CN2407504Y - 磁悬浮永磁风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮永磁风力发电机,它采用了磁力传动技术和磁悬浮技术,从系统上解决了风力发电机向大功率发展中遇到需启动风力达一定大的难题,同时,通过磁力传动技术和磁悬浮技术的结合,克服了永磁转子风力发电机输出特性偏软的缺点。该磁悬浮永磁风力发电机,它是由原动力传送装置,磁力传动调速装置,磁轮,磁悬浮永磁发电机等几部分组成的。因其启动风力小的特点,它可广泛用于各种交通工具,工厂,农村,城市住宅小区,高层建筑等领域。

Description

磁悬浮永磁风力发电机

本实用新型涉及一种磁悬浮永磁风力发电机，该发电机是风力发电机产品的又一个新品种，它启动力小、节能、适用范围广。

以往的风力发电机，其核心的发电机结构均是由导磁材料制作的定子、用铜铝材料制作，并镶嵌在定子上面的绕组线圈；转子、以及用铜铝材料制造，并镶嵌在转子上面的激磁线圈；碳刷、滑环、整流子、转轴、以及支撑转轴和轴承的发电机端盖、机座和旋转风叶等组成。上述发电机的结构复杂、制造难度大；易出毛病、各种损耗均很高。不利于环保和节能的要求。

随着永磁风力发电机的产生，特别是永磁转子风力发电机的出现大大改变了上述发电机的弊端，使发电机的结构大大得到了减化，效能提高；各种损耗也有明显的降低。但这两类发电机，其功率越大，它们所需的外部动力源也就越大；加之，永磁转子风力发电机负载特性偏软的缺点，因此，从整个风力发电机来考查，上述两类型风力发电机的原动力即风力的能耗均较高。因此，这两类风力发电机的使用范围受到了很大限制，影响了风力发电的推广和普及。

虽然，永磁转子风力发电机在效能方面有了很大的提高，上述两类发电机它们在原动力带动发电机转动方面，其传动方式基本上采用齿轮传动，这种传动方式的特点是效率高、调速方便；但这种传动方式都是将齿轮的一端连接原动力的输出转轴上，另一端通过齿轮调速系统连接发电机。这种结合方式，一方面达到了传动的目的；另一方面也给原动力和发电机增加了一些负荷，发电机运行其间传动系统磨擦系数增大、噪音升高，使二者的能耗上升、效能下降。

综上所述，以上类型风力发电机的主要技术缺陷在于：1，由于采用了传统的齿轮传动和调速方式，使上述类型风力发电机的传动和转动系统的自重增加、磨擦系数增大；从而，使其启动时所需的风力增大，适用范围受限。2，由于以上类型风力发电机在发电机的端盖和发电机转轴之间采用了传统的金属轴承；在使发电机的运转方面，仍然采用了传统的齿轮传动或皮带传动方式，因此，为克服传动机构的自重和磨擦力，同时克服由于发电机转子自重和金属转轴磨擦带来的阻力，就使得传动驱动系统的驱动力增大；同时，降低了发电机自身的效率。3，由于上述两点传统风力发电机的技术缺陷，就使得永磁转子风力发电机负载偏软的特性更加突出，没有真正起到永磁转子风力发电机的作用。

为了提高风力发电机的整体性能达到节能、降耗、环保和易普及的目的，必须对风力发电机进行系统改造，尤其是原动力的输出传动部分、发电机和发电机的运转传动部分，这几部分传动负荷的高低，决定着原动力消耗量的大小和发电机效能的高低。

本实用新型的目的在于提供一种磁悬浮永磁风力发电机，该风力发电机的技术特点就是，1，在传动装置上采用了磁力传动方式，克服了传统风力发电机启动力大的缺陷，由于磁力传动机构是用磁斥力的原理设计的，因此，在各磁力传动装置之间是没有接触磨擦的，从而也就克服了传统传动装置之间由于磨擦力的增加，所带来的原动力的消耗。2，在发电机转轴与端盖之间去掉了过去的金属轴承采用了磁悬浮装置。这种结构一方面，在磁悬浮永磁风力发电机的动力传送方面起到了大大减小磨擦传动的目的；另一方面，也基本克服了由于发电机自身转子和转轴的自重，所带来驱动力的消耗。3，上述两技术特点的结合，就克服了永磁转子风力发电机负载特性偏软的缺点。

