專(zhuān)利名稱(chēng)：磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)與磁懸浮支承技術(shù)，尤其是涉及一種能開(kāi)發(fā)利用 國(guó)內(nèi)廣大地區(qū)低風(fēng)速資源的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備成本低，無(wú)污染，能耗低，結(jié)構(gòu)靈活多樣，安裝使用及維護(hù)十 分簡(jiǎn)便，故小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)特別適合于解決廣大無(wú)法架設(shè)輸電線的偏遠(yuǎn)牧區(qū)、山區(qū)、海島、 邊防哨所、氣象臺(tái)站、中轉(zhuǎn)臺(tái)站、路燈、草坪燈、公園、別墅等的用電問(wèn)題。然而傳統(tǒng)小型風(fēng) 力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)阻力矩大，起動(dòng)風(fēng)速在3. 5m/s以上，發(fā)電風(fēng)速必須達(dá)到4. 2m/s。按中國(guó)氣 象局的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，我國(guó)風(fēng)能豐富區(qū)占全國(guó)面積的8%，風(fēng)能較豐富區(qū)占全國(guó)面積的18%， 風(fēng)能可利用區(qū)占全國(guó)面積的50%，其中風(fēng)能可利用區(qū)風(fēng)速大于3m/s的年累計(jì)小時(shí)數(shù)為 2000-4000，傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)法有效開(kāi)發(fā)利用國(guó)內(nèi)廣大地區(qū)的低風(fēng)速資源。目前制約我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍推廣應(yīng)用的重要原因之一就是傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)啟動(dòng)阻力矩大。影響小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)阻力矩的因素有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)定子的磁 拉力產(chǎn)生的阻力矩，發(fā)電機(jī)的同心度、氣隙是否均勻、機(jī)械軸承的松緊度，以及支承發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)軸兩端的機(jī)械軸承由于受力不均勻?qū)е碌哪Σ磷枇Υ蟮?。因此，減小水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)阻力矩，降低其起動(dòng)風(fēng)速是我國(guó)大規(guī)模 推廣應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)迫切需要解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該 風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)阻力矩小，能夠低風(fēng)速起動(dòng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是包括轉(zhuǎn)軸、定子和轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)軸 的一端采用滾動(dòng)軸承支承，另一端采用永磁軸承支承，此端安裝槳葉。所述定子和轉(zhuǎn)子布置 在永磁軸承與滾動(dòng)軸承之間。本實(shí)用新型主要用于解決傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)阻力矩大，導(dǎo)致其起動(dòng)風(fēng)速一 般在3. 5m/s以上，無(wú)法有效開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)廣大地區(qū)低風(fēng)速資源的問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的不足與缺陷，本實(shí)用新型將磁懸浮支承技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，因此具有 以下的主要優(yōu)點(diǎn)1.低風(fēng)速起動(dòng)采用永磁軸承支承和滾動(dòng)軸承混合支承，既能有效減小啟動(dòng)阻力 矩，降低水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)風(fēng)速，又能滿足永磁軸承的加工和裝配要求；2.操作方便通過(guò)軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母控制動(dòng)磁環(huán)組件和定磁環(huán)組件之間的軸向 偏移位移，因而易于調(diào)節(jié)永磁軸承的徑向磁力與軸向磁力的大??；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝配，成本低；4.啟動(dòng)阻力矩小根據(jù)GB/T 10760. 2-2003中所述方法，針對(duì)500w水平軸小型風(fēng) 力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)阻力矩為0. 452Nm，而本實(shí)用新型磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)阻力矩為0. 260Nm。這樣小的啟動(dòng)阻力矩，可 以使本實(shí)用新型磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速起動(dòng)，從而利于開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)廣大地 區(qū)的低風(fēng)速資源。

