转动惯量小的立轴微风发电机组的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种转动惯量小的立轴微风发电机组。

背景技术：

风力发电是国家提倡利用的新能源之一，是一种取之不尽的可再生清洁能源。目前国内、国外都在积极开发利用风能的风力发电机组，通常采用的型式有水平轴和垂直轴(立轴)两种，但无论哪种型式，均存在低风速下输出电压低和容量小的缺点。通过对多个厂家、多种风机的实际检测显示，在50～100rpm转速下输出电压仅6v左右，如果给2组串联(un＝24v)的蓄电池充电，那是远远不够的。另一方面，风力小、风速低(特别在城市地区)，风电机组难于起动，切入风速偏高(vin＝2.5m/s以上)，这都是多年来我们致力于迫切需要解决的课题。因此，我们最近研制的风机采用了立轴结构，取消了电刷、滑环等磨损部件，而且不需要风向偏航控制。此外，本发明专利采用了无铁心盘式电机的结构型式，与此前我们已授权的实用新型(专利号：zl201320549201.8)显著不同的是：前者是将前、后端盖与转子固定一体形成旋转体，由风叶的驱动切割磁力线发电；本发明则是将两定子分别固定在前、后端盖内，通过两个轴承形成固定结构，由风叶驱动的仅是固定在转轴上的薄片转子，这样运转中的转动惯量大幅度降低，容易起动又利于微风发电。

技术实现要素：

本发明主要包括两大部分：一为风力发电机部分；一为风轮机部分。风力发电机采用了无铁芯的双定子和永磁励磁的单转子组合一起的盘式电机结构。而且，这一结构中将转子置于两定子之间，可充分发挥转子磁钢的双向励磁作 用。定子绕组设置16个线圈，两个定子串联则形成了32个线圈，大幅提高发电机的电压幅值。有利于微风发电并满足给蓄电池充电电压的要求，如果风力充沛，风速提高时还可通过控制器中的自动风速切换功能，由两定子的串联自动切换到并联，电压减半，但电流加倍。起到了风源大时发大功率、风源小时发小功率的作用。

除此之外，本发明不同于其他的单转子、双定子结构之处在于：我们将原来定子固定在端盖内，通过轴承使定子固定不动，而由风轮驱动前、后端盖和转子组成一体的旋转体，这次我们将薄片磁钢转子分离出来，不再由风轮驱动前、后端盖，前、后端盖与双定子先后固定在轴上，通过两个定子轴承，保持风轮仅驱动一个薄片转子，这样旋转体的转动惯量就大幅度减小，非常有利于微风(甚至是微微风)发电。这就是本发明专利的关键技术。

附图说明

图1：立轴微风发电机组的总装图，图中，1-风轮上盖板；2-风轮叶片；3-风轮轴；4-风轮下盖板；5-发电机上端盖；6-发电机下端盖；7-机组立柱；8-底座。

图2：风力发电机的结构装配图，图中，5-发电机上端盖；6-发电机下端盖；9-发电机上部定子；10-发电机转轴；11-发电机上轴承；12-发电机转子铁芯装配；13-发电机下部定子；14-发电机下轴承。

图3：风力发电机转子铁芯装配图，图中，15-转子磁钢；16-转子铁芯。

具体实施方式

本发明专利首先采用了改进型的savonius风叶，共计5个叶片均布于风轮周围，通过风轮的上盖板(1)和下盖板(4)，将叶片固定于风轮轴(3)上，风轮轴(3)与发电机转轴(10)直接连接，风轮旋转时仅驱动转动惯量小的转 子铁芯装配(12)，达到微风发电的目的。发电机的上、下两个定子，分别固定在发电机上端盖(5)和下端盖(6)，再通过发电机的上、下轴承，保持风力驱动时风轮轴(3)和发电机轴(10)的灵活自如旋转。加工和安装时，应特别注意转子铁芯装配(12)和发电机上部定子(9)与下部定子(13)之间的气隙(δ＝0.5mm)均匀，不能出现运转中的“扫膛”现象，且又不能使气隙过大，影响发电机的输出功率。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种转动惯量小的立轴微风发电机组，这是由立轴式风轮和双定子、单转子盘式发电机组成的风力发电机组。风轮由上、下盖板(1)、(4)，风轮叶片(2)及风轮轴(3)组成；发电机则为上、下两个定子(9)、(13)，转子铁芯装配(12)以及转轴(10)组成。运转时风轮仅驱动转动惯量小的转子铁芯装配(12)以实现微风发电。发电机的上、下两个定子，其绕组的接线可根据风力大小，通过传感器实现串、并联自动切换，以达到风源小时发小功率、风源大时发大功率的目的。

技术研发人员：邓隐北;胡平江;梅更德;王雷;陈伟;徐振方
受保护的技术使用者：河南汇德电气有限公司
技术研发日：2016.02.18
技术公布日：2017.08.25