專利名稱：磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機，尤其涉及一種磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機按旋轉(zhuǎn)軸的方向來分，可分為水平軸和垂直軸兩種。水平軸風(fēng)力發(fā)電機是在 飛機螺旋槳理論上發(fā)展成熟起來的，目前被廣泛應(yīng)用。但是水平軸風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計制造都 很復(fù)雜，具有l(wèi).葉輪占據(jù)空間和占地面積大；2.對風(fēng)塔要求較高；3.葉輪受風(fēng)不均勻等缺
點，特別是懸空安裝的葉片，還要承受風(fēng)的巨大正壓力，因而其造價很高，單機功率越大， 其成本越大，這是至今風(fēng)電價格高于市電的主要因素之一，相比之下垂直軸風(fēng)力發(fā)電機具有 更多的優(yōu)點。
傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機都設(shè)有一個葉片調(diào)整機構(gòu)，使機構(gòu)復(fù)雜化，造價提高，也大大 消耗了風(fēng)的能量。而且這種風(fēng)力發(fā)電機不能自起動，附加的起動機構(gòu)又加重了制造成本，從 而導(dǎo)致風(fēng)能利用系數(shù)大打折扣，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)越性也就蕩然無存。
為了有效利用風(fēng)能，傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機做成變槳距的葉片，但其缺陷是調(diào)整葉片攻 角的推桿結(jié)構(gòu)，既過多消耗了能量，又造成了風(fēng)力機不能自行起動。近年來有人發(fā)現(xiàn)鉸鏈的 葉片在旋轉(zhuǎn)中是可以擺動的，于是就出現(xiàn)了限制釘來把葉片擺動限制在合理攻角中。但有限 制釘就有撞擊，在長期、周期及強力撞擊下葉片很容易損壞。
目前，采用平行連接桿類型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機最多的是日本(2002年開始研究)，還有 英國、加拿大等國目前也在研制中，這些國家的大部分產(chǎn)品在葉輪設(shè)計當(dāng)中采用平行連接桿， 這種方式對發(fā)電機輸出軸要求較高，并且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，現(xiàn)場安裝程序也偏多。另外，從力 學(xué)方面分析，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機功率越大、葉片越長、平行桿的中心點與發(fā)發(fā)電機軸的 中心點距離越長，抗風(fēng)能力就越差。同時傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機要克服傳動機構(gòu)的自重和 摩擦力，同時還要克服由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子自重和機械軸承摩擦帶來的阻力，使得傳動驅(qū)動系統(tǒng) 的驅(qū)動力增大，降低了發(fā)電機效率。
因此，為了提高風(fēng)力發(fā)電機的整體性能，達到提高效率、節(jié)能、降耗、環(huán)保和易普及的 目的，必須對傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)進行改造。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠有 效提高風(fēng)力發(fā)電機的整體性能，提高效率、節(jié)能、降耗、環(huán)保和易普及等優(yōu)點的磁懸浮自調(diào) 槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案
一種磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，它包括磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機 的發(fā)電機軸與葉輪的葉輪軸一體制成，發(fā)電機軸穿入電機殼體內(nèi)，在發(fā)電機軸上安裝發(fā)電機 轉(zhuǎn)子，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有發(fā)電機定子，同時在發(fā)電機軸上和電機殼體內(nèi)還安裝軸向
磁懸浮裝置和徑向磁懸浮裝置，進行磁懸浮定位；葉輪軸固定安裝在輪穀內(nèi)，葉輪的若干個 葉片通過垂直軸自調(diào)槳距裝置與輪轂相連。
所述軸向磁懸浮裝置包括設(shè)置在電機殼體內(nèi)部頂端的固定盤，固定盤與發(fā)電機軸固聯(lián)， 在固定盤上設(shè)有至少一個環(huán)形的軸向上磁體，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有相應(yīng)的軸向下磁鐵。
所述徑向磁懸浮裝置包括設(shè)置在發(fā)電機軸上的至少一個徑向內(nèi)磁鐵，與之對應(yīng)的電機殼 體上設(shè)有相應(yīng)的徑向外磁體。
所述垂直軸自調(diào)槳距裝置包括一對連接桿，它們與輪轂固聯(lián)，連接桿另一端與垂直的立 桿連接，三者成三角形結(jié)構(gòu)，葉片則通過鉸鏈與立桿鉸接，實現(xiàn)自調(diào)槳距。
