磁悬浮装置及使用该磁悬浮装置的垂直式风能发电机组的制作方法

本实用新型涉及风能发电技术领域，具体地说，涉及一种磁悬浮装置及使用该磁悬浮装置的垂直式风能发电机组。

背景技术：

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10⁹MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。风能是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风能发电，非常适合，大有可为。

把风的动能转变成机械动能，再把机械动能转化为电力动能，这就是风能发电。风能发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风能发电正在世界上形成一股热潮，因为风能发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风能发电所需要的装置，称作风能发电机组。尽管风能发电机组多种多样，但归纳起来可分为两类：一、水平轴风能发电机组，其风轮的旋转轴与风向平行；二、垂直轴风能发电机组，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。垂直轴风能发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风能发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

现有的垂直式风能发电机组由风轮叶片、发电机、上下支撑座和支架组成，该风轮叶片的风能驱动受力低、风阻大且驱动力小，导致了发电机组的发电效能低，在低风速下无法起动或起动困难。并且，风轮叶片不能完全悬浮，在旋转的过程中会与旋转轴存在摩擦，影响了风轮叶片的使用寿命，使发电机组的故障率频发。而且，现有的垂直式风能发电机组没有工作状态显示装置，造成用户无法第一时间得知发电机组的工作状态及故障状态，从而无法第一时间对发电机组进行维护。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的是提供一种具有径向和轴向稳定磁悬浮能力的磁悬浮装置。

本实用新型的第二目的是提供一种使用上述磁悬浮装置的垂直式风能发电机组。

为了实现本实用新型的第一目的，本实用新型提供的磁悬浮装置包括径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构，径向磁悬浮机构包括磁块和第一线圈组，磁块为软磁体且可绕其轴心旋转，第一线圈组位于磁块的外周面，第一线圈组沿磁块的径向布置，轴向磁悬浮机构包括磁板和第二线圈组，磁板为软磁体且位于径向磁悬浮机构的侧面，第二线圈组位于磁板在远离径向磁悬浮机构的侧面，第二线圈组沿磁板的轴向布置。

更进一步的方案是，径向磁悬浮机构还包括隔磁环套，隔磁环套位于第一线圈组的外周面。

更进一步的方案是，磁悬浮装置还包括隔磁板，隔磁板位于径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构之间。

更进一步的方案是，磁块上设置有多个磁片，磁片为软磁体，且多个磁片沿磁块的径向均匀布置。

更进一步的方案是，第一线圈组由多个第一电磁线圈组成，多个第一电磁线圈沿磁块的径向均匀布置。

更进一步的方案是，第二线圈组由多个第二电磁线圈组成，多个第二电磁线圈沿磁板的轴向布置。

由以上方案可见，磁悬浮装置的径向磁悬浮机构的磁块为软磁体，从而磁块和第一线圈组的磁极相同，从而产生排斥力，通过径向排斥力，实现了径向稳态磁悬浮。另外，轴向磁悬浮机构的磁板为软磁体，从而磁板和第二线圈组的磁极相同，从而产生轴向排斥力，用于抵消其上面的旋转部件的重力，实现了轴向稳态磁悬浮。因此，使用该磁悬浮装置的垂直式风能发电机组在旋转的过程中趋于平衡稳定的磁悬浮状态，相互之间没有摩擦，没有阻力，而且运转平稳，无抖动，无噪音，从而使垂直式风能发电机组适宜低风速下起动运行，风叶的驱动力大，发电机组的发电效能高，并且垂直式风能发电机组的故障率低，寿命长。

为了实现本实用新型的第二目的，本实用新型提供的垂直式风能发电机组包括风叶、发电机和磁悬浮装置，风叶用于接收风能并驱动发电机发电，磁悬浮装置包括径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构，径向磁悬浮机构包括磁块和第一线圈组，磁块为软磁体且可绕其轴心旋转，第一线圈组位于磁块的外周面，第一线圈组沿磁块的径向布置，轴向磁悬浮机构包括磁板和第二线圈组，磁板为软磁体且位于径向磁悬浮机构的侧面，第二线圈组位于磁板在远离径向磁悬浮机构的侧面，第二线圈组沿磁板的轴向布置。

更进一步的方案是，径向磁悬浮机构还包括隔磁环套，隔磁环套位于第一线圈组的外周面。

更进一步的方案是，磁悬浮装置还包括隔磁板，隔磁板位于径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构之间。

