盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組制造技術

本發明專利技術揭示的盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，是結合日本無芯盤式發電機、國內多款垂直軸盤式內轉子發電機和斥力型磁懸浮垂直軸盤式發電機多種機型的特點，在此基礎上的集成創新，創新點在于吸力型磁懸浮垂直軸風力發電機組，吸力型機型比斥力型機型材料省、成本低，且本發明專利技術的機組無須額外電源和控制器，即能實現自適應平衡，使機組具有較高的性價比和市場前景。

【技術實現步驟摘要】
盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組
本專利技術屬于同步發電機
，具體地說，是提出一種帶有準磁懸浮功能的永磁盤式(軸向磁場)發電機結構。
技術介紹
在風力發電機
，發電機是將機械能轉變為電能所必不可少的機電能量轉換裝置。為了從風中得到更多的能量，在風輪機確定的前提下，如何減小軸承摩擦力，成為改善風機性能的關鍵。希望發電機具有更低的機械噪聲、更高的機電效率、更小的機械阻力，更長的運行壽命，以及最小的起動阻力矩，而磁懸浮結構成為首選的解決方案。帶磁懸浮功能的風力發電機可以同時得到上述諸多優點。但是，增加通常的全磁懸浮裝置后，整個風機的成本上升很多，致使整機性價比下降，反而會增加發電成本，不利于風力發電機的推廣應用，為此必須開發高性價比、低成本的新型結構的磁懸浮功能的盤式風力發電機。
技術實現思路
本專利技術的目的是通過采用價格低廉的吸力型磁懸浮結構，可以在減小軸承摩擦力的同時，有效降低磁懸浮風力發電機的整機成本，從而使磁懸浮風力發電機有一個較高的性價比，可以在低成本的前提下降低發電成本。盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組是這樣構思設計的，利用現有發電機轉子永磁體與定子磁軛間產生的向上磁吸力，形成準磁懸浮力，將發電機整個轉子和風輪(透平)機的重力，通過磁吸力直接轉移到定子上，而不再通過軸承轉移到機座上，從而降低了軸承上的軸向壓力，減少軸承機械磨損和噪音，在不增加成本的前提下達到最佳的技術效果。本專利技術裝置是這樣實現的，一種盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，發電機組主體結構由定子軸(3)、永磁體(1)、轉子磁軛(2)、定子繞組(4)、端蓋和軸承(6)、風輪透平機(7)組成，風輪透平機(7)安裝在上端蓋或與上端蓋相連接的平臺上，其特征為，在定子繞組(4)的上方還有一個定子磁軛(5)，永磁體(1)與定子磁軛(5)二者之間產生的磁性吸力，使轉子和風輪透平機總成的重力，由原來應該作用在軸承上的軸向壓力，通過定子磁軛(5)轉移到機座上，對軸承而言，相當于提供了一個向上的、抵消重力的磁懸浮力；發電機自上而下的結構順序為：風輪透平機、上端蓋、定子磁軛、定子繞組、永磁體、轉子磁軛和下端蓋；定子磁軛(5)、定子繞組(4)與定子軸(3)相固定；轉子磁軛(2)與永磁體(1)和上下端蓋相固定；下端蓋與上端蓋構成發電機外殼。由于在傳統的垂直軸風力發電機中，轉子體和風輪透平機總有一個向下的重力，該重力形成的軸向壓力作用在軸承上。當風輪機轉動時，該壓力將增加軸承的磨損，而磁懸浮力可以轉移或平衡轉子體和風輪(透平)機的重力，降低軸向推力軸承的壓力，從而可以降低軸承噪音和軸承磨損，降低維護成本，也有利于減少機組的起動阻力矩、轉動摩擦力損耗，且提高發電機效率，同時也增加了發電機的可靠性和壽命。