专利名称：一种永磁变阻风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发电机，特别是一种风力发电机。
技术背景由于风能功率随风速的立方变化，所以风机的输出功率随风速变化的范围很大。风能的这一特性，使风力发电机在切入风速和切出风速的发电功率相差数千倍、频率变化达近百倍。
目前的风力发电机都运行在设计的额定功率以下，风力发电机的额定功率通常对应额定风速；当风速大于额定风速时，风机的控制系统使风翼的状态变化以便“溢出”部分风能，使得风力发电机运行在额定功率下，以避免烧坏发电机。这时“溢出”的风能未被利用。可见将额定风速设计为切出风速，风能利用程度最大。但是大的额定风速对应大的发电机额定功率，使发电机启动阻力矩增大、切入风速提高，并且当风速低于额定风速时的风力发电效率降低。
另一方面，风机通过增速齿轮提高发电机的转速是现在制造风力发电机组通常采用的方式，它的缺点是增大了发电机的驱动力矩，降低了风能利用效率。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种永磁变阻风力发电机，它既能改变发电机的磁阻力以匹配风能的变化和调制发电频率，从而提高风力发电效率和降低恒频控制的成本，还能降低发电机的启动力矩。
本实用新型的目的可以通过采用以下设计方案来实现一种发电机，它主要由永磁体组件、轴承4、主轴5、行程驱动器7、电枢8、端板10和壳体13组成，所述永磁体组件至少由一个磁体6组成、所述磁体6由永磁体15和轭铁16组成；所述磁体6上设有至少一个驱动器7，磁体6通过驱动器7与主轴5连接，轴承4的内圆与主轴5连接、轴承4的外圆与端板10的内端连接、端板10的外端与壳体13连接、电枢8固连在两个端板10之间；其主要特点是通过驱动器7的驱动，使磁体6产生相对于主轴5的移动、磁体6与电枢8之间可以发生相对位移，因此调制驱动器7的行程，可以改变磁体6与电枢8之间的磁耦合程度，也就是说可以改变发电机的磁阻力。它的有益效果是可以根据风速的大小，通过驱动器7调制发电机的磁阻力，控制频率和匹配风与电的功率，从而达到提高风力发电效率和降低恒频控制成本的目的。
所述磁体6通过驱动器7产生相对于主轴5的移动方式有两种一种是所述磁体6通过轴向的驱动器7沿所述主轴5的轴向移动，另一种是所述磁体6通过径向的驱动器7沿所述主轴5的经向移动。
所述永磁体组件可以由1至320个磁体6组成。
所述磁体6的形状可以是圆弧状的、也可以是圆环状的。
基于上述改变发电机磁阻力的原理，本实用新型的目的还可以通过采用以下设计方案来实现较大功率的变阻发电机一种发电机，它主要由永磁定子1、转子2、电枢定子3、轴承4和壳体13组成，所述永磁定子1主要由主轴5、磁体6和行程驱动器7组成，所述转子2主要由电枢8、电磁体9、整流器11、端板10和结构支撑件25组成，所述磁体6上设有至少一个驱动器7，磁体6通过驱动器7与主轴5连接，所述电枢定子3主要由大电枢12、端板14和结构支撑件26组成，所述电枢8由铁心17和电枢绕组18组成、电磁体9由轭铁19和励磁绕组20组成、大电枢12由铁心21和电枢绕组22组成，所述转子2的端板10与所述轴承4的外圆连接、轴承4的内圆与所述主轴5连接，所述电枢定子3的端板14与所述主轴5固连，其主要特点是，通过驱动器7驱动的所述磁体6产生相对于主轴5的移动、磁体6与电枢8之间可以发生相对位移。除了具有上述的有益效果外，这种发电机还具有可以根据额定功率和风机的驱动机构确定磁体6和电枢12的直径而无其它约束或限制、可用相对小的永磁体励磁产生相对大发电功率、可实现直驱式永磁多极发电机的大直径电枢要求而永磁体用量少的效果。
所述电枢定子3中的大电枢12的位置，可置于电磁体9的外面、也可置于电磁体9的里面，前者的大电枢12由铁心21n和电枢绕组22组成、电磁体9由轭铁19w和励磁绕组20组成，后者的大电枢12由铁心21w和电枢绕组22组成、电磁体9由轭铁19n和励磁绕组20组成。
