永磁悬浮盘式风力发电的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种永磁悬浮盘式风力发电机。它包括盘式发电机部分和永磁悬浮轴承，所述永磁悬浮轴承位于盘式电机部分下部，所述盘式发电机部分的盘式电机定子铁芯通过螺纹旋合在中心轴上面，中心轴穿过永磁悬浮轴承的轴圈，在永磁悬浮轴承的下部，中心轴与轴圈由小螺钉进行周向固定，而由圆螺母进行轴向固定；永磁悬浮轴承的法兰上端盖通过螺钉与盘式电机转子的下端盖相连；盘式发电机部分的盘式电机转子由一个上端盖和一个下端盖连接成盘式盒体包容盘式电机定子。本风力发电机具有力学特性稳定、启动性能好、发电效率高的特点。同时具有结构简单、无需润滑、无污染等优点，同时可以在恶劣环境下长时间工作。
【专利说明】永磁悬浮盘式风力发电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超低风速即可启动的风力发电机，特别是一种永磁悬浮外转子盘式三相交流风力发电机。
【背景技术】
[0002]电能是现代社会不可或缺的能源，风电则是近几十年新兴的绿色无污染的新能源。风力发电机是将风能转换成电能的装置，其形式多种多样，原理都是基于电磁感应定律。目前交流风力发电机的典型特征是:1)采用长/径比大的圆筒形式；2)采用励磁线圈、电刷及滑环结构；3)采用滑动或者滚动轴承，启动阻力矩大；4)风轮安装在内转子上。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种力学特性稳定、启动性能好、发电效率高的永磁悬浮盘式风力发电机，具有结构简单、无需润滑、无污染等优点，同时可以在恶劣环境下长时间工作。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型的构思是:
[0005]本实用新型采用磁悬浮轴承代替原有推力轴承，使用磁悬浮轴承替代推力轴承来承受轴向力，不仅使盘式电机的外壳整体悬浮，减小摩擦力矩，同时还可以缓冲轴向的震荡。采用盘式电机代替传统电机，由于采用的是外转子内定子式的盘式电机，可以将风轮设计到盘式电机的外壳上，增加了整体结构的稳定性。同时盘式电机上下盖布满扇形永磁体，结构简单。定子采用有铁芯的电枢，是通过将硅钢片带料沿周向卷绕而成。铁芯采用开槽形式，减小气隙而增大气隙磁密，减小所需永磁体用量，因而可以节约发电机的成本。
[0006]根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案:
[0007]—种永磁悬浮盘式风力发电机,包括盘式发电机部分和永磁悬浮轴承,其特征在于:所述永磁悬浮轴承位于盘式电机部分下部，所述盘式发电机部分的盘式电机定子铁芯通过螺纹旋合在中心轴上面，中心轴穿过永磁悬浮轴承的轴圈，在永磁悬浮轴承的下部，中心轴(2)与轴圈由小螺钉进行周向固定，而由圆螺母进行轴向固定；永磁悬浮轴承的法兰上端盖通过螺钉与盘式电机转子的下端盖相连；盘式发电机部分的盘式电机转子由一个上端盖和一个下端盖连接成盘式盒体包容盘式电机定子。
[0008]所述的磁悬浮轴承主要有轴圈、法兰上端盖、永磁环、隔圈、陶瓷球组件、下端盖几部分构成。法兰上端盖与盘式电机相连，同时上端盖的下部有永磁环，该永磁环与轴圈上的永磁环同极相对，彼此产生斥力。同时在轴圈的两端均有陶瓷球轴承，其作用为径向定位轴圈，保持轴圈的稳定运转。
[0009]所述盘式电机主要有上盖、下盖、永磁体、定子铁芯、中心轴组成。永磁体采用钕铁硼材料，扇形分布于上下端盖的圆周上。定子铁芯为有铁芯的电枢，是通过将硅钢片带料沿周向卷绕而成。铁芯采用开槽式，可以减小气隙而增大气隙磁密，减小所需永磁体用量，因而可以节约发电机的成本。盘式电机采用了外转子内定子的形式，磁路设计采用NN方案，定子的两边正对着两个N磁极，绕组均匀地环绕在定子铁芯轭部上，这种绕组也称背对背绕组。使用方线时背对背绕组的槽满率可以高达80%。这种绕组结构十分简单，可以灵活地选择节距以改善电动势和磁动势波形，线圈尺寸相同，便于制造，可以组成较多的并联支路，端部形状整齐，有利于散热和增强机械强度。