更进一步的方案是，磁块上设置有多个磁片，磁片为软磁体，且多个磁片沿磁块的径向均匀布置。

由以上方案可见，使用上述磁悬浮装置的垂直式风能发电机组在旋转的过程中趋于平衡稳定的磁悬浮状态，相互之间没有摩擦，没有阻力，而且运转平稳，无抖动，无噪音，从而使垂直式风能发电机组适宜低风速下起动运行，风叶的驱动力大，发电机组的发电效能高，并且垂直式风能发电机组的故障率低，寿命长。

附图说明

图1是本实用新型垂直式风能发电机组实施例的立体图。

图2是本实用新型垂直式风能发电机组实施例的主视图。

图3是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第一实施例的立体图。

图4是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第一实施例的俯视图。

图5是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第二实施例的立体图。

图6是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第三实施例的立体图。

图7是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第四实施例的立体图。

图8是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中风叶的第五实施例的立体图。

图9是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中发电机装置的第一实施例的立体图。

图10是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中发电机装置的第二实施例的立体图。

图11是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中发电机装置的第三实施例的第一视角立体图。

图12是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中发电机装置的第三实施例的第二视角立体图。

图13是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中发电机装置的第三实施例的局部立体图。

图14是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中磁悬浮装置的第一实施例的局部立体图。

图15是本实用新型垂直式风能发电机组实施例中磁悬浮装置的第二实施例的局部立体图。

以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

以下实施例主要是针对本实用新型的垂直式风能发电机组，由于本实用新型垂直式风能发电机组采用了本实用新型的磁悬浮装置，在垂直式风能发电机组实施例的说明中已包含对磁悬浮装置的说明。

垂直式风能发电机组第一实施例：

参见图1和图2，垂直式风能发电机组1包括主轴9、固定柱8、风叶7、发电机装置6、两个磁悬浮装置5、状态显示装置3、支撑架4和避雷装置2，其中主轴9可旋转地位于固定柱8的上方，固定柱8可用于把垂直式风能发电机组1安装在工作区域上。支撑架4的两端分别与主轴9的两端连接，支撑架4由多个条状的多边形支撑片41组成，多个支撑片41绕主轴9的轴线均匀分布。本实施例支撑片41的数量为三个，因此相邻两个支撑片41之间在主轴9径向的角度为120°。

避雷装置2位于主轴9的顶端，避雷装置2与整台垂直式风能发电机组1连接，并在地面下做成接地极，用于避免垂直式风能发电机组1遭受雷击的危险，保证垂直式风能发电机组1的正常使用。风叶7套在主轴9上，发电机装置6位于风叶7下方并套在主轴9上，两个磁悬浮装置5相向设置并且分别套在主轴9的两端，风叶7的轴线与主轴9的轴线重合。状态显示装置3位于风叶7上方的磁悬浮装置5的上方，状态显示装置3用于显示垂直式风能发电机组1的工作状态。例如，状态显示装置3可通过LED发光管显示，LED发光管显示红色光时，表示垂直式风能发电机组1处于故障的工作状态；LED发光管显示绿色光时，表示垂直式风能发电机组1处于正常的工作状态；LED发光管显示白色光时，表示垂直式风能发电机组1处于未工作状态。从而用户可第一时间得知垂直式风能发电机组1的工作状态及故障状态，便于用户第一时间对垂直式风能发电机组1进行维护。

参见图3至图8，风叶7上设置有叶片71，叶片71的数量至少两个，优选叶片的数量为两个、三个、四个、五个、六个中的其中一种。其中，叶片71在靠近主轴9的根部的宽度大于叶片71在远离主轴9的尾部的宽度，并且叶片71设有进风弧面72和背风弧面73，进风弧面72的轴心与主轴9的轴心之间的角度α不等于背风弧面73的轴心与主轴9的轴心之间的角度β，且进风弧面72的半径R2和背风弧面73的半径R1也不相同。

参见图9，发电机装置6设有第一隔磁环套61、定子和转子62，转子62套在主轴9上，定子套在转子62的外周面，第一隔磁环套61位于定子的外周面，第一隔磁环套61用于隔开磁场，防止磁场外泄。转子62在沿主轴9的径向设置有永磁体63，定子在沿主轴9的径向设置有线圈64，线圈64与永磁体63位于主轴9径向的相同水平面上。本实施例永磁体63和线圈64的数量均为多个，多个永磁体63和多个线圈64沿主轴9的径向均匀布置。

