至少一个驱动器6，其主要特点是磁体9通过所述驱动器6的驱动在外体4中可以移动，磁体9与内体3之间可以发生相对位移。
所述的磁体9通过驱动器6在外体4中的移动方式有两种：一种是所述磁体9通过驱动器6沿轴向移动，另一种是所述磁体9通过驱动器6沿经向移动。
所述的磁体9通过驱动器6在外体4中的连接方式有两种：一种是所述磁体9通过驱动器6与外壳7连接，另一种是所述磁体9通过驱动器6与端盖板8连接。
所述磁体9可以由永磁体11和轭铁12构成，也可以由励磁绕组13和轭铁14构成。
本发明的发电机，根据动力输入方式的需要，可以设计为外转子和内转子两种形式：一是外体4为发电机的转子、内体3为发电机的定子，风力通过外体4输入发电机：另一是内体3为发电机的转子、外体4为发电机的定子，风力通过主轴1输入发电机。
本发明的有益效果是，磁体9通过驱动器6的作用产生相对于内体3的位移时，内体3与所述外体4的励磁体之间电磁感应的量发生变化，可以改变发电功率、控制发电机定子与转子之间的作用力矩和调制发电频率，从而提高风力发电效率，特别是低速风力发电效率和降低恒频控制的成本。
附图说明
图1是本发明的主要组件示意图。
图2是本发明的内体结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是本发明的一种外体结构示意图。
图5是图4的C-C截面图。
图6是本发明的由一个圆环状永磁体构成的励磁体结构示意图。
图7是图6的A-A截面图。
图8是本发明的由四个圆弧状永磁体构成的励磁体结构示意图。
图9是本发明的由电磁体构成的励磁体结构示意图。
图10是本发明实施例一的结构示意图。
图11是图10的B-B截面图。
图12是本发明实施例二的结构示意图。
图13是本发明实施例三的结构示意图。
图14是本发明的另一种外体结构示意图。
图15是图14的G-G截面图。
图16是本发明实施例四的结构示意图。
图17是本发明实施例五的结构示意图。
图18是图17的D-D截面图。
图19是本发明实施例六的结构示意图。
图20是图19的E-E截面图。
图21是本发明的一种径向行程驱动器结构示意图。
图22是本发明的一种轴向行程驱动器结构示意图。
图23是本发明的另一种轴向行程驱动器的结构示意图。
图24是图23的俯视图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1至图9、图14和图15是本发明的主要组件及其结构示意图。图1示出本发明的发电机由主轴1、轴承2、内体3和外体4组成，图2和图3示出所述内体3由铁心5和电枢绕组10组成，图4和图5是所述外体4的一种结构示意图，图14和图15是所述外体4的另一种结构示意图；由图6、图7和图8可以看出所述励磁体由永磁体11和和轭铁12构成的磁体9组成，由图9可以看出所述励磁体也可以由励磁绕组13和轭铁14构成的磁体9组成；图6和图7是由一个圆环状磁体9组成的励磁体结构示意图，图8是由四个圆弧状磁体9组成的励磁体结构示意图，图9是由电励磁的磁体9组成的励磁体结构示意图；图4和图5所示的外体4是由六个圆弧状的磁体9、十二个驱动器6、外壳7和端盖板8组成，外壳7与端盖板8连接，每个磁体9上设有两个径向行程驱动器6与外壳7连接，通过径向行程驱动器6的驱动，所述磁体9在外体4中可以沿径向在磁体9a位置与磁体9b位置之间移动；图14和图15所示的外体4是由两个圆环状的磁体9、八个驱动器6、外壳7和端盖板8组成，外壳7与端盖板8连接，每个磁体9上设有四个轴向行程驱动器6与端盖板8连接，通过轴向行程驱动器6的驱动，所述磁体9在外体4中可以沿轴向在磁体9a位置与磁体9b位置之间移动。
图10至图13和图16至图20是本发明的六个实施例的结构示意图。图10和图11是所述励磁体由四个圆弧状磁体9组成、每个磁体9设有两个径向行程驱动器6与外壳7连接的外体4结构及其磁体9径向移动的实施例示意图，所述端盖板8的内端与轴承2连接，内体3与主轴1固连，磁体9在驱动器6的驱动下，可以在靠近内体3的磁体9a位置与远离内体3的磁体9b位置之间径向移动，当磁体9向轴心方向移动时，磁体9的磁场在内体3的电枢绕组5中产生的电磁感应量增加，当磁体9离轴心方向移动时，磁体9的磁场在内体3的电枢绕组5中产生的电磁感应量减少，从而可以改变发电机的功率、控制发电机定子与转子之间的作用力矩和调制发电频率；图12、图13和图16是所述励磁体分别由八个、十六个和三个圆弧状磁体9组成的、每个磁体9设有两个径向行程驱动器6与外壳7连接的外体4结构及