圖1是本實(shí)用新型提供的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中永磁軸承磁環(huán)磁化方向與疊加結(jié)構(gòu)示意圖(斷面圖)。圖3為定磁環(huán)組件和動(dòng)磁環(huán)組件中單片永磁環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的左視圖。圖5為定磁環(huán)組件保持架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為動(dòng)磁環(huán)組件保持架結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為定磁環(huán)組件和動(dòng)磁環(huán)隔磁環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7的左視圖。圖9為軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.動(dòng)磁環(huán)組件保持架；2.轉(zhuǎn)軸；3.鎖緊螺母；4.動(dòng)磁環(huán)組件；5.定磁環(huán)組 件保持架；6.壓緊螺桿；7.定子；8.鎖緊螺桿；9.發(fā)電機(jī)連接板；10.后支座連接板；11.軸 向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母；12.軸承座；13.滾動(dòng)軸承；14.后支座；15.定子外殼；16.導(dǎo)向套筒； 17.定磁環(huán)隔磁環(huán)；18.前支座；19.定磁環(huán)組件；20.鍵；21.動(dòng)磁環(huán)隔磁環(huán)；22.鍵；23.端 蓋；24.單片永磁環(huán)；25.大腔；26.孔；27.小腔；28.貫通孔；29.安裝孔；30.螺栓孔； 31.固定孔；32.內(nèi)腔；33.盲孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型提供的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸、定子和轉(zhuǎn)子，其中 如圖1所示，該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸2的一端采用滾動(dòng)軸承13支承，另一端采用永磁軸承支承，此 端安裝槳葉。該發(fā)電機(jī)的定子7和轉(zhuǎn)子布置在永磁軸承與滾動(dòng)軸承之間。所述的永磁軸承，其由動(dòng)磁環(huán)組件4和定磁環(huán)組件19構(gòu)成，動(dòng)磁環(huán)組件通過(guò)動(dòng)磁 環(huán)隔磁環(huán)21和壓緊螺桿6固定在動(dòng)磁環(huán)組件保持架1上，再由鍵22以及鎖緊螺母3安裝 在轉(zhuǎn)軸2上。定磁環(huán)組件通過(guò)定磁環(huán)組件保持架5安裝在發(fā)電機(jī)的前支座18中。工作時(shí)， 永磁軸承將承受本風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要載荷。上述的動(dòng)磁環(huán)組件4可由多片(例如8片)NdFeB永磁環(huán)沿軸向疊加，磁化方向?yàn)?軸向平行磁化；永磁環(huán)疊加方式以及磁化方向如圖2所示，箭頭表示磁化方向，單片永磁環(huán) 24的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。所述永磁環(huán)與轉(zhuǎn)軸2之間利用不導(dǎo)磁材料加工成的動(dòng)磁環(huán)隔 磁環(huán)21和動(dòng)磁環(huán)組件保持架1隔磁，該永磁環(huán)通過(guò)動(dòng)磁環(huán)隔磁環(huán)21和壓緊螺桿6固定在 動(dòng)磁環(huán)組件保持架1上。動(dòng)磁環(huán)組件保持架1與轉(zhuǎn)軸2通過(guò)鍵22連接，并且由鎖緊螺母3 完成軸向固定。上述的定磁環(huán)組件19可由多片(例如8片)NdFeB永磁環(huán)沿軸向疊加，磁化方向 為軸向平行磁化；永磁環(huán)疊加方式以及磁化方向如圖2所示，箭頭表示磁化方向，單片永磁 環(huán)24的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。所述永磁環(huán)與轉(zhuǎn)軸2之間利用不導(dǎo)磁材料加工成的定磁環(huán)隔磁環(huán)17和定磁環(huán)組件保持架5隔磁，該永磁環(huán)通過(guò)定磁環(huán)隔磁環(huán)17和壓緊螺桿6固 定在定磁環(huán)組件保持架5上。定磁環(huán)組件保持架5與前支座18通過(guò)鍵20連接，并且由端 蓋23完成軸向固定。上述的動(dòng)磁環(huán)組件4的永磁環(huán)端部為不導(dǎo)磁材料做成的動(dòng)磁環(huán)隔磁環(huán)21 (圖2)。 如圖7和圖8所示，該隔磁環(huán)上面設(shè)有多個(gè)(例如4個(gè))均勻分布的且與壓緊螺桿6配合 相連的螺栓孔30。上述的定磁環(huán)組件19的永磁環(huán)端部為不導(dǎo)磁材料做成的定磁環(huán)隔磁環(huán)17 (圖2)。 如圖7和圖8所示，該隔磁環(huán)與動(dòng)磁環(huán)隔磁環(huán)21的結(jié)構(gòu)相同，其上面也設(shè)有多個(gè)(例如4 個(gè))均勻分布的且與壓緊螺桿6配合相連的螺栓孔30。上述的不導(dǎo)磁材料均采用鋁合金或者其它材料。上述的動(dòng)磁環(huán)組件4和定磁環(huán)組件19之間的軸向偏移位移，可由軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺 母11控制，使永磁軸承主要提供徑向磁力，同時(shí)也產(chǎn)生一定的軸向磁力，徑向磁力支承作 用在轉(zhuǎn)軸槳葉端的絕大部分風(fēng)載荷、槳葉、轉(zhuǎn)軸以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的自重，消除槳葉端支承的 摩擦，減小滾動(dòng)軸承之間摩擦，改善整個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的受力不均，軸向磁力可平衡一部分軸 向風(fēng)載。軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11安裝在發(fā)電機(jī)的后支座14上。 所述后支座14可由螺栓與發(fā)電機(jī)連接板9相連，該發(fā)電機(jī)連接板由螺栓與后支座 連接板10相連。在軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11與后支座14之間設(shè)有軸承座12，它們依次由螺紋連接，且 兩組螺紋連接中的螺距不同，旋轉(zhuǎn)軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11時(shí)可實(shí)現(xiàn)軸承座12軸向位置的微調(diào)。所述的軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11的結(jié)構(gòu)如圖9所示其為帶有軸肩的圓筒，該圓筒設(shè) 有內(nèi)腔32，軸肩處設(shè)有多個(gè)用于放置旋轉(zhuǎn)軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11的專(zhuān)用工具的盲孔33，軸肩 處還設(shè)有多個(gè)用于調(diào)整完成后鎖定軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母的固定孔31。所述的滾動(dòng)軸承13安裝在軸承座12中，該軸承座用來(lái)支承轉(zhuǎn)軸2和實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)軸 的軸向定位。