该磁悬浮永磁风力发电机的结构，易制造、易维修、调速方便。克服了以往风力发电机的高能耗，易升温，各种损耗较高等缺点。由于该磁悬浮永磁风力发电机采用了磁力传动和磁悬浮技术，它也有启动力很小的特点。因此，使该磁悬浮永磁风力发电机的适用范围更加广大，提高了风能的利用率；进一步提高了风力发电机的整体效能，而且降低了制造成本和使用成本。该风力发电机可以广泛应用于工厂，农村，城市住宅小区，高层建筑和其它需要使用电力的部门。

本实用新型的目的是这样实现的，一种磁悬浮永磁风力发电机，它是由：原动力传送装置(1)，磁力传动调速装置(2)，磁轮(3)，磁悬浮永磁发电机(4)等几部分组成的。

其中，原动力传送装置(1)，是由传送原动力的转动风叶(5)(见图1)和磁力旋转装置组成的，传送原动力的转动风叶(5)与磁力旋转装置是用轴(6)(见图1)连接在一起的。它的作用是在风力的作用下，传送风力的转动风叶(5)受风力的驱动，带动与其同轴(6)的磁力旋转装置旋转；在磁斥力的作用下，与转动风叶(5)同轴(6)的磁力旋转装置，带动磁力传动调速装置(2)中的磁轮转动；同时，磁力传动调速装置(2)中的磁轮，在磁斥力的作用下，带动安装在磁悬浮永磁发电机转轴上的磁轮转动，达到一定的转速，从而使磁悬浮永磁风力发电机得以发电。

磁力传动调速装置(2)，它是由不同规格大小，不同转速比的磁轮组成的。其作用是调节来自原动力传送装置(1)中磁力旋转装置的转速到一定的速比；并在磁斥力的作用下，将调整好一定速比的转速，传送到下一级安装在该磁悬浮永磁发电机转轴上的磁轮。

磁轮(3)，其作用是在外力的作用下，通过磁斥力的作用传递来自上一级的旋转磁斥力。

磁轮是采用同极相斥的磁力原理制成的，其结构是用圆形骨架(由金属或非金属材料均可制成)，并把磁极(7)按不同的间隙镶嵌在圆形骨架(8)(见图3)上面，当原动力驱动磁轮旋转时，通过磁力的排斥作用，另一个磁轮也随之旋转，其旋转的速度是由原动力驱动力的大小和磁极数目多少来决定的。磁力传动的方式可分为三种：一种为截面磁轮传动，另一种为切面磁轮传动，第三种为截面(9)(见图3)磁轮和切面(10)(见图3)磁轮混合传动。A，截面磁轮(11)(见图4)传动就是将磁极根据不同的间隙(12)镶嵌在圆形骨架截面上，形成截面磁轮；根据动力传送的目的不同，磁轮可选择两个或两个以上的磁轮，依据传动力的大小，按一定的间隙排列；当一个磁轮旋转时，另一个磁轮在磁斥力的作用下也跟着同时旋转，从而达到传动的目的。根据不同的传动方式，截面磁轮传动可分为单环截面磁轮传动和多环截面磁轮传动。B，切面磁轮(13)(见图5)传动就是将磁极根据不同的间隙镶嵌在圆形骨架的环面上，根据传动的不同方式，切面磁轮传动可分为三种：一种是将磁极按一定的间隙镶嵌在圆形骨架的外环面上；另一种是将磁极按一定的间隙同时镶嵌在圆形骨架的外环面和内环面(14)(见图6)上；第三种，就是将磁极按一定的间隙同时镶嵌在阶梯圆形骨架的外圆切面和内圆切面(15)(见图7)上，根据传动目的的不同，切面磁轮传动可选择两个或两个以上的磁轮，依据传动力的大小，按一定的间隙排列，当一个磁轮旋转时，另一个磁轮在磁斥力的作用下也跟着同时旋转，从而达到传动的目的。C，截面磁轮和切面磁轮混合传动，就是将上述两种传动方式结合到一起使用的一种方法。

