CN215719219U - 一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，包括主轴、定子组件、转子组件、外壳、托盘磁钢环和叶片。外壳内侧设置钕铁硼条形磁钢与无铁芯定子线圈绕组相对基于低阻抗耦合特征。全磁悬浮外转子通过转子两端托盘磁钢环相对主轴定子两端可调节托盘磁钢环斥力磁极实现，通过调节托盘磁极间隙大幅度降低发电机轴承载的外力摩擦力，彻底解决了传统发电机承载的自身重力以及风场推力设计缺陷，大大提高发电效率，特别适合于构建巨型阵风场发电堆、巨型阵发电塔桩中推广应用，符合目前国家倡导的风能发电建设规划和并网电压标准要求，广泛用于各种空间风场气象环境条件下的风电建设和并网发电。

Description

一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机

技术领域

本实用新型涉及清洁发电领域，具体为一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机。

背景技术

现有风能发电机主要由两种结构形式：一种是体积较大平行轴带减速器发电机，一种是功率较小的轮毂式垂直轴发电机。

体积较大平行轴带减速器发电机只能用于目前的立杆式大型旋转叶片式风能发电，大型风能发电机是建立在体积较大口径钢管立杆支架、机箱壳、旋转鼓、超大型旋转叶片、齿轮减速机、制动闸等配置条件下的运行发电，其缺陷设计是体积较大笨重和运输安装复杂成本较高。

垂直轴发电机，其该发电机缺陷是发电机定子垂直轴较短，发电机定子短轴下端通过法兰固定于立杆支架，其电机转子轮毂外套轴向延长配合旋转叶片高度，其特征缺陷是随着旋转叶片高度加大，转子轮毂外套轴向旋转叶片上端受风力强度和下端不平衡，造成侧向风力施加的压力作用在发电机轴承上，使其发电机轴承摩擦力加大易造成损坏，同时所有重量集成在发电机轴承上使得发电效率降低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种新的技术方案，通过设计一款全新结构的发电装置，来解决目前发电机效率低下的问题。

本实用新型提出的具体方案如下：

一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，包括主轴、定子组件、转子组件、外壳和叶片，

所述叶片安装在所述外壳上，所述外壳与所述转子组件固定连接；所述转子组件与所述定子组件配合连接，所述定子组件与所述主轴固定且所述主轴的两端均伸出所述定子组件；

所述主轴上位于所述定子组件的两侧方向均设置有第一刚性磁环，所述转子组件的两侧固定有与所述第一刚性磁环磁悬浮配合的第二刚性磁环，所述第一刚性磁环与所述第二刚性磁环配合使得所述转子组件处于磁悬浮状态。

进一步的，所述转子组件的两侧均固定有端盖，所述端盖套设在所述主轴上并通过轴承与所述主轴可转动连接；所述第二刚性磁环固定在所述端盖上。

进一步的，所述端盖上还设置有托盘，所述托盘用于固定所述叶片。

进一步的，所述托盘包括芯盘和绕所述芯盘边缘设置的缘边，所述缘边与所述芯盘垂直使得所述托盘的截面呈U型结构；所述缘边与所述叶片固定，所述芯盘套接在所述端盖上并与所述端盖固定，所述第二刚性磁环固定在所述芯盘上。

进一步的，所述第一刚性磁环通过调节盘设置在所述主轴上，所述调节盘套接在所述主轴上且可沿着所述主轴的轴向方向移动。

进一步的，所述调节盘与所述主轴通过螺纹连接的方式实现可调节连接，所述主轴上还套接有锁止螺母，所述锁止螺母用以抵接所述调节盘实现所述调节盘在所述主轴上位置的固定。

进一步的，所述主轴的两端均设置有固定法兰，所述固定法兰呈三角形结构且每个角之间作圆弧处理。

进一步的，所述叶片设置三片，每片叶片结构相同且均具有弧形结构。

进一步的，所述主轴由高强度45号无缝钢管制成。

采用本技术方案所达到的有益效果为：

本设计中的全磁悬浮发电机，彻底解决了传统发电机和风力叶片的自身重力以及风场压力全部作用在发电机轴承上的问题，通过第一刚性磁环与第二刚性磁环配合使得转子组件处于磁悬浮状态，使得电机轴承不再承载外力，在进行发电工作时对于提高发电效率具有极大的促进作用。