所述转子2中的电枢8可以与电磁体9同轴地置于电磁体9的内环里面、也可以与电磁体9同轴地置于电磁体9的端部外面。换句话说，电枢8与电磁体9之间的相对位置设置，可设置在同层、也可设置在不同层。
在所述整流器11与电枢8之间串接导向开关33、在主轴5上设置导电滑环34，其特点是，当开关33接通整流器11时，本发电机通过电枢定子3的大电枢12发电；当开关33接通滑环34时，本发电机通过转子2的电枢8发电、并通过滑环34输出。导向开关33也可以串接在所述电磁体9与整流器11之间，当开关33接通滑环34时输出的是直流电。由于导向开关33设置在转子2上，可以通过设在定子上的无线遥控器控制开关33的导向。当所述导向开关33接通滑环34时，本实用新型的大功率的变阻发电机就成为本实用新型的永磁变阻发电机。它的有益效果是当风速小得不足以使大电枢12发电时，将导向开关33切换到导电滑环34上，这时的电磁感应仅存在于永磁定子1与电枢8之间、磁阻力有大的降低，这时由于相当大的风轮带动相对小功率的发电机，因此本实用新型的大功率的变阻发电机在小风甚至微分下仍能发电。
图1是本实用新型的主要组件示意图。
图2是本实用新型的一种永磁定子的结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是本实用新型实施例八的结构示意图。
图5是本实用新型实施例一的结构示意图。
图6是本实用新型的一种转子的结构示意图。
图7是图6的A-A截面图。
图8是本实用新型一种电枢定子的结构示意图。
图9是图8的B-B截面图。
图10是本实用新型的一种永磁体组件的结构示意图。
图11是图10的俯视图。
图12是本实用新型的一种电磁体的垂直轴向截面的结构示意图。
图13是本实用新型的另一种电磁体的垂直轴向截面的结构示意图。
图14是本实用新型的一种大电枢的垂直轴向截面的结构示意图。
图15是本实用新型的另一种大电枢的垂直轴向截面的结构示意图。
图16是本实用新型的一种电枢的垂直轴向截面的结构示意图。
图17是本实用新型实施例二的结构示意图。
图18是本实用新型实施例三的结构示意图。
图19是图18的C-C截面图。
图20是本实用新型实施例四的结构示意图。
图21是本实用新型实施例五的结构示意图。
图22是本实用新型实施例六的结构示意图。
图23是本实用新型实施例七的结构示意图。
图24是本实用新型实施例九的结构示意图。
图25是图24的D-D截面图。
图26是本实用新型的一种径向行程驱动器的结构示意图。
图27是本实用新型的一种轴向行程驱动器的结构示意图。
图28是图27的俯视图。
图29是是本实用新型的另一种轴向行程驱动器的结构示意图。
图30是图29的俯视图。
具体实施方案
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述；图5所示实施例一的结构示意图反映本实用新型的核心特征，它由轴承4、主轴5、一个由图10和图11所示的由永磁体15和轭铁16组成的圆环状磁体6、一个由图27和图28所示的轴向行程驱动器7、一个由图16所示的由铁心17和电枢绕组18组成的电枢8、两个端板10和壳体13组成，所述磁体6在所述驱动器7的驱动控制下，可以沿主轴5的轴向在图5中所示的实线位置(6和7)与虚线位置(6′和7′)之间的任何位置上移动或停止。
图1至图3、图6至图16是本实用新型的主要组件及其结构示意图。图1示出本实用新型一种由永磁定子1、转子2、电枢定子3、轴承4和壳体13组成的发电机，图2和图3示出一种由主轴5、四个圆弧状的磁体6和八个径向行程驱动器7组成的永磁定子1的结构示意图，图6和图7所示一种由电枢8、电磁体9、整流器11和端板10组成的转子2的结构示意图，图8和图9所示一种由大电枢12、端板14和结构支撑件26组成的电枢定子3的结构示意图，图12和图13是两种电磁体9的结构示意图，图14和图15是两种大电枢12的结构示意图。图4和图17至图25是本实用新型的其它八个实施例的结构示意图。