本實用新型在發(fā)電機的發(fā)電機軸與電機殼體之間去掉了傳統(tǒng)的機械軸承而采用了磁懸浮 裝置，這種結(jié)構(gòu)一方面在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的動力傳送方面起到了大大減小摩擦傳動的目的，
另一方面也基本克服了由于風(fēng)力機重量和發(fā)電機自身轉(zhuǎn)子的自重所帶來的驅(qū)動力消耗，由于 是全懸浮的，摩擦力小，該機停機后實現(xiàn)了自行起動，垂直軸風(fēng)力機的優(yōu)越性全面充分地展 現(xiàn)了出來。
葉輪軸與發(fā)發(fā)電機軸做成一體，被磁懸浮定位，風(fēng)力發(fā)電機的軸向由永磁磁懸浮推力平 衡軸承支撐，軸向上磁鐵為一環(huán)形磁鐵，固定在一固定盤上，并通過固定盤固定在發(fā)電機軸 上，隨發(fā)電機軸一起轉(zhuǎn)動，軸向下磁鐵固定在電機殼體上，上下磁鐵通過斥力相互作用，基 本克服了由于風(fēng)力機重量和發(fā)電機自身轉(zhuǎn)子的自重所帶來的驅(qū)動力消耗。
風(fēng)力發(fā)電機徑向由磁懸浮定位裝置做圓周定位，徑向內(nèi)磁鐵為環(huán)形，固定在發(fā)電機軸上, 徑向外磁鐵也為一環(huán)形，固定在電機殼體上，通過斥力與徑向內(nèi)磁鐵相互作用。這樣風(fēng)力發(fā) 電機的回轉(zhuǎn)部分與定位部分之間摩擦系數(shù)幾乎為零，與同類傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機相比傳動效率有 明顯提高。同時葉輪不僅能傳遞較大扭矩給發(fā)電機，而且還能夠消除機械振動，降低嗓音， 能夠不用潤滑而長期可靠地工作。不需要潤滑，可以簡化風(fēng)機結(jié)構(gòu)，免除日常的維護保養(yǎng)， 可以長期穩(wěn)定可靠地工作，同時由于磁軸承的運轉(zhuǎn)阻力為零，因此這也是一種高效節(jié)能風(fēng)機。
為了有效利用風(fēng)能，傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機做成變槳距的葉片，但其缺陷是調(diào)整葉片攻 角的推桿結(jié)構(gòu)，既過多消耗了能量，又造成了風(fēng)力機不能自行起動。本實用新型的垂直軸風(fēng) 力發(fā)電機在葉輪設(shè)計當(dāng)中大都采用平行連接桿結(jié)構(gòu)，這種方式對發(fā)電機輸出軸要求較高，并 且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，現(xiàn)場安裝程序也偏多。另外，從力學(xué)方面分析，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機功 率越大、葉片越長、平行桿的中心點與發(fā)發(fā)電機軸的中心點距離越長，抗風(fēng)能力就越差。
通常的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，無法保障葉片與氣流間保持最佳接觸角，且槳距控制系統(tǒng)存 在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，風(fēng)能消耗大，無法向大型化發(fā)展等缺陷。
本實用新型的葉片通過鉸鏈與立桿相連，葉片可以繞立桿自由轉(zhuǎn)動，每個立桿通過兩根 連接桿固定在輪轂上，輪轂與葉輪軸固定在一起，葉輪軸直接驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。立桿和兩根 連接桿構(gòu)成三角形。
由于采用了特殊空氣動力學(xué)原理、三角形向量法的連接方式以及直驅(qū)式結(jié)構(gòu)的原理，使 得葉輪的受力主要集中于輪轂上，因此抗風(fēng)能力較強，采用三角形向量法的斜撐可以大大減 少葉片懸空尺寸。
與水平軸風(fēng)力發(fā)電機和傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機相比較，本實用新型的磁懸浮垂直軸風(fēng) 力發(fā)電機的葉片與輪臂一端鉸連接，實現(xiàn)葉片在葉輪轉(zhuǎn)動中自動調(diào)整槳距安裝角，不需要復(fù) 雜的調(diào)節(jié)機構(gòu)就能達到最佳迎風(fēng)角的設(shè)計要求，且結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低。葉片始終保 持最佳迎風(fēng)角，產(chǎn)生最大推力，提高發(fā)電效率。當(dāng)風(fēng)向相對穩(wěn)定時，葉輪旋轉(zhuǎn)一周，葉片作 周期性變化，當(dāng)葉片處于正順風(fēng)向或逆風(fēng)向兩點時，迎風(fēng)角為零，其他任何位置都有迎風(fēng)角 產(chǎn)生，因而都有推力產(chǎn)生。
當(dāng)風(fēng)吹向靜止的風(fēng)力發(fā)電機時， 一邊葉片與風(fēng)向相順， 一邊葉片與風(fēng)向垂直，這樣就形 成了一架阻力差式風(fēng)力機，在風(fēng)力作用下立即起動起來，完成自行啟動。在啟動的瞬時，風(fēng) 力機葉片自動調(diào)整為最佳攻角，進入升力型機器正常運轉(zhuǎn)。這一過程是完全自動的，而無任 何附加裝置和外加動力。
本實用新型的葉片每使用一段時間，可以將葉片拆卸下來給予維修，或者直接換上備用 的葉片，葉片可以成套的做成尺寸不同的備用配件，根據(jù)風(fēng)力資源情況的不同，使用不同尺 寸的葉片，這一點是其它任何風(fēng)力機不具備的獨特之處。 本實用新型的有益效果是采 用特定的磁路結(jié)構(gòu)，提供一種利用磁懸浮技術(shù)減小風(fēng)力發(fā)發(fā)電機軸向力和徑向力引起的摩擦 力。能有效降低風(fēng)力發(fā)電機的起動阻力矩、起動風(fēng)速、切入風(fēng)速，同時能較大幅度提高輸出 功率。