附图说明

图1为发电机与弧形叶片总构成示意图。

图2为图1的俯视结构平面图。

图3为发电机装置的主体结构图。

图4为图3中A-A的剖面示意图。

图5为图3中B处的局部放大图。

图6为针对图5的爆炸结构图，展示各个部件的具体结构。

其中：10主轴、11调节盘、12锁止螺母、13固定法兰、21绝缘骨架、31钕铁硼条形磁钢、32端盖、33轴承、34托盘、40外壳、50叶片、100第一刚性磁环、200第二刚性磁环、341芯盘、342缘边。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实施例提供了一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，该风能发电装置主要通过利用磁悬浮的设计，使得整个发电机装置中的转子组件能够更高效率的转动，从而达到提高发电效率的目的。

具体的，参见图1－图4，本方案提供的发电机装置包括主轴10、定子组件、转子组件、外壳40和叶片50。

其中的定子组件包括套接在主轴10上的绝缘骨架21，在该绝缘骨架21具有呈发散状的绕齿，绕齿上缠绕绕组线圈；转子组件包括钕铁硼条形磁钢31，定子上的绕组线圈缠绕在绝缘骨架21上，避免了传统的硅钢片铁芯与转子磁钢间的磁吸附作用力，在风场较小时易于启动运转，并实现高效率的发电。

具体的配合关系为：叶片50安装在外壳40上，外壳40与转子组件固定连接，实质上是外壳40与钕铁硼条形磁钢31通过螺栓固定连接；定子组件安装在钕铁硼条形磁钢31内部实现电磁配合连接，定子组件中的绝缘骨架21与主轴10固定且该主轴10的两端均伸出绝缘骨架21。

为了实现磁悬浮设计，在主轴10上位于定子组件(即绝缘骨架21)的两侧方向均设置有第一刚性磁环100，并且在转子组件(即钕铁硼条形磁钢31)的两侧固定有与第一刚性磁环100磁悬浮配合的第二刚性磁环200，在第一刚性磁环100与第二刚性磁环200的配合下使得转子组件处于磁悬浮状态；通过采用磁悬浮的设计方案，提高整个发电机装置的工作效率。

具体的，参见图1－图6，在转子组件的两侧均固定有端盖32，该端盖32套设在主轴10上并通过轴承33与主轴10可转动连接；上文描述的第二刚性磁环200固定在端盖32上。

可以理解为，端盖32与钕铁硼条形磁钢31的端面进行固定，使得钕铁硼条形磁钢31通过端盖32与主轴10活动连接，利用轴承33使得钕铁硼条形磁钢31在转动时能够绕着主轴10的轴线进行转动，保证转动的平稳。

本实施例中，在端盖32上还设置有托盘34，这里的托盘34用于固定叶片50和用于方便第二刚性磁环200的安装。

具体的，托盘34包括芯盘341和绕芯盘341边缘设置的缘边342，缘边342与芯盘341垂直使托盘34的截面呈U型结构；缘边342与叶片50固定，芯盘341套接在端盖32上并与端盖32固定，第二刚性磁环200固定在芯盘341上。

本方案中，第一刚性磁环100通过调节盘11设置在主轴10上，调节盘11套接在主轴10上且可沿着主轴10的轴向方向移动。

这里设置调节盘11可以移动，既可以根据现场的实际情况进行调节，当转子组件两侧的调节盘11相对靠近调节时，设置在调节盘11上的第一刚性磁环100将与设置在托盘34上的第二刚性磁环200配合，使得整个转子组件处于悬浮状态；当转子组件两侧的调节盘11背远离调节时，托盘34上的第二刚性磁环200缺失了第一刚性磁环100的磁力支持，此时整个发电机装置为普通的发电机结构，不再具有磁悬浮的效果。

可选的，调节盘11与主轴10通过螺纹连接的方式实现可调节连接，主轴10上还套接有锁止螺母12，锁止螺母12用以抵接调节盘11实现调节盘11在主轴10上位置的固定；可以理解为将调节盘11整到合适的位置后，第一刚性磁环100与第二刚性磁环200配合使得转子组件处于悬浮状态，再调整锁止螺母12对调节盘11进行位置的固定。

本方案中通过采用磁悬浮的设计，使得转子组件和设置在转子组件的叶片均处于全磁悬浮状态，以达到提高工作效率的目的；同时本方案中通过调节盘11与主轴10进行固定，在发电机开始工作时整个发电机的整体重量均由调节盘11进行承担(整个发电机装置竖直固定时，由设置在主轴10下侧的调节盘11承担)，相比于传统所有重量加载在电机轴承(等同于本方案的轴承33)上的设计方式，本方案提供的轴承33仅仅用于方便转子组件的转动，不再负载运行，这样对于保护轴承33以至于保护整个发电机装置的使用寿命均具有极大的促进作用。