图17至图20和图23所示的四个实施例中的永磁定子1均由主轴5、一个圆环状磁体6和一个轴向驱动器7组成，磁体6在驱动器7的驱动控制下，可以沿主轴5的轴向在图中所示的实线位置(6和7)与虚线位置(6′和7′)之间的任何位置上移动或停止，在图23所示实施例七的永磁定子1中的主轴5上还设有导电滑环34；图21和图22的两个实施例中的永磁定子1均由主轴5、两个圆环状磁体6和两个轴向驱动器7组成，两个磁体6在各自连接的驱动器7协同控制下、互为反向沿主轴5的轴向在图中所示的实线位置(6和7)与虚线位置(6′和7′)之间的任何位置上移动或停止；图4所示实施例八的永磁定子1由主轴5、两个圆环状磁体6和两个由图29和图30所示的轴向驱动器7组成，两个磁体6同时连接在两端带反向螺纹的两个驱动器7上、互为反向沿主轴5的轴向在图中所示的实线位置(6和7)与虚线位置(6′和7′)之间的任何位置上移动或停止；图24和图25所示的实施例九的永磁定子1由主轴5、八个圆弧状磁体6和十六个径向驱动器7组成，每个磁体6连接两个径向驱动器7，八个磁体6在各自连接的驱动器7协同控制下、沿主轴5的径向在图中所示的实线位置(6)与虚线位置(6′)之间的任何位置上移动或停止；图23所示实施例七的永磁定子1中的主轴5上还设有导电滑环34。图17、图23、图24和图25所示三个实施例中的电枢定子3均由大电枢12、端板14、两个结构支撑件26和壳体13组成；图4、图21、图18和图19所示三个实施例中的电枢定子3均由大电枢12、端板14、两个结构支撑件26和壳体13a组成；图20所示实施例四的电枢定子3由大电枢12、端板14a和端板14b组成；图22所示实施例六的电枢定子3都由大电枢12和端板14组成。图17所示实施例二的转子2由电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b、整流器11和结构支撑件25组成；图18和图19所示实施例三的转子2由电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b、整流器11、结构支撑件25a、结构支撑件25b和壳体13b组成；图20所示实施例四的转子2由电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b、整流器11、结构支撑件25、壳体13a和壳体13b组成；图21所示实施例五的转子2由电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b、整流器11、结构支撑件25a、结构支撑件25b和壳体13b组成；图22所示实施例六的转子2由电枢8、电磁体9、两个端板10、整流器11、结构支撑件25a、结构支撑件25b和壳体13组成；图23、图24和图25所示的两个实施例的转子2均由电枢8、电磁体9、两个端板10和整流器11组成，其中图23所示实施例七的转子2中还设有导向开关33；图4所示实施例八的转子2由电枢8、电磁体9、端板10a、端板10b、整流器11、结构支撑件25a、结构支撑件25b、结构支撑件25c和壳体13b组成。
本实用新型的实施例二至实施例九中转子2的电枢8与电磁体9使用了两种设置方式图4、图18和图19、图21至图25所示六个实施例中转子2的电枢8与电磁体9同轴地置于电磁体9的内环里面，即电枢8与电磁体9为轴向同层设置；而图17和图20所示两个实施例中转子2的电枢8与电磁体9同轴地置于电磁体9的端部外面，即电枢8与电磁体9为轴向不同层设置。
本实用新型的实施例二至实施例九中使用了两种电磁体9和两种大电枢12在图20所示的实施例四中，使用的电磁体9是由图13所示的轭铁19n和励磁绕组20组成的、使用的大电枢12是由图14所示的铁心21w和电枢绕组22组成的，转子2在电枢定子3的外面，形成外转子发电机；图4、图17至图19、图21至图25所示的七个实施例的转子2在电枢定子3的里面，它们使用的电磁体9由图12所示的轭铁19w和励磁绕组20组成、使用的大电枢12由图15所示的铁心21n和电枢绕组22组成。