磁力旋转装置，就是将不同类型的磁轮组合成一起，借助于外力旋转的装置。

磁悬浮永磁发电机4(见图9)，它是由用导磁材料制作的定子(16)、由铜铝材料制作并镶嵌在定子上面的绕组线圈(17)、永磁转子18、转轴(19)、端盖(20)、安装在转轴上面的磁轮(3)、与端盖配合一起支撑转子和转轴的磁悬浮装置(21)、机壳(22)、机座(23)和风叶(24)等部分组成。其主要特点：A，转子是由永磁材料制成的，省去了传统发电机的碳刷、滑环和镶嵌在转子上面的激磁线圈；因此，在该发电机运行其间，其转子是不通电的，所以其转子不会有温升产生，从而提高了该发电机的效率，降低了消耗。B，由于该发电机的转子是由永磁材料制成的，它一方面，提高了该发电机的效率，降低了消耗；另一方面，由于永磁材料是在发电机制造过程中一次性充磁的(即磁力不可调性)，因此，其负载特性偏软，为解决这一问题，该磁悬浮永磁发电机，在连接转子的转轴与端盖之间采用了磁悬浮装置；在使该发电机转子旋转的装置上，采用了磁力传动的结构，所以在该发电机运行其间，不会有任何负载直接与带动磁悬浮永磁发电机的旋转装置接触。该磁悬浮永磁发电机的旋转装置转动的力量，来自磁力传动的磁斥力。C，由于该磁悬浮永磁发电机支撑转子和转轴采用的是磁悬浮技术，因此，就使转子和转轴相对处于一种悬浮的失重状态，所以，在外力相对小的情况下，该磁悬浮永磁发电机的转子就可以旋转，从而，节省原动力的消耗，提高了整个风力发电机整体性能；也提高了该风力发电机对风能的适用面。

磁悬浮装置(21)，它是由圆环形磁环(25)和安装在该发电机转轴上面的两个半圆形磁环组成的。圆环形磁环(25)(见图10)、由非导磁材料制成的圆环形骨架(27)(见图11)、在圆环形骨架的内侧有两个凸出的端面(28)(见图11)，把圆环形骨架分成两个半圆环状；将半圆环状永磁材料(26)(见图12)安装在被两个凸出的端面分隔圆环形骨的半圆环状内，形成圆环形磁环(25)。安装在该发电机转轴上的两个半圆形磁环(29)(见图13)，是在该发电机转轴上开一个一定宽度的环形槽(30)(见图14)，将半圆环状永磁材料固定在该发电机转轴上的环形槽内。安装在该发电机转轴环形槽内的永磁体上端面磁极与安装在圆环形骨架内的圆环形磁环相对的端面磁极是相同的，利用磁性的同性相斥原理，在该发电机端盖配合下，使该发电机的转轴连同转子一起悬浮在该发电机内部中央，达到磁悬浮的目的。

以上是对该磁悬浮永磁风力发电机四个组成部分的构成及其作用作了阐述，下面就该磁悬浮风力发电机四个组成部分所涉及的附图构成进行简要说明：

图1-为该磁悬浮永磁风力发电机整个系统的组成示意图，其中，原动力传送装置为-(1)1。磁力传动调速装置为-(2)。磁轮为-(3)。磁悬浮永磁发电机为-(4)。转动风叶为-(5)。轴为-(6)。间隙为-(12)。永磁转子为-(18)。转轴为-(19)。

图2-为转动风叶(5)，轴(6)及磁轮(3)的侧视图。图3-为圆形骨架(8)，截面(9)和切面(10)的示意图。图4-为截面磁轮的正视图。图5-为切面磁轮的侧视图。图6-为外环面和内环面的正视图。图7-为外圆切面和内圆切面的侧视图。图8-为外圆切面和内圆切面的正视图。图9-为磁悬浮永磁发电机内部结构示意图，其中，定子为-(16)，绕组线圈为-(17)，永磁转子为-(18)，转轴为-(19)，端盖为-(20)，磁悬浮装置为-(21)，机壳为-(22)，机座为-(23)，风叶为-(24)，磁轮为-(3)。

图10-为圆环形磁环的正视图，其中，圆环形骨架为-(27)，半圆形磁环为-(26)。

图11-为圆环形骨架的正视图，其中，凸出的端面为-(28)。图12-为半圆环状永磁材料的示意图。图13-为转轴上的半圆形磁环(29)的示意图。图14-为环形槽的正视图，其中，永磁转子为-(18)，转轴为-(19)，环形槽为(30)。