参见图14和图15，磁悬浮装置5包括隔磁板54、径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构，隔磁板54位于径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构之间，隔磁板54用于隔开径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构之间的不同方向的磁场。径向磁悬浮机构包括第二隔磁环套、磁块51和第一线圈组，磁块51可绕其轴心旋转，且磁块51套在主轴9上，磁块51的轴线与主轴9的轴线重合。第一线圈组位于磁块51的外周面，第一线圈组沿磁块51的径向布置，磁块51为软磁体，因此磁块51的磁性根据第一线圈组通电后的磁性决定，从而磁块51和第一线圈组的磁极相同。第二隔磁环套位于第一线圈组的外周面，第二隔磁环套用于隔开磁场，防止磁场外泄。磁块51上设置有多个磁片52，多个磁片52沿磁块51的径向均匀布置，磁片52为软磁体，磁片52的磁性根据第一线圈组通电后的磁性决定，因此磁片52和第一线圈组的磁极相同。且第一线圈组也由多个第一电磁线圈53组成，多个第一电磁线圈53沿磁块51的径向均匀布置。

轴向磁悬浮机构包括磁板55和第二线圈组，磁板55位于径向磁悬浮机构在朝向主轴9端面方向的侧面，且磁板55套在主轴9上，第二线圈组位于磁板55在远离径向磁悬浮机构的侧面，第二线圈组沿磁板55的轴向布置。磁板55为软磁体，磁板55的磁性根据第二线圈组通电后的磁性决定，因此磁板55和第二线圈组的磁极相同。本实施例第二线圈组可由一个大径线圈56组成，也可由多个第二电磁线圈57组成，多个第二电磁线圈57沿磁板55的轴向布置。

本实用新型垂直式风能发电机组1以垂直主轴9为中心，风能带动风叶7旋转，伴随着带动主轴9旋转从而驱动发电机装置6的转子62旋转，因此发电机装置6进行发电。垂直式风能发电机组1的径向磁悬浮机构的磁片52为软磁体，从而磁片52和第一线圈组的磁极相同，在主轴9上产生排斥力，通过径向排斥力，实现了主轴9的径向稳态磁悬浮。另外，轴向磁悬浮机构的磁板55为软磁体，从而磁板55和第二线圈组的磁极相同，在发电机装置6的转子62上产生轴向排斥力，用于抵消发电机装置6和风叶7构成的旋转部分的重力，实现了转子62和风叶7的轴向稳态磁悬浮。并且，本实用新型垂直式风能发电机组1在主轴9的两端设有位置相对的两个磁悬浮装置5，使转子62和风叶7在旋转的过程中趋于平衡稳定的磁悬浮状态，相互之间没有摩擦，没有阻力，而且运转平稳，无抖动，无噪音，垂直式风能发电机组1适宜低风速下起动运行，风叶7的驱动力大，发电机组6的发电效能高，并且垂直式风能发电机组1的故障率低，寿命长。一旦发生雷击时，避雷装置2将雷击形成的强电流直接分流至大地，以避免垂直式风能发电机组1免遭雷击的危险，保证垂直式风能发电机组1的正常使用。

垂直式风能发电机组第二实施例：

作为对本实用新型垂直式风能发电机组第二实施例的说明，以下仅对与垂直式风能发电机组第一实施例的不同之处进行说明。

参见图10，转子62在沿主轴9的径向设置有线圈64，定子在沿主轴9的径向设置有永磁体63，线圈64与永磁体63位于主轴9径向的相同水平面上。本实施例永磁体63和线圈64的数量均为多个，多个永磁体63和多个线圈64沿主轴9的径向均匀布置。

垂直式风能发电机组第三实施例：

作为对本实用新型垂直式风能发电机组第三实施例的说明，以下仅对与垂直式风能发电机组第一实施例的不同之处进行说明。

参见图11至图13，转子62在沿主轴9的径向设置有永磁体63，定子在沿主轴9的径向设置有线圈64，线圈64位于永磁体63的下方。本实施例永磁体63和线圈64的数量均为多个，多个永磁体63和多个线圈64沿主轴9的径向均匀布置。

以上实施例，只是本实用新型的较佳实例，并非来限制本实用新型实施范围，故凡依本实用新型申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。