CN2779100Y - 轴向磁平衡风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴向磁平衡风力发电装置，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，转动轴的轴向设有磁力平衡装置，该磁力平衡装置由转动磁盘和固定磁盘组成，转动磁盘垂直固定在转动轴上，固定磁盘间隔平行设置在转动磁盘对面，并相对支架固定，转动磁盘与固定磁盘之间的作用力与风力方向相反。本新型利用磁盘同性相斥、异性相吸的原理，在转动轴的轴向上产生了与风力方向相反的力，进而降低转动轴与发电机之间的摩擦力，从而使风叶在超低的风速情况下启动，并带动发电机运转，该液浮风力发电装置更加有利于风力发电装置的推广和应用。

Description

轴向磁平衡风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种把风能转变成电能的装置，特别适用于低风速的风力发电装置。本装置也可以应用于将风能转变成动力的装置。

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

本实用新型目的是提供一种在低风速(一级风)情况下可以启动并且在风力较大的时候可以快速转动的风力发电装置。

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。转动轴与发电机的接触处摩擦力主要有重力方向上的摩擦力以及转动轴轴向的摩擦力。所以，如何减小转动轴与发电机的接触处摩擦力，特别是转动轴与发动机之间轴承上所受到的轴向摩擦力是本发明所要解决的主要问题。根据摩擦力＝力×摩擦系数，要减轻摩擦力，最有效的方法就是减少转动轴与发电机之间轴承上所受到了轴向上的力。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种轴向磁平衡风力发电装置，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：转动轴的轴向设有磁力平衡装置，该磁力平衡装置由转动磁盘和固定磁盘组成，转动磁盘垂直固定在转动轴上，固定磁盘间隔平行设置在转动磁盘对面，并相对支架固定，转动磁盘与固定磁盘之间的作用力与风力方向相反。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、所述的磁力平衡装置中固定磁盘放在转动磁盘靠近风叶的一侧，相邻的磁极相反。利用磁铁异性相吸的原理产生一个与风力方向相反的引力，这样就减小了转动轴与发电机之间轴承上所受到的轴向上的力，进而减少了它们之间的摩擦力。

2、所述的磁力平衡装置中固定磁盘放在转动磁盘远离风叶的一侧，相邻的磁极相同。利用磁铁同性相斥的原理产生一个与风力方向相反的斥力，这样就减小了转动轴与发电机之间轴承上所受到的轴向上的力，进而减少了它们之间的摩擦力。

3、所述的磁力平衡装置中包括三块磁盘间隔平行排列，两块固定磁盘，一块转动磁盘，其中一块固定磁盘放在转动磁盘靠近风叶的一侧，相邻的磁极相反，利用磁铁异性相吸的原理产生一个与风力方向相反的引力；另一块固定磁盘放在转动磁盘远离风叶的一侧，相邻的磁极相同，利用磁铁同性相斥的原理产生一个与风力方向相反的斥力，这样在引力和斥力的共同作用下减小了转动轴与发电机之间轴承上所受到的轴向上的力，进而减少了它们之间的摩擦力。

4、所述的磁力平衡装置中包括四块磁盘间隔平行排列，两块固定磁盘，两块转动磁盘，利用磁铁异性相吸、同性相斥的原理产生与风力方向相反的引力以及斥力，这样在引力和斥力的共同作用下减小了转动轴与发电机之间轴承上所受到的轴向上的力，进而减少了它们之间的摩擦力。

5、所述的磁力平衡装置中包括五块磁盘间隔平行排列，三块固定磁盘，两块转动磁盘。利用磁铁异性相吸、同性相斥的原理产生与风力方向相反的引力以及斥力，这样在引力和斥力的共同作用下减小了转动轴与发电机之间轴承上所受到的轴向上的力，进而减少了它们之间的摩擦力。

6、所述的磁力平衡装置设在风叶与发电机之间或设在发电机与尾翼之间的转动轴轴向位置上。

7、所述的固定磁盘中心设有一个通孔，转动轴穿过固定磁盘中心的通孔。

8、所述的转动磁盘和固定磁盘采用整块磁铁结构，或者采用一组磁铁沿转动轴周向布置并镶嵌在盘体上。

9、所述的磁铁是永磁体或者是充磁磁体。

本实用新型的工作原理是：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盘，即在转动轴的轴向上安装一组或几组磁盘，它们相互之间产生的合力的方向与风力的方向相反，根据受力分析：摩擦力＝力×摩擦系数，若减轻转动轴上轴向所受的力，则转动轴与发电机的轴向摩擦力，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，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本实用新型所采用的磁力平衡装置结构简单，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、本实用新型所采用的磁力平衡装置减少了转动轴与发电机之间的轴向摩擦力，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、本发明所采用的磁力平衡装置与现有的风力发电装置相比，由于碱小了轴向的摩擦力，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为带有两块磁盘的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图，固定磁盘放置在转动磁盘靠近风叶一侧；

附图3为带有两块磁盘的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图，固定磁盘放置在转动磁盘远离风叶一侧；