本实用新型的实施例中使用了三种驱动器7图26所示的驱动器7a是一种径向行程驱动器，它由行程杆27、机壳30和电机31组成，行程杆27的外端与磁体6连接、机壳30的底端与主轴5固连，通过电机32驱动，行程杆27可以相对于机壳30伸缩，在图24和图25所示的实施例九中，使用的驱动器7就是这种类型的径向行程驱动器；图27和图28所示的驱动器7b是一种轴向行程驱动器，它由一个套轴式直线电机29和八个连臂28组成，连臂28的两端分别与直线电机29和磁体6连接，通过直线电机29的驱动，磁体6可以沿主轴5的轴向移动，在图5、图17至图23和所示的实施例中，使用的驱动器7就是这种轴向行程驱动器；图29和图30所示的驱动器7c是一种连接在主轴5上的轴向行程驱动器，它由轴座32、传动螺杆35、行程滑块36和电机37组成，轴座19和电机22与主轴5连接、行程滑块21与磁体6连接，通过电机37驱动传动螺杆35旋转，使行程滑块36移动，在图4所示的实施例八中，使用的驱动器7就是这类的轴向行程驱动器。
权利要求1.一种发电机，它由永磁体组件、轴承(4)、主轴(5)、驱动器(7)、电枢(8)、端板(10)和壳体(13)组成，所述永磁体组件至少由一个磁体(6)组成，磁体(6)由永磁体(15)和轭铁(16)组成，轴承(4)的内圆与主轴(5)连接、轴承(4)的外圆与端板(10)的内端连接、端板(10)的外端与壳体(13)连接、电枢(8)固连在两个端板(10)之间；其特征在于磁体(6)上设有至少一个驱动器(7)，磁体(6)通过驱动器(7)与主轴(5)连接，驱动器(7)驱动磁体(6)产生相对于主轴(5)的移动，磁体(6)与电枢(8)之间可以发生相对位移。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述永磁体组件可以由1至320个磁体(6)组成。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述磁体(6)的形状可以是圆弧状的、也可以是圆环状的。
4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述磁体(6)上可以设有1至16个驱动器(7)。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于驱动器(7)可以是轴向行程驱动器、也可以是径向行程驱动器。
6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于动力可以通过主轴(5)输入发电机、也可以通过端板(10)输入发电机，前者磁体(6)为转子、电枢(8)为定子，后者磁体(6)为定子、电枢(8)为转子。
专利摘要本实用新型公开了一种风力永磁变阻发电机，它由永磁体组件、轴承(4)、主轴(5)、驱动器(7)、电枢(8)、端板(10)和壳体(13)组成，所述永磁体组件至少由一个磁体(6)组成，磁体(6)由永磁体(15)和轭铁(16)组成，轴承(4)的内圆与主轴(5)连接、轴承(4)的外圆与端板(10)的内端连接、端板(10)的外端与壳体(13)连接、电枢(8)固连在两个端板(10)之间；其特征在于磁体(6)上设有至少一个驱动器(7)，磁体(6)通过驱动器(7)与主轴(5)连接，驱动器(7)驱动磁体(6)产生相对于主轴(5)的移动，磁体(6)与电枢(8)之间可以发生相对位移。可以调制频率和匹配风与电的功率，从而提高风力发电效率，特别是低速风力发电效率和降低恒频控制的成本。还可实现直驱多极发电机的大直径电枢要求而永磁体用量少。
文档编号H02K7/10GK2870276SQ200520135969
公开日2007年2月14日 申请日期2005年11月19日 优先权日2005年11月19日
发明者李锋, 庞兵, 张全德, 程钰 申请人:李锋