所述的前支座18可由螺栓與導(dǎo)向套筒16相連，該導(dǎo)向套筒通過(guò)鎖緊螺桿8與定 子外殼15相連。該前支座可由鍵20與定磁環(huán)組件保持架5相連。所述的定磁環(huán)組件保持架5的結(jié)構(gòu)如圖5所示其為圓筒狀；其貫通孔腔由大腔 25和小腔27組成，大腔25與定磁環(huán)組件19以及定磁環(huán)隔磁環(huán)17配合相連，小腔27處有 動(dòng)磁環(huán)組件保持架1穿過(guò)；其右側(cè)周邊設(shè)有多個(gè)孔26，這些孔用于壓緊螺桿6的安裝，并且 均勻分布在小腔27的周?chē)Ｋ龅膭?dòng)磁環(huán)組件保持架1的結(jié)構(gòu)如圖6所示其為帶有軸肩的圓筒，該圓筒設(shè)有 與轉(zhuǎn)軸2相連的貫通孔28，軸肩處設(shè)有多個(gè)用于安裝壓緊螺桿6的安裝孔29。本實(shí)用新型提供的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)電機(jī))的工作過(guò)程是 通過(guò)調(diào)節(jié)后端的軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母11，使永磁軸承的定磁環(huán)組件19和動(dòng)磁環(huán)組件4間的軸 向位置重合，從而使發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)阻力矩達(dá)到最??；當(dāng)槳葉葉片提供的轉(zhuǎn)矩大于發(fā)電機(jī)中 的阻力矩時(shí)，槳葉葉輪在永磁軸承和機(jī)械軸承的共同支承下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)磁環(huán)組件4在磁 場(chǎng)力的支承下隨轉(zhuǎn)軸2—起轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)定子中的線圈切割磁 力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
5[0039] 本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于廣大無(wú)法架設(shè)輸電線的偏遠(yuǎn)牧區(qū)、山區(qū)、海島、邊防哨 所、氣象臺(tái)站、中轉(zhuǎn)臺(tái)站，風(fēng)能資源不豐富的地區(qū)或城市中，以及作為一種景觀安裝應(yīng)用于 路燈、草坪燈、公園、別墅等解決其用電問(wèn)題。
權(quán)利要求一種磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸、定子和轉(zhuǎn)子，其特征是該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸(2)的一端采用滾動(dòng)軸承(13)支承，另一端采用永磁軸承支承，此端安裝槳葉；該發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子布置在永磁軸承與滾動(dòng)軸承之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于永磁軸承由動(dòng) 磁環(huán)組件(4)和定磁環(huán)組件(19)構(gòu)成，動(dòng)磁環(huán)組件(4)通過(guò)動(dòng)磁環(huán)組件保持架(1)由鎖緊 螺母(3)安裝在轉(zhuǎn)軸(2)上，定磁環(huán)組件(19)安裝在發(fā)電機(jī)的前支座(18)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于動(dòng)磁環(huán)組件(4) 由多片NdFeB永磁環(huán)沿軸向疊加，磁化方向?yàn)檩S向平行磁化，所述永磁環(huán)與轉(zhuǎn)軸(2)之間利 用不導(dǎo)磁材料加工成的保持架和永磁環(huán)端部的隔磁環(huán)隔磁，該永磁環(huán)通過(guò)壓緊螺桿固定在 保持架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于定磁環(huán)組件(19) 由多片NdFeB永磁環(huán)沿軸向疊加，磁化方向?yàn)檩S向平行磁化，所述永磁環(huán)與轉(zhuǎn)軸(2)之間利 用不導(dǎo)磁材料加工成的保持架和永磁環(huán)端部的隔磁環(huán)隔磁，該永磁環(huán)通過(guò)壓緊螺桿固定在 保持架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于動(dòng)磁環(huán)組件(4) 和定磁環(huán)組件(19)之間的軸向偏移位移由軸向差動(dòng)調(diào)節(jié)螺母(11)控制，該螺母安裝在發(fā) 電機(jī)的后支座(14)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于在軸向差動(dòng)調(diào) 節(jié)螺母(U)與后支座(14)之間設(shè)有軸承座(12)，它們依次由螺紋連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于軸承座 (12)中安裝的軸承為滾動(dòng)軸承(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于前支座(18)由 螺栓與導(dǎo)向套筒(16)相連，該導(dǎo)向套筒通過(guò)螺栓與定子外殼(15)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要 8所述的磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于前支座(18)由 鍵(20)與定磁環(huán)組件保持架(5)相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種磁懸浮水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸、定子和轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)軸(2)的一端采用滾動(dòng)軸承(13)支承，另一端采用永磁軸承支承，此端安裝槳葉；其定子和轉(zhuǎn)子布置在永磁軸承與滾動(dòng)軸承之間。本實(shí)用新型將磁懸浮支承技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，因此具有啟動(dòng)阻力矩小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、低風(fēng)速起動(dòng)和易于裝配等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK201621017SQ20102012545
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者張錦光, 王曉光, 胡業(yè)發(fā) 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)