圖1為本實用新型的風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為發(fā)電機磁懸浮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，l.葉輪，2.葉輪軸，3.連接桿，4.輪轂，5.立桿，6.葉片，7.發(fā)電機，8.塔架，9.軸向上磁鐵，IO.軸向下磁鐵，ll.發(fā)電機定子，12.發(fā)電機轉(zhuǎn)子，13.電機殼體，14.徑向內(nèi)
磁體，15.徑向外磁鐵，16.發(fā)電機軸，17.固定盤。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。
圖l中，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電機軸16與葉輪1的葉輪軸2—體制成，發(fā)電機軸16 穿入電機殼體13內(nèi)，在發(fā)電機軸16上安裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子12,與之對應(yīng)的電機殼體13上設(shè)有 發(fā)電機定子ll,葉輪1包括多個葉片6，每個葉片6通過鉸鏈與垂直的立桿5連接，立桿5 與兩個連接桿3連接，三者成三角形；兩連接桿3固定在輪轂4上，輪轂4與葉輪軸2固聯(lián)， 并帶動其轉(zhuǎn)動。發(fā)電機7安裝在塔架8上。
圖2中，發(fā)電機7包括電機殼體13，在電機殼體13內(nèi)部頂端設(shè)有固定盤17，它與發(fā)電 機軸16固聯(lián)，固定盤17上設(shè)有環(huán)形的軸向上磁鐵9，與之對應(yīng)的電機殼體13上設(shè)有環(huán)形的 軸向下磁體IO。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子12的上下方各設(shè)有一個徑向內(nèi)磁鐵14,與之對應(yīng)的電機殼體 13上則設(shè)有徑向外磁鐵15。
權(quán)利要求1. 一種磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征是，它包括磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電機軸與葉輪的葉輪軸一體制成，發(fā)電機軸穿入電機殼體內(nèi)，在發(fā)電機軸上安裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有發(fā)電機定子，同時在發(fā)電機軸上和電機殼體內(nèi)還安裝軸向磁懸浮裝置和徑向磁懸浮裝置，進行磁懸浮定位；葉輪軸固定安裝在輪轂內(nèi)，葉輪的若干個葉片通過垂直軸自調(diào)槳距裝置與輪轂相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征是，所述軸向磁懸浮 裝置包括設(shè)置在電機殼體內(nèi)部頂端的固定盤，固定盤與發(fā)電機軸固聯(lián)，在固定盤上設(shè)有至少 一個環(huán)形的軸向上磁體，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有相應(yīng)的軸向下磁鐵。
3. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征是，所述徑向磁懸浮 裝置包括設(shè)置在發(fā)電機軸上的至少一個徑向內(nèi)磁鐵，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有相應(yīng)的徑向 夕卜磁體。
4.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征是，所述垂直軸自調(diào) 槳距裝置包括一對連接桿，它們與輪轂固聯(lián)，連接桿另一端與垂直的立桿連接，三者成三角 形結(jié)構(gòu)，葉片則通過鉸鏈與立桿鉸接，實現(xiàn)自調(diào)槳距。
專利摘要本實用新型公開了一種磁懸浮自調(diào)槳距垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。它包括磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電機軸與葉輪的葉輪軸一體制成，發(fā)電機軸穿入電機殼體內(nèi)，在發(fā)電機軸上安裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子，與之對應(yīng)的電機殼體上設(shè)有發(fā)電機定子，同時在發(fā)電機軸上和電機殼體內(nèi)還安裝軸向磁懸浮裝置和徑向磁懸浮裝置，進行磁懸浮定位；葉輪軸固定安裝在輪轂內(nèi)，葉輪的若干個葉片通過垂直軸自調(diào)槳距裝置與輪轂相連。其具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機的整體性能，提高效率、節(jié)能、降耗、環(huán)保和易普及等優(yōu)點。
文檔編號F03D9/00GK201202593SQ20082002454
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者劉淑琴, 楊洪濤, 薛沙沙, 聞 趙, 邊忠國, 郭人杰 申請人:山東大學(xué)