相比較而言，斥力型磁懸浮垂直軸風力發電機需要增加至少一對二片永磁體來產生懸浮斥力，而與之相比，本專利技術不需要額外增加永磁體，即能產生磁懸浮吸力，具有明顯的技術優勢和成本優勢，有利于從風中獲得更多能量，有利于風力發電機的推廣應用。附圖說明圖1為本專利技術的盤式磁懸浮外轉子垂直軸風力發電機組結構圖。圖2為發電機內磁場磁力線流向示意圖。圖3為發電機外殼構造圖。具體實施方式圖1為本專利技術的盤式磁懸浮外轉子垂直軸風力發電機組結構圖。從圖中可以清楚看出本專利技術中發電機的結構。風輪透平機(7)安裝在上端蓋上，是將風力動能轉化為發電機轉子的機械轉動能量的重要部件，圖1中所畫的風輪透平機只是風輪透平機中的一種，即達里厄型風輪機，而風輪透平機也可以有多種其它形式，例如H型、S型、風杯型、弗來納等型，或他們的復合型。風輪透平機安裝的具體位置，可視風輪機的具體形式和結構而定，例如，可以直接安裝在上端蓋或下端蓋，也可以安裝在側面，圖中則是通過與上端蓋相連接的平臺而間接安裝在上端蓋。發電機中的永磁體(1)可以采用多種磁體，例如鐵氧永磁體、釤鈷永磁、鋁鎳鈷永磁或稀土永磁等等，稀土永磁中的釹鐵硼永磁具有很高的磁能積，性價比高。我國又是稀土資源大國，資源豐富，釹鐵硼永磁在風力發電機中獲得廣泛應用，永磁體(1)總是呈偶數極設計選用，且以異極性相鄰均勻分布在以軸心為圓心的某一半徑的同心圓周上，磁體形狀根據定子繞組結構和需要設計，可以是圓形、矩形或梯形，氣隙磁力線方向沿軸向流動。定子磁軛(5)是一個平板導磁體，用以降低空氣中的磁阻，一般采用導磁系數較高的鐵質、鎳質或其它導磁合金材料，由于定子磁軛(5)中的磁力線是交變的，所以應該選擇高電阻率的導磁材料，例如采用硅鋼片或非晶導磁體材料，以減少由磁場交變和渦流所產生的額外功率損耗，防止電機發熱、提高發電機的效率。轉子磁軛(2)材料可以與定子磁軛(5)相同，也可以用導磁鐵，甚至可以省略并以導磁的下端蓋，例如鐵質端蓋代替。圖2為發電機內磁場磁力線流向示意圖，從圖中可以看出，該磁力線一方面在軸向穿越發電機氣隙，產生氣隙磁通并在定子繞組內形成磁鏈，即形成發電機的主磁通，在轉子轉動時，在繞組內發生磁力線切割變化感生電動勢；另一方面，它還通過定子磁軛(5)完成回路，使定子磁軛對整機轉動部分產生一個向上的引力，這就是本專利技術裝置的準磁懸浮力。定子軸(3)實際上只是定子體的中心軸或固定軸，軸上有法蘭(圖中未畫出)，供機組安裝在塔架上，并不是發電機的轉軸，發電機的轉軸即為風輪機軸。定子繞組(4)采用平面繞組的形式，繞組成型后安置在特制的線圈架上，線圈架與定子磁軛(5)固定，或者直接將繞組粘貼在定子磁軛上，繞組的端線從發電機定子軸的內孔中引出。圖3為發電機外殼構造圖。其中，a)圖為對合的盒蓋式構造，將二個相同或相近尺寸盒蓋合成一個電機殼體；b)圖為平板式，即上下端蓋都是平板或接近平板狀的圓盤，在二者之間加上一個圓環，圍成一個三件空間，圖1所示為這一三件結構加上一塊中間板；c)圖為圓杯式，即由一個圓杯加上一個平板圓蓋圍成電機空間。發電機外殼可以是但不限于圖中所列形式。在殼體的外部可以增加散熱筋或加強筋，以提高散熱性能或結構強度。通常的垂直軸發電機中，軸承是保證轉子自由旋轉所必須配置的動靜連結構件。在垂直軸發電機中，由于在靜止狀態時，發電機中主要的結構受力均在垂直方向，成為軸向推力作用于軸承，軸承不承受水平壓力，只有在水平風吹動發電時，才有水平方向的推力，所以軸承也僅起限位和約束作用，就是把轉子限制在垂直軸線轉動的范圍內。