附图4为带有三块磁盘的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图；

附图5为带有四块磁盘的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图；

附图6为带有五块磁盘的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图；

附图7为磁力平衡装置设在发动机与尾翼之间的轴向磁平衡风力发电装置结构示意图；

附图8为附图2的磁盘部分放大图；

附图9为附图3的磁盘部分放大图；

附图10为附图4的磁盘部分放大图；

附图11为附图5的磁盘部分放大图；

附图12为附图6的磁盘部分放大图；

以上附图中：1、风叶；2、发电机；3、转动轴；4、尾翼；5、支架；6、转动磁盘；7、固定磁盘；8、固定磁盘中心的通孔

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例1：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图2和图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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在风叶1与发电机2之间，该磁力平衡装置由转动磁盘6和固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3上，固定磁盘7间隔平行设置在转动磁盘6靠近风叶1的一侧，并相对支架5固定，相邻的磁极相反，固定磁盘7中心设有一个通孔8，转动轴3穿过固定磁盘7中心的通孔8。所述的转动磁盘和固定磁盘采用整块磁铁结构，磁铁是永磁体。

实施例2：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图3和图9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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在风叶1与发电机2之间，该磁力平衡装置由转动磁盘6和固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3上，固定磁盘7间隔平行设置在转动磁盘6远离风叶1的一侧，并相对支架5固定，相邻的磁极相同，固定磁盘7中心设有一个通孔8，转动轴3穿过固定磁盘7中心的通孔8。所述的转动磁盘和固定磁盘采用一组磁铁沿转动轴周向布置并镶嵌在盘体上，磁铁是充磁磁体。

实施例3：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图4和图10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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在风叶1与发电机2之间，该磁力平衡装置由一块转动磁盘6和两块固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3上，固定磁盘7间隔平行设置在转动磁盘6的两侧，并相对支架5固定，其中一块固定磁盘7放在转动磁盘6靠近风叶1的一侧，相邻的磁极相反；另一块固定磁盘7放在转动磁盘6远离风叶1的一侧，相邻的磁极相同，固定磁盘7中心设有一个通孔8，转动轴3穿过固定磁盘7中心的通孔8。所述的转动磁盘和固定磁盘采用整块磁铁结构，磁铁是永磁体。

实施例4：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图5和图11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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在风叶1与发电机2之间，该磁力平衡装置由两块转动磁盘6和两块固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3上，固定磁盘7与转动磁盘6间隔平行设置，并相对支架5固定，利用磁铁异性相吸、同性相斥的原理排列磁极方向，产生与风力方向相反的引力以及斥力，固定磁盘7中心设有一个通孔8，转动轴3穿过固定磁盘7中心的通孔8。所述的转动磁盘和固定磁盘采用一组磁铁沿转动轴周向布置并镶嵌在盘体上，磁铁是充磁磁体。

实施例5：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图6和图12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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在风叶1与发电机2之间，该磁力平衡装置由两块转动磁盘6和三块固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3上，固定磁盘7与转动磁盘6间隔平行设置，并相对支架5固定，利用磁铁异性相吸、同性相斥的原理排列磁极方向，产生与风力方向相反的引力以及斥力，固定磁盘7中心设有一个通孔8，转动轴3穿过固定磁盘7中心的通孔8。所述的转动磁盘和固定磁盘采用整块磁铁结构，磁铁是永磁体。

实施例6：一种轴向磁平衡风力发电装置如附图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2的转子与定子保持间隙配合，转动轴3的轴向设有磁力平衡装置，作用点设在发电机2与尾翼4之间，该磁力平衡装置由转动磁盘6和固定磁盘7组成，转动磁盘6垂直固定在转动轴3的后端，固定磁盘7间隔平行设置在转动磁盘6靠近尾翼的一侧，并相对支架5固定，相邻的磁极相同。所述的支架5可以360度转动。所述的转动磁盘和固定磁盘采用一组磁铁沿转动轴周向布置并镶嵌在盘体上，磁铁是充磁磁体。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种轴向磁平衡风力发电装置，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：转动轴的轴向设有磁力平衡装置，该磁力平衡装置由转动磁盘和固定磁盘组成，转动磁盘垂直固定在转动轴上，固定磁盘间隔平行设置在转动磁盘对面，并相对支架固定，转动磁盘与固定磁盘之间的作用力与风力方向相反。

2、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置中固定磁盘放在转动磁盘靠近风叶的一侧，相邻的磁极相反。

3、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置中固定磁盘放在转动磁盘远离风叶的一侧，相邻的磁极相同。

4、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置中包括三块磁盘间隔平行排列，两块固定磁盘，一块转动磁盘，其中一块固定磁盘放在转动磁盘靠近风叶的一侧，相邻的磁极相反；另一块固定磁盘放在转动磁盘远离风叶的一侧，相邻的磁极相同。

5、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置中包括四块磁盘间隔平行排列，两块固定磁盘，两块转动磁盘。

6、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置中包括五块磁盘间隔平行排列，三块固定磁盘，两块转动磁盘。

7、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁力平衡装置设在风叶与发电机之间或设在发电机与尾翼之间的转动轴轴向位置上。

8、根据权利要求1所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的固定磁盘中心设有一个通孔，转动轴穿过固定磁盘中心的通孔。

9、根据权利要求1～8中任一项所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的转动磁盘和固定磁盘采用整块磁铁结构，或者采用一组磁铁沿转动轴周向布置并镶嵌在盘体上。

10、根据权利要求9所述的轴向磁平衡风力发电装置，其特征在于：所述的磁铁是永磁体或者是充磁磁体。

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