全磁悬浮外转子通过转子组件两端托盘磁钢环(包括托盘、固定盘、第一刚性磁环、第二刚性磁环)的可调节设置，使得转子组件通过托盘磁钢环斥力磁极实现，通过调节托盘磁极间隙大幅度降低发电机轴承载的外力摩擦力，大大提高发电效率。本设计基于全磁悬浮状态的无铁芯定子发电机，彻底解决了传统发电机承载的自身重力以及风场推力设计缺陷。

需要说明的是，主轴由高强度45号无缝钢管制成，主轴不仅是一个电机定子轴，更重要的是构成巨型风能发电机矩阵的主支撑骨架主体，本发明的多个全磁悬浮转子垂直轴风能发电机可以在垂直方向上叠加安装，即通过固定法兰13将一个全磁悬浮转子垂直轴风能发电机固定在另一个全磁悬浮转子垂直轴风能发电机上，从而组合成风能发电机组，提高风能利用率，多个风能发电机组可以构建巨型风能发电机矩阵，符合目前国家倡导的风能发电建设规划和并网电压标准要求，广泛用于各种空间风场气象环境条件下的风电建设和并网发电。

本实施例中，主轴10的两端均设置有固定法兰13，固定法兰13呈三角形结构且每个角之间作圆弧处理；通过固定法兰13可以将主轴10两端进行固定，保证整个发电机装置运行的稳定。

可选的，叶片50设置三片，每片叶片50结构相同且均具有弧形结构。

本技术方案的全磁悬浮发电机，彻底解决了传统发电机和风力叶片的自身重力以及风场压力全部作用在发电机轴承上的问题，通过第一刚性磁环与第二刚性磁环配合使得转子组件处于磁悬浮状态，使得电机轴承不再承载外力，在进行发电工作时对于提高发电效率具有极大的促进作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，包括主轴(10)、定子组件、转子组件、外壳(40)和叶片(50)，其特征在于，

所述叶片(50)安装在所述外壳(40)上，所述外壳(40)与所述转子组件固定连接；所述转子组件与所述定子组件配合连接，所述定子组件与所述主轴(10)固定且所述主轴(10)的两端均伸出所述定子组件；

所述主轴(10)上位于所述定子组件的两侧方向均设置有第一刚性磁环(100)，所述转子组件的两侧固定有与所述第一刚性磁环(100)磁悬浮配合的第二刚性磁环(200)，所述第一刚性磁环(100)与所述第二刚性磁环(200)配合使得所述转子组件处于磁悬浮状态。

2.根据权利要求1所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述转子组件的两侧均固定有端盖(32)，所述端盖(32)套设在所述主轴(10)上并通过轴承(33)与所述主轴(10)可转动连接；所述第二刚性磁环(200)固定在所述端盖(32)上。

3.根据权利要求2所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述端盖(32)上还设置有托盘(34)，所述托盘(34)用于固定所述叶片(50)。

4.根据权利要求3所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述托盘(34)包括芯盘(341)和绕所述芯盘(341)边缘设置的缘边(342)，所述缘边(342)与所述芯盘(341)垂直使得所述托盘(34)的截面呈U型结构；所述缘边(342)与所述叶片(50)固定，所述芯盘(341)套接在所述端盖(32)上并与所述端盖(32)固定，所述第二刚性磁环(200)固定在所述芯盘(341)上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述第一刚性磁环(100)通过调节盘(11)设置在所述主轴(10)上，所述调节盘(11)套接在所述主轴(10)上且可沿着所述主轴(10)的轴向方向移动。

6.根据权利要求5所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述调节盘(11)与所述主轴(10)通过螺纹连接的方式实现可调节连接，所述主轴(10)上还套接有锁止螺母(12)，所述锁止螺母(12)用以抵接所述调节盘(11)实现所述调节盘(11)在所述主轴(10)上位置的固定。

7.根据权利要求1所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述主轴(10)的两端均设置有固定法兰(13)，所述固定法兰(13)呈三角形结构且每个角之间作圆弧处理。

8.根据权利要求1所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述叶片(50)设置三片，每片叶片(50)结构相同且均具有弧形结构。

9.根据权利要求1所述的一种全磁悬浮转子垂直轴风能发电机，其特征在于，所述主轴(10)由高强度45号无缝钢管制成。

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