在本專利技術的裝置中，依然需要保留軸承的約束和定位作用，但軸向推力被磁懸浮結構轉移到定子軸，不再作用于軸承上。只存在風吹動時的推力，明顯改善了軸承受力，由軸承所產生的噪聲、磨損、潤滑、保養、機械阻力引起的效率損失、起動阻力矩、可靠性和工作壽命等等問題都被迎刃解決。本專利技術的另一顯著特點是，并沒有為達到磁懸浮目標而增加額外的永磁體或增加任何附件，這就可能大大降低機組成本，提高性價比，創造產品在市場上的競爭優勢。本專利技術的發電機，在設計時，應該通過計算，使永磁體(1)與定子磁軛(5)之間所產生的磁懸浮力，等于或接近于風輪透平機和發電機轉子二部分相加的重力之和，此時軸承上所受的軸向力最小，轉動時發生的磨損和噪音也最小。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，發電機組主體結構由定子軸(3)、永磁體(1)、轉子磁軛(2)、定子繞組(4)、端蓋和軸承(6)、風輪透平機(7)組成，風輪透平機(7)安裝在上端蓋或與上端蓋相連接的平臺上，其特征為，在定子繞組(4)的上方還有一個定子磁軛(5)，永磁體(1)與定子磁軛(5)二者之間產生的磁性吸力，使轉子和風輪透平機總成的重力，由原來應該作用在軸承上的軸向壓力，通過定子磁軛(5)轉移到機座上，對軸承而言，相當于提供了一個向上的、抵消重力的磁懸浮力；發電機自上而下的結構順序為：風輪透平機、上端蓋、定子磁軛、定子繞組、永磁體、轉子磁軛和下端蓋；定子磁軛(5)、定子繞組(4)與定子軸(3)相固定；轉子磁軛(2)與永磁體(1)和上下端蓋相固定；下端蓋與上端蓋構成發電機外殼。

【技術特征摘要】
1.一種盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，發電機組主體結構由定子軸(3)、永磁體(1)、轉子磁軛(2)、定子繞組(4)、端蓋和軸承(6)、風輪透平機(7)組成，風輪透平機(7)安裝在上端蓋或與上端蓋相連接的平臺上，其特征為，在定子繞組(4)的上方還有一個定子磁軛(5)，永磁體(1)與定子磁軛(5)二者之間產生的磁性吸力，使轉子和風輪透平機總成的重力，由原來應該作用在軸承上的軸向壓力，通過定子磁軛(5)轉移到機座上，對軸承而言，相當于提供了一個向上的、抵消重力的磁懸浮力；發電機自上而下的結構順序為：風輪透平機、上端蓋、定子磁軛、定子繞組、永磁體、轉子磁軛和下端蓋；定子磁軛(5)、定子繞組(4)與定子軸(3)相固定；轉子磁軛(2)與永磁體(1)和上下端蓋相固定；下端蓋與上端蓋構成發電機外殼。2.根據權利要求1所述的盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，其特征為，風輪透平機(7)為H型、S型、風杯型、弗來納型機型中的一種，或者是這些機型的復合型。3.根據權利要求1或權利要求2所述的盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，其特征為，發電機中的永磁體(1)為稀土永磁體、鐵氧永磁體、釤鈷永磁體或鋁鎳鈷永磁體、釹鐵硼稀土永磁體中的一種。4.根據權利要求1或權利要求2所述的盤式磁懸浮外轉子型垂直軸風力發電機組，其特征為，定子磁軛(5)是一個平板導磁體，由導磁系數較高的鐵質、鎳質或其它導磁合金材料構成的硅鋼片或非晶導...

【專利技術屬性】
技術研發人員：於岳亮，
申請(專利權)人：上海穩得新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：