CN2870275Y - 永磁变阻风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力永磁变阻发电机，它由转子(1)、定子(2)和轴承(3)组成，其特征在于：转子(1)由/主轴(4)、整流器(5)、小电枢(8)、电磁体(9)、端板(10)组成，定子(2)由永磁体组件、结构支撑件(11)、大电枢(12)、壳体(13)、端板(14)和行程驱动器(7)组成，所述永磁体组件至少由一个磁体(6)组成，磁体(6)上设有至少一个驱动器(7)，磁体(6)通过驱动器(7)与定子(2)连接，所述磁体(6)通过驱动器(7)的驱动产生相对于主轴(4)的移动，磁体(6)与小电枢(8)之间可以发生相对位移，可以调制频率和匹配风与电的功率，从而提高风力发电效率。另外，可以用相对小永磁体励磁，产生相对大的发电功率，可实现直驱多极发电机的大直径电枢要求而永磁体用量少。

Description

永磁变阻风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，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。另一方面，风机通过增速齿轮提高发电机的转速是现在制造风力发电机组通常采用的方式，它的缺点是增大了发电机的驱动力矩，降低了风能利用效率。

为此，我们已发明了一种风力发电机，它既能改变发电机的磁阻力以匹配风能的变化和调制发电频率，从而提高风力发电效率和降低恒频控制的成本。在实现直驱多极的大直径电枢发电机时，还要求进一步减小永磁体的磁阻力和用量。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种永磁变阻风力发电机，它既能改变发电机的磁阻力以匹配风能的变化和调制发电频率，提高风力发电效率和降低恒频控制的成本，还能用相对小的永磁体实现直驱多极的大直径电枢发电机，降低发电机的驱动力矩。

本实用新型的目的可以通过采用以下设计方案来实现：一种发电机，它主要由转子1、定子2和轴承3组成，所述转子1主要由主轴4、整流器5、小电枢8、电磁体9和端板10组成，所述定子2主要由永磁体组件、结构支撑件11、大电枢12、壳体13、端板14和行程驱动器7组成，所述永磁体组件至少由一个磁体6组成，所述磁体6由永磁体15和轭铁16组成，所述磁体6上设有至少一个驱动器7，磁体6通过驱动器7与定子2连接，所述的小电枢8由铁心17和电枢绕组18组成、电磁体9由轭铁19和励磁绕组20组成、大电枢12由铁心21和电枢绕组22组成，所述转子1的主轴4与轴承3的内圆连接、所述轴承3的外圆与所述定子2的端板14连接，其主要特点是，通过驱动器7驱动的所述磁体6产生相对于主轴4的移动、磁体6与小电枢8之间可以发生相对位移。所述驱动器7与定子2连接的方式有两种：一种是驱动器7与端板14连接，另一种是驱动器7与壳体13连接。所述磁体6通过驱动器7产生相对于主轴4的移动方式有两种：一种是所述磁体6通过轴向的驱动器7沿所述主轴4的轴向移动，另一种是所述磁体6通过径向的驱动器7沿所述主轴4的经向移动。

所述定子2中的磁体6的位置，可置于转子1中的小电枢8外面、也可置于小电枢8里面，前者的磁体6由永磁体15w和轭铁16w组成、小电枢8由铁心17n和电枢绕组18组成，后者的磁体6由永磁体15n和轭铁16n组成、小电枢8由铁心17w和电枢绕组18组成。

所述转子1中的小电枢(8)可以与电磁体(9)同轴地置于电磁体(9)的内环里面、也可以与电磁体(9)同轴地置于电磁体(9)的端部外面。换句话说，小电枢8与电磁体9之间的相对位置可以设置在同层、也可以设置在不同层。

在所述整流器5与小电枢8之间串接导向开关23、在主轴4上设置导电滑环24，其特点是，当开关23接通整流器5时，本发电机通过定子2的大电枢12发电；当开关23接通滑环24时，本发电机通过转子1的小电枢8发电、并通过滑环24输出。导向开关23也可以串接在所述电磁体9与整流器5之间，当开关23接通滑环24时输出直流电。由于导向开关23设置在转子1上，可以通过设在定子2上的无线遥控器控制开关23的导向。