其磁体9径向移动的实施例示意图；图17和图18是所述励磁体由一个圆环状磁体9组成、磁体9设有四个轴向行程驱动器6与外壳7连接的外体4结构及其磁体9轴向移动的实施例示意图，所述端盖板8的内端与轴承2连接，内体3与主轴1固连，所述磁体9在轴向行程驱动器6的驱动下，可以在同内体3完全重合的磁体9b位置与同内体3完全不重合的磁体9a位置之间轴向移动，当磁体9沿增加内体3与磁体9之间重合程度的方向移动时，磁体9的磁场在内体3的电枢绕组5中产生的电磁感应量增加，当磁体9沿减少内体3与磁体9之间重合程度的方向移动时，磁体9的磁场在内体3的电枢绕组5中产生的电磁感应量减小，从而可以改变发电机的功率、控制发电机定子与转子之间的作用力矩和调制发电频率；图19和图20是所述励磁体由两个圆环状磁体9组成、每个磁体9设有三个轴向行程驱动器6与外壳7连接的外体4结构及其磁体9轴向移动的实施例示意图。
本发明实施例中使用了三种驱动器6：图21所示的驱动器6a是一种径向行程驱动器，它由机壳15、行程杆16和电机23组成，行程杆16的外端与磁体9连接、机壳15的底端与外壳7固连，通过电机23驱动，行程杆16可以相对于机壳15伸缩，在图10至图13和图16所示的本发明实施例中，使用的驱动器6就是这种类型的径向行程驱动器；图22所示的驱动器6b是一种轴向行程驱动器，它是一种液压驱动的行程驱动器，由机壳18、行程杆17和液压泵24组成，行程杆16的外端与磁体9连接、机壳18的底端与端盖板8固连，通过液压泵24的驱动，行程杆17可以相对于机壳18大行程伸缩，在图14和图15所示的外体4结构中，使用的驱动器6就是这种轴向行程驱动器；图23和图24所示的驱动器6c是一种连接在外壳7上的轴向行程驱动器，它由轴座19、传动螺杆20、行程滑块21和电机22组成，轴座19和电机22与外壳7固连、行程滑块21与磁体9连接，通过电机驱动传动螺杆20旋转，使行程滑块21移动，在图17至图20所示的本发明实施例中，使用的驱动器6就是这类的轴向行程驱动器。

Claims (10)

1.一种发电机，它由主轴(1)、轴承(2)、内体(3)和外体(4)组成，其特征在于：内体(3)与主轴(1)固连，外体(4)由励磁体、驱动器(6)、外壳(7)和端盖板(8)组成，端盖板(8)与外壳(7)连接，端盖板(8)的内端与轴承(2)连接，所述励磁体至少由一个磁体(9)组成，磁体(9)上设有至少一个行程驱动器(6)，磁体(9)通过所述驱动器(6)的驱动在外体(4)中可以移动，磁体(9)与内体(3)之间可以发生相对位移。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于磁体(9)通过驱动器(6)与外壳(7)连接。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于磁体(9)通过驱动器(6)与端盖板(8)连接。
4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于外体(4)组件之一的所述励磁体可以由1至320个磁体(9)组成。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述磁体(9)的形状可以是圆弧状的、也可以是圆环状的。
6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述磁体(9)可以由永磁体构成、也可以由电磁体构成。
7.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于外体(4)为发电机的转子、内体(3)为发电机的定子，动力通过外体(4)输入发电机。
8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于内体(3)为发电机的转子、外体(4)为发电机的定子，动力通过主轴(1)输入发电机。
9.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的发电机，其特征在于所述磁体(9)上可以设有1至16个驱动器(6)。
10.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的发电机，其特征在于驱动器(6)可以是轴向行程驱动器、也可以是径向行程驱动器。
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