磁懸浮風力發電機的製作方法
2023-06-03 04:54:01
專利名稱：磁懸浮風力發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及風力發電設備，尤其是涉及一種新型的磁懸浮風力發電機。
背景技術：
風能不但具有清潔環保、可再生的特點，而且其分布地域廣大，可以說無處不在，而且便於利用，是一種極具發展前途的新型能源。而且人們利用風力發電，不但不會產生任何負面影響，而且還會帶來減緩風力災害、抑制荒漠化、減少或降低沙塵暴數量和強度的好處。
人們認識和利用風能有悠久的歷史，早期主要是利用風車代替人類進行灌溉、舂米等簡單的勞作，目前我們利用風力發電，但是自然界所產生的風不但風向多變，而且風力大小也變幻莫測，而傳統的機械式軸承風力發電機，其啟動風速要求最低為3m/s，而對於我國大多數地方來說，一年之中大部分時間其風力在3m/s以下，這就使得大量的風力資源無法利用而白白浪費掉了，如果能夠降低風力發電機的啟動風速，不但會提高風力發電設備的利用效能，而且會多生產大量電力，其經濟效益和社會效益都極其巨大。
現有機械式軸承風力發電機葉輪一般都以懸臂方式置於發電機軸一端，這樣的懸臂結構造成發電機軸受到葉輪向下的重力作用而對其軸承產生非軸向力，使得軸承受力不均衡，受力狀況不佳，摩擦力較大，加上軸本身還有自重，因此目前機械式風力發電機的起動阻力矩、起動風速、切入風速普遍較高而輸出功率低(三高一低)，而人們在試圖將起動阻力矩、起動風速、切入風速降低時，又把輸出功率也降低了，因此難以使低風速風力資源得到應用。
如果能使得風力發電機軸懸臂端處於懸浮狀態即克服葉輪和軸重力作用，將大大減少發電機軸承所受徑向力，同時將大大減少軸承的摩擦力，可以有效降低風力發電機的起動風速。目前的磁懸浮風力發電機，如美國的電磁懸浮風力發電機，由於懸浮軸承在各個自由度都需要控制，因此其控制系統極其複雜和龐大，其成本非常高昂，並且對運行中的維護和應用環境很挑剔，不能廣泛適用於風力發電領域。
實用新型內容針對現有技術中存在的缺陷和不足，本實用新型提供一種利用磁懸浮技術克服懸臂軸受重力撓性變形的風力發電機，結構簡單、成本低。本實用新型採用新型磁懸浮結構，利用所產生的向上的磁作用力克服葉輪自身重力，從而使得風力發電機軸承受力得到均衡，減小軸承所產生的摩擦力，從而有效降低風力發電機的起動阻力矩、起動風速和切入風速和提高發電輸出功率。
本實用新型的技術方案如下磁懸浮風力發電機，包括葉輪、軸、電機和軸承，所述葉輪設置於軸端部，所述電機設置於軸另一端，電機的單側或雙側設置有軸承，其特徵在於所述軸承一側或兩側設置有磁懸浮裝置，所述磁懸浮裝置包括一個或一組固定套裝於軸上的具有磁性的或者是可導磁的轉子，以及設置於所述轉子外側的磁性定子裝置，所述磁性定子裝置包括定子磁體，所述定子磁體與轉子具有一高度差並與其保持有軸向間隙。
所述轉子上部兩外側均設置有定子磁體。
所述定子磁體為永磁體或電磁體。
所述定子磁體的徑向剖面為扇形或半環形結構。
所述扇形的圓弧角度為45°。
所述磁性定子裝置還包括支架，所述各定子磁體設置於該支架上。
所述支架為倒U形框架導磁通路結構。
所述倒U形框架結構，其兩側壁分別由軸承的端蓋及電機外殼組成，所述兩側壁上部通過一導磁性物相連，以使兩側壁構成導磁通路。
所述轉子為片狀或盤狀可導磁或充磁的鐵磁性體，所述鐵磁性體為矽鋼材料或稀土合金材料製成。
所述轉子為片狀或盤狀永磁體。
本實用新型的技術效果為一種磁懸浮風力發電機，通過在軸承一側或兩側設置磁懸浮裝置，該裝置包括一個或一組固定套裝於軸上的具有磁性的或者是可導磁的轉子，以及設置於轉子上部外側的磁性定子裝置，磁性定子裝置定子磁體與轉子具有一高度差，由於轉子本身具有磁性或者是在磁性定子的磁化作用下具有相應的磁性，這種高度差就能使轉子有向上的磁性作用力(斥力或引力)，因此軸在徑向受到的作用力一個是葉輪和軸自身重力所產生的向下的力，另一個是轉子受到的向上的磁性力及機械軸承向上的支撐力，由於向上的磁性力，可以抵消部分葉輪和軸的重力，使得軸承的徑向受力大為減小，軸所受的不均衡力得到明顯改善，因此，其所產生的摩擦力也大幅減小，使得風力發電機的起動阻力矩、起動風速、切入風速降低，還可以有效提高發電機的輸出功率，有巨大的經濟和社會價值。
由於本實用新型在轉子兩側均設置有定子磁體，兩個定子磁體在轉子上分別產生磁性力，各磁性力其徑向力方向相同，而軸向力方向相反，從而其軸向力相互抵消，故鐵磁性體所受兩磁性力的合力為向上的徑向力。因此，採用本實用新型的磁懸浮裝置不但可以完全消除風輪重力所產生的不利影響，而且可以避免由於磁性力的軸向分力而影響風力發電機的性能，同時，本實用新型的永磁懸浮風力發電機結構簡單、合理、緊湊，成本低廉，無需維護。
實驗證明，傳統的機械式軸承風力發電機其起動風速最低為3.5m/s，本實用新型的風力發電機其起動風速可有效降低為1.5m/s，並可提高輸出發電功率20％。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖1的左視圖；1-葉輪，2-軸，3-轉子，4-定子，5-軸套，6-螺母，7-支架。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
如圖1、圖2所示為本實用新型優選實施例的結構示意圖。