所述永磁体组件可以由1至320个磁体6组成。

所述磁体6的形状可以是圆弧状的、也可以是圆环状的。

本实用新型的有益效果是，可以根据额定功率和风机驱动机构确定磁体6和大电枢12的直径而无其它约束和限制、用相对小的永磁体励磁产生相对大发电功率、可实现直驱式永磁多极发电机的大直径电枢要求而永磁体用量少，通过控制驱动器7可以改变发电机的磁阻力、发电功率和发电频率，匹配风机功率与发电机功率和控制发电频率，从而达到提高风力发电效率和降低恒频控制成本的目的。

附图说明

图1是本实用新型的主要组件示意图。

图2是本实用新型的一种转子的结构示意图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是本实用新型的一种定子的结构示意图。

图5是图4的B-B截面图。

图6是本实用新型的一种电磁体的垂直轴向截面的结构示意图。

图7是本实用新型的一种大电枢的垂直轴向截面的结构示意图。

图8是本实用新型的一种永磁体组件的垂直轴向截面的结构示意图。

图9是本实用新型的另一种永磁体组件的垂直轴向截面的结构示意图。

图10是本实用新型的一种小电枢的垂直轴向截面的结构示意图。

图11是本实用新型的另一种小电枢的垂直轴向截面的结构示意图。

图12是本实用新型实施例一的结构示意图。

图13是图12的C-C截面图。

图14是本实用新型实施例二的结构示意图。

图15是本实用新型实施例三的结构示意图。

图16是本实用新型实施例四的结构示意图。

图17是图16的D-D截面图。

图18是本实用新型的一种径向行程驱动器结构示意图。

图19是本实用新型的一种轴向行程驱动器结构示意图。

图20是本实用新型的另一种轴向行程驱动器的结构示意图。

图21是图20的俯视图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1至图11是本实用新型的主要组件及其结构示意图。图1示出本实用新型的发电机由转子1、定子2和轴承3组成，图2和图3示出一种由主轴4、整流器5、小电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b和端板10c组成的转子1的结构示意图，图4和图5示出一种由磁体6、驱动器7、结构支撑件11、大电枢12、端板14a、端板14b、壳体13a和壳体13b组成的定子2的结构示意图，图6是一种由轭铁19和励磁绕组20组成的电磁体9的结构示意图，图7是一种由铁心21和电枢绕组22组成的大电枢12的结构示意图，图8和图9是两种磁体6的结构示意图，图10和图11是两种小电枢8的结构示意图。

图12至图17是本实用新型的四个实施例的结构示意图。图12至图13、图16和图17所示的两个实施例中的转子1由主轴4、整流器5、小电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b和端板10c组成、其中图16和图17的转子1上还设有导向开关23和导电滑环24，图14所示实施例二的转子1由主轴4、整流器5、小电枢8、电磁体9和两个端板10组成，图15所示的实施例三的转子1由主轴4、整流器5、小电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b和两个端板10c组成；图12和图13所示实施例一的定子2由四个圆弧状磁体6、八个径向驱动器7、结构支撑件11、大电枢12、端板14a、端板14b、壳体13a和壳体13b组成，八个径向驱动器7均与壳体13b连接，每个磁体6连接两个径向驱动器7，四个磁体6在各自连接的驱动器7协同控制下、沿主轴4的径向在图中所示的实线位置(6)与虚线位置(6′)之间的任何位置上移动或停止，图14所示实施例二的定子2由一个圆环状磁体6、两个轴向驱动器7、结构支撑件11、大电枢12、端板14a、端板14b、壳体13a和壳体13b组成，两个轴向驱动器7连接在端板14b上，磁体6连接两个轴向驱动器7，磁体6在驱动器7协同控制下、沿主轴4的轴向在图中所示的实线位置(6)与虚线位置(6′)之间的任何位置上移动或停止，图15所示实施例三的定子2由一个圆环状磁体6、两个轴向驱动器7、大电枢12、两个端板14、壳体13组成，两个轴向驱动器7连接在下面的端板14上，磁体6在两个轴向驱动器7协同控制驱动下、沿主轴4的轴向在图中所示的实线位置(6)与虚线位置(6′)之间的任何位置上移动或停止，图16和图17所示实施例四的定子2由一个圆环状磁体6、四个轴向驱动器7、结构支撑件11、大电枢12、端板14a、端板14b、壳体13a和壳体13b组成，四个轴向驱动器7连接在壳体13b上，磁体6在四个驱动器7协同控制驱动下、沿主轴4的轴向在图中所示的实线位置(6)与虚线位置(6′)之间的任何位置上移动或停止。