[0010]当外部力作用于盘式电机的外壳时，即可以带动盘式电机转动，定子铁芯便可以切割磁感线产生三相交流电。交流电通过导线由中心轴内部传送出来，完成机械能转换成电能。
[0011]经过上述改进，本实用新型较之以往的设计具有如下实质性特点和优点:
[0012](1)采用长/径之比小的盘式结构，结构简单；
[0013](2)采用永磁悬浮轴承取代了传统的机械轴承，降低了启动力矩，同时轴向承载性能优越；
[0014](3)发电机外转子与风轮组合成一体，结构紧凑美观，运转平稳；
[0015](4)采用封闭结构，适应恶劣环境下长时间工作，具有很大的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型总体结构主视图；
[0017]图2是本实用新型轴向永磁轴承主视图；
[0018]图3是本实用新型盘式电机的磁路示意图；
[0019]图4是本实用新型盘式电机中永磁体排布示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面以优选实施例对本实用新型作进一步描述:
[0021]实施例一:
[0022]参见图f图4，本永磁悬浮盘式风力发电机，包括盘式发电机部分和永磁悬浮轴承，其特征在于:所述永磁悬浮轴承(6)位于盘式电机部分下部，所述盘式发电机部分的盘式电机定子铁芯(4)通过螺纹旋合在中心轴(2)上面，中心轴(2)穿过永磁悬浮轴承(6)的轴圈0- )，在永磁悬浮轴承(6)的下部，中心轴(2)与轴圈0- )由小螺钉进行周向固定，而由圆螺母(7)进行轴向固定；永磁悬浮轴承(6)的法兰上端盖(2’)通过螺钉与盘式电机转子的下端盖(5)相连；盘式发电机部分的盘式电机转子由一个上端盖(3)和一个下端盖连接成盘式盒体包容盘式电机定子(4)。
[0023]实施例二:
[0024]本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:
[0025]所述的永磁悬浮轴承包括轴圈0- )、法兰上端盖(2’ )、永磁环(3’)、隔圈(4’ )、陶瓷球组件(5’)、螺栓(6’)、垫圈(7’ )和下端盖(8’)，所述法兰上端盖(2’ )的下部和下端盖(8’)的上部分别嵌装永磁环(3’)，该永磁环(3’)与轴圈0-)中部凸环上嵌装的永磁环(3’ )同极相对，同时在轴圈0- )的两端均有陶瓷球轴承(5’)。
[0026]所述的盘式电机定子(4)的两边正对着盘式电机转子的两个扇形永磁体(1),盘式电机定子(4)的绕组均匀地环绕在定子铁芯的轭部上；定子铁芯为有铁芯的电枢，是通过将硅钢片带料沿周向卷绕而成并且采用开槽式；盘式电机转子的永磁体(1)均匀扇形排布于上端盖(3)与下端盖(5)的内侧，采用胶贴的方式进行固定。
[0027]所述的中心轴(2)采用空心形式，上端通过外螺纹与盘式电机定子(4)相连，下端则由小螺钉以及圆螺母⑵与永磁轴承(6)的轴圈0-)连接，导线⑶通过中心轴(2)的内孔导出，为三相交流电。
[0028]实施例三:
[0029]本永磁悬浮盘式风力发电机整体装配图参见图1:
[0030]该图主要由上盖(3)、下盖(5)、永磁体(1)、定子铁芯(4)、中心轴(2)、导线⑶以及永磁悬浮轴承(6)组成。永磁体(1)采用钕铁硼材料，扇形分布于上(3)盖与下盖(5)的圆周上。定子铁芯(4)为有铁芯的电枢，是通过将硅钢片带料沿周向卷绕而成。铁芯(4)采用开槽式，可以减小气隙而增大气隙磁密，减小所需永磁体用量，因而可以节约发电机的成本。盘式电机定子铁芯(4)与中心轴(2)通过螺纹旋合固定在一起，中心轴(2)又与磁悬浮轴承(6)的轴圈0-)相连。由小螺钉进行周向定位，由圆螺母(7)承受轴向力。盘式电机外壳与磁悬浮轴承(6)的法兰上端盖(2’ )通过螺钉固定在一起。这样就保证了盘式电机外壳的重量加载到磁悬浮轴承出)的外壳上，而最终由磁悬浮轴承的磁力支承。整体结构为密封的整体，具有无需润滑、无污染等优点，同时可以在恶劣环境下长时间工作。[0031 ] 轴向永磁轴承参见图2:
[0032]轴向磁悬浮轴承包括轴圈0- )、法兰上端盖(2’ )、永磁环(3’)、隔圈(4’)、陶瓷球组件(5’)、螺栓(6’)、垫圈(7’)、下端盖(8’)几部分。法兰上端盖(2’)与盘式电机相连，同时上端盖的下部嵌装永磁环(3’)，该永磁环(3’ )与轴圈上的永磁环同极相对，彼此产生斥力，该斥力便是承受轴向载荷的力。同时在轴圈0-)的两端均有陶瓷球轴承(5’)，其作用为径向定位轴圈，保持轴圈的稳定运转。该磁悬浮轴承轴圈0-)两端的保护轴承采用陶瓷球轴承，主要考虑到陶瓷高的强度以及不导磁的特点，这样就不会影响内部磁场线的分布。同时内部的磁环米用的三磁环，这样做可以轴向双向受力。
[0033]盘式电机中磁路的分布图示意图参见图3:
[0034]盘式电机中的磁路主要由上盖(3)与下盖(5)上的永磁体(1)产生，中间为定子铁芯(4)。盘式永磁同步发电机的电枢绕组是径向分布的,有效导体位于永磁体前方的面上，当永磁体(1)由风力机拖动至同步转速时，将会在气隙中产生与电枢绕组交链的旋转磁场，从而在电枢绕组中感应出三相交流电动势。定子铁芯(4)的两边正对着两个N磁极，绕组均匀地环绕在定子铁芯(4)轭部上，这种绕组也称背对背绕组。使用方线时背对背绕组的槽满率可以高达80%。这种绕组结构十分简单，便于制造，同时端部形状整齐，有利于散热和增强机械强度。
[0035]盘式电机中的永磁体排布方式如图4:
[0036]以下盖(5)为例，可以看到均匀扇形排布的永磁体⑴以及间隙(5，2)、螺栓孔(5’3)。永磁体⑴胶贴于上盖(3)与下盖(5)的内侧，这种结构简单可靠，气隙小且均匀，
运转平稳、效率高。
【权利要求】
1.一种永磁悬浮盘式风力发电机,包括盘式发电机部分和永磁悬浮轴承,其特征在于:所述永磁悬浮轴承(6)位于盘式电机部分下部，所述盘式发电机部分的盘式电机定子铁芯(4)通过螺纹旋合在中心轴(2)上面，中心轴(2)穿过永磁悬浮轴承(6)的轴圈(1’)，在永磁悬浮轴承(6)的下部，中心轴(2)与轴圈0- )由小螺钉进行周向固定，而由圆螺母(7)进行轴向固定；永磁悬浮轴承(6)的法兰上端盖(2’)通过螺钉与盘式电机转子的下盖(5)相连；盘式发电机部分的盘式电机转子由一个上端盖(3)和一个下端盖连接成盘式盒体包容盘式电机定子(4)。
2.根据权利要求1所述的永磁悬浮盘式风力发电机，其特征在于:所述的永磁悬浮轴承包括轴圈0-)、法兰上端盖(2’)、永磁环(3’)、隔圈(4’)、陶瓷球组件(5’)、螺栓(6’)、垫圈(7’)和下端盖(8’)，所述法兰上端盖(2’)的下部和下端盖(8’)的上部分别嵌装永磁环(3’)，该永磁环(3’ )与轴圈0- )中部凸环上嵌装的永磁环(3’ )同极相对，同时在轴圈0- )的两端均有陶瓷球轴承(5’)。
3.根据权利要求1所述的永磁悬浮盘式风力发电机，其特征在于:所述的盘式电机定子(4)的两边正对着盘式电机转子的两个扇形永磁体(1)，盘式电机定子(4)的绕组均匀地环绕在定子铁芯的轭部上；定子铁芯为有铁芯的电枢，是通过将硅钢片带料沿周向卷绕而成并且采用开槽式；盘式电机转子的永磁体(1)均匀扇形排布于上端盖(3)与下端盖(5)的内侧，采用胶贴的方式进行固定。
4.根据权利要求1所述的永磁悬浮盘式风力发电机，其特征在于:所述的中心轴(2)采用空心形式，上端通过外螺纹与盘式电机定子(4)相连，下端则由小螺钉以及圆螺母(7)与永磁轴承(6)的轴圈0- )连接，导线⑶通过中心轴(2)的内孔导出，为三相交流电。
【文档编号】F16C32/04GK203708146SQ201420000681
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】张钢, 孟庆涛, 张坚, 张海龙, 姜笑颖, 支汉立, 孙玉卓, 叶婷, 彭惠新, 王建文, 谢晓红, 张禧丹 申请人:上海大学, 苏州东安新高能源科技有限公司, 上海博红科工贸有限公司