葉輪1位於軸2的一端，軸2的另一端分別設置有電機和軸承。磁懸浮裝置設置於電機和葉輪1之間。
磁懸浮裝置包括轉子3，以及設置於所述轉子3外側的磁性定子裝置，所述磁性定子裝置包括定子4。
轉子3通過軸套5、螺母6固定於軸2上，螺母6通過螺紋連接與軸2相連。故轉子3與軸2固定並隨軸2轉動，其可以採用鍵連接或過盈配合等緊固連接方法。
轉子3可以為永磁體製成，也可以採用鐵芯等鐵磁性物，當採用鐵磁性物時，轉子3本身不帶有磁性，當位於其側的定子4帶有磁性時，轉子3通過磁場感應被充磁。
圖1中轉子3的兩側對稱設置有定子4，定子4可以是永磁體結構也可以是電磁體。定子4設置於支架7的兩側壁上，支架7為倒U形框架結構，其兩側壁可分別為軸承的端蓋側面及電機外殼側面，所述兩側壁上部通過一導磁性物相連，以使兩側壁構成導磁通路，導磁物可以是普通碳素結構鋼等。這樣的支架結構，可以利用支架的導磁特性，避免位於其內的定子4由於磁力線外洩而磁能減弱。支架7固定於風力發電機的機架上。當然，支架7也可以是獨立設置的倒U形導磁框架結構。
定子4與轉子3頂端具有一高度差，當定子4的頂端磁極與轉子3相反時，由於磁極相互吸引，轉子3受到向上的磁性力作用，從而軸2也受到一向上的作用力，與葉輪1和軸的重力相互抵消，從而達到抵消葉輪和軸重力的目的。
而且由於在轉子3兩側均設置有定子4，兩側的定子4均對轉子3產生磁性力，兩磁性力均具有向上的徑向力，但其軸向力正好方向相反，相互抵消，從而避免了軸向磁性力對風力發電機造成的影響，使得本實用新型的磁懸浮效果更為顯著。
定子4和支架7徑向橫截面為扇形，其外弧角度為45°為佳。定子4和支架7徑向橫截面也可以為半環形或其它形狀。
本實施例中，定子4和支架7設置於轉子3的上方，當然，當轉子3為永磁體結構時，定子4和支架7也可以設置於轉子3的下方，不過，此時定子4的下端磁極要求設為與轉子3下端為同性磁極，這樣，轉子3就會受到向上的磁性排斥力而與葉輪1重力相抵消。
以上所述僅為本實用新型的優選實施方式。應當指出，對於本領域的技術人員來說，依據本實用新型的發明精神和實質，還可以做出很多的變型和改進，但這些變型和改進均將落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.磁懸浮風力發電機，包括葉輪、軸、電機和軸承，所述葉輪設置於軸端部，所述電機設置於軸另一端，電機的單側或雙側設置有軸承，其特徵在於所述軸承一側或兩側設置有磁懸浮裝置，所述磁懸浮裝置包括一個或一組固定套裝於軸上的具有磁性的或者是可導磁的轉子，以及設置於所述轉子外側的磁性定子裝置，所述磁性定子裝置包括定子磁體，所述定子磁體與轉子具有一高度差並與其保持有軸向間隙。
2.如權利要求1所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述轉子上部兩外側均設置有定子磁體。
3.如權利要求1或2所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述定子磁體為永磁體或電磁裝置。
4.如權利要求3所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述定子磁體的徑向剖面為扇形或半環形結構。
5.如權利要求4所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述扇形的圓弧角度為45°。
6.如權利要求3所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述磁性定子裝置還包括支架，所述各定子磁體設置於該支架上。
7.如權利要求6所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述支架為倒U形框架導磁通路結構。
8.如權利要求7所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述倒U形框架結構，其兩側壁分別由軸承的端蓋及電機外殼組成，所述兩側壁上部通過一導磁性物相連，以使兩側壁構成導磁通路。
9.如權利要求1所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述轉子為片狀或盤狀可導磁或充磁的鐵磁性體，所述鐵磁性體為矽鋼材料或稀土合金材料製成。
10.如權利要求1所述的磁懸浮風力發電機，其特徵在於所述轉子為片狀或盤狀永磁體。
專利摘要本實用新型提供一種磁懸浮風力發電機，包括葉輪、軸、電機和軸承，所述葉輪設置於軸端部，所述電機設置於軸另一端，電機的單側或雙側設置有軸承，其特徵在於所述軸承一側或兩側設置有磁懸浮裝置，所述磁懸浮裝置包括一個或一組固定套裝於軸上的具有磁性的或者是可導磁的轉子，以及設置於所述轉子外側的磁性定子裝置，所述磁性定子裝置包括定子磁體，所述定子磁體與轉子具有一高度差並與其保持有軸向間隙。本實用新型具有結構簡單、合理、緊湊，成本低廉，無需維護，不但使得風力發電機的起動風速降低，還可以有效提高發電機的輸出功率。
文檔編號F03D11/00GK2881141SQ20062002280
公開日2007年3月21日 申請日期2006年3月6日 優先權日2006年3月6日
發明者李國坤, 曾智勇, 謝丹平 申請人:廣州中科恆源能源科技有限公司