下面结合图1、图9，对磁悬浮永磁风力发电机整体的运行进行进一步说明：

其中，图1为整个磁悬浮永磁发电机的组成示意图。图1中，原动力传送装置-1，磁力传动调速系统-2，磁轮-3，磁悬浮永磁发电机-4，转动风叶-5，轴-6，间隙-12，永磁转子-18，转轴-19。图9为磁悬浮永磁发电机的内部结构示意图，图9中，磁轮-3，定子16，绕组线圈-17，永磁转子-18，转轴-19，------，

在风力的作用下，原动力传送装置(1)中的转动风叶(5)开始启动并旋转，从而带动与其同轴(6)的磁力旋转装置转动；在磁斥力的作用下磁力旋转装置驱动，磁力传动调速装置(2)运转；同时，通过磁斥力的作用，磁力传动调速装置(2)，驱动安装在磁悬浮永磁发电机的转轴(19)上面的磁轮(3)转动，因发电机的转轴(19)和永磁转子(18)在制造时是连接在一起的，所以，安装在磁悬浮永磁发电机转轴上的磁轮3旋转的同时，也就带动了该发电机转轴(19)和永磁转子(18)旋转。由于磁悬浮永磁发电机(4)的转子是由永磁材料制成的，在磁悬浮永磁发电机转子旋转的过程中，镶嵌在磁悬浮永磁发电机的定子(16)上面的绕组线圈(17)不断切割永磁转子(18)的磁力线，使镶嵌在定子上面的绕组线圈产生电流，从而产生电力。在磁悬浮永磁发电机(4)运转的过程中，安装在磁悬浮永磁发电机转轴上的磁轮(3)，与用不同规格大小磁轮组成的磁力传动调速装置(2)，以及原动力传送系统中的磁力旋转装置，彼此之间是没有接触和摩擦的，它们始终保持着一定的间隙(12)；它们的转动是在风力的作用下，通过磁斥力完成的。因此，这种磁力传动方式的磨擦系数很低，对整个磁悬浮永磁风力发电机整体而言，其效率大大提高、各种损耗大大降低；与同功率的其它类型风力发电机相比之下，大大节省了风力的消耗量，扩展风力发电机的使用空间。

Claims (5)

1，一种磁悬浮永磁风力发电机，它包括：原动力传送装置(1)、磁力传动调速装置(2)、磁轮(3)、磁悬浮永磁发电机(4)等几部分。其特征在于：原动力传送装置(1)中的磁轮(3)，与由不同规格大小、不同转速比的磁轮(3)组成的磁力传动调速装置(2)，保持着一定的间隙(12)；同时，磁力传动调速装置(2)中的磁轮(3)，与安装在磁悬浮永磁发电机(4)转轴上的磁轮(3)，也保持着间隙；在转轴(19)与磁悬浮永磁发电机(4)的端盖(20)之间，安装有磁悬浮装置(21)。

2，根据权利要求1所述的磁悬浮永磁风力发电机，其特征在于：原动力传送装置中的转动风叶(5)与磁轮(3)，由轴(6)相连的。

3，根据权利要求1所述的磁悬浮永磁风力发电机，其特征在于：磁轮(3)是用圆形骨架(8)(由金属或非金属材料均可制成)，并把磁极(7)按一定的间隙(12)镶嵌在圆形骨架上面。它可分为截面磁轮(11)和切面磁轮(13)两种基本形式。

4，根据权利要求1所述的磁悬浮永磁风力发电机，其特征在于：磁力传动调速装置(2)是由不同规格大小、不同转速比的磁轮(3)组成的，且各磁轮(3)间保持着间隙(12)。

5，根据权利要求1所述的磁悬浮永磁风力发电机，其特征在于：磁悬浮装置(21)，它是由圆环形磁环(25)和安装在该发电机转轴上面的两个半圆形磁环(29)组成的。其中，圆环形磁环(25)是由非导磁材料制成的圆环形骨架(27)，以及在圆环形骨架(27)的内侧的两个凸出的端面(28)，把圆环形骨架分成两个半圆环状构成，将半圆环状永磁材料(26)安装在被两个凸出端面分隔的圆环形骨架半圆环状内，形成圆环形磁环的。安装在该发电机转轴上面的两个半圆形磁环(29)，是在该发电机转轴上开环形槽(30)，将半圆环状永磁材料(29)固定在该发电机转轴上的环形槽内。

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