本实用新型的实施例中使用了两种磁体6和两种小电枢8：在图14所示的实施例二中，使用的磁体6是由图8所示的永磁体15w和轭铁16w组成的、使用的小电枢8是由图10所示的铁心17n和电枢绕组18组成的，实施例二的磁体6在小电枢8的里面；在图12、图15至图17所示的三个实施例的磁体6都在小电枢8的外面，它们使用的磁体6由图9所示的永磁体15n和轭铁16n组成、使用的小电枢8由图11所示的铁心17w和电枢绕组22组成。

本实用新型的实施例中使用了三种驱动器7：图18所示的驱动器7a是一种径向行程驱动器，它由机壳25、行程杆26和电机27组成，行程杆26的外端与磁体6连接、机壳25的底端与壳体13固连，通过电机23驱动，行程杆26可以相对于机壳25伸缩，在图12和图13所示的实施例一中，使用的驱动器7就是这种类型的径向行程驱动器；图19所示的驱动器7b是一种轴向行程驱动器，它是一种液压驱动的行程驱动器，由行程杆28、机壳29和液压泵30组成，行程杆28的外端与磁体6连接、机壳29的底端与端板14固连，通过液压泵30的驱动，行程杆28可以大行程伸缩，在图14和图15所示的两个实施例中，使用的驱动器7就是这种类型轴向行程驱动器；图20和图21所示的驱动器7c是一种连接在壳体13上的轴向行程驱动器，它由轴座31、传动螺杆32、行程滑块33和电机34组成，轴座31和电机34与壳体13固连、行程滑块33与磁体6连接，通过电机驱动传动螺杆32旋转，使行程滑块33移动，在图16和图17所示的实施例四中，使用的驱动器7就是这类的轴向行程驱动器。

Claims (8)

1.一种发电机，它由转子(1)、定子(2)和轴承(3)组成，其特征在于：转子(1)由主轴(4)、整流器(5)、小电枢(8)、电磁体(9)、端板(10)组成，定子(2)由永磁体组件、结构支撑件(11)、大电枢(12)、壳体(13)、端板(14)和行程驱动器(7)组成，所述永磁体组件至少由一个磁体(6)组成，磁体(6)上设有至少一个驱动器(7)，磁体(6)通过驱动器(7)与定子(2)连接，所述磁体(6)通过驱动器(7)的驱动产生相对于主轴(4)的移动，磁体(6)与小电枢(8)之间可以发生相对位移，所述电磁体(9)由轭铁(19)和励磁绕组(20)组成、大电枢(12)由铁心(21)和电枢绕组(22)组成，所述转子(1)的主轴(4)与轴承(3)的内圆连接、所述轴承(3)的外圆与所述定子(2)的端板(14)连接。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述定子(2)中的磁体(6)可以设置在转子(1)中的小电枢(8)外面、也可以设置在小电枢(8)里面，前者的磁体(6)由永磁体(15w)和轭铁(16w)组成、小电枢(8)由铁心(17n)和电枢绕组(18)组成，后者的磁体(6)由永磁体(15n)和轭铁(16n)组成、小电枢(8)由铁心(17w)和电枢绕组(18)组成。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述转子(1)中的小电枢(8)可以与电磁体(9)同轴地置于电磁体(9)的内环里面、也可以与电磁体(9)同轴地置于电磁体(9)的端部外面。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述永磁体组件可以由1至320个磁体(6)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(6)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，其特征在于驱动器(7)可以是轴向行程驱动器、也可以是径向行程驱动器。

7.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述磁体(6)上可以设有1至16个驱动器(7)。

8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述驱动器(7)在定子(2)中的连接位置是驱动器(7)可以连接在端板(14)上、也可以连接在壳体(13)上。

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