专利名称：盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组的制作方法
技术领域：
本发明属于同步发电机技术领域，具体地说，是提出一种带有磁悬浮功能的永磁盘式发电机结构。
背景技术：
在风力发电机技术领域，发电机是将机械能转变为电能的、必不可少的机电能量转换装置。为了从风中得到更多的能量，在风轮机确定的前提下，希望发电机具有更低的机械噪声、更高的机电效率、更小的机械阻力，更长的运行寿命。带磁悬浮功能的风力发电机可以同时得到上述诸多优点。但是，增加通常的全磁悬浮装置后，整个风机的成本上升，性价比下降，反而会增加发电成本，不利于风力发电机的推广应用，为此必须开发高性价比、低成本的新结构磁悬浮功能的风力发电机。
发明内容
本发明的目的是通过采用价格低廉的吸力型磁悬浮结构，降低磁悬浮风力发电机的成本，从而使磁悬浮风力发电机有一个较高的性价比，可以低成本的前提下实现磁悬浮的技术效果。本发明的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组是这样实现的，利用现有发电机转子上永磁磁体与定子磁轭间产生的向上磁吸力，形成磁悬浮力，以平衡发电机转子和风轮(透平)机的重力，降低轴向推力轴承的压力，减少机械磨损和噪音，从而在不增加成本的前提下达到很好的技术效果。本发明是这样实现的，一种盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，发电机组主体结构由转轴(3)、永磁体(1)、转子磁轭O)、定子绕组G)、端盖和轴承(6)、风轮透平机(7)组成，风轮透平机(7)安装在转轴C3)或与转轴C3)相连接的平台上，其特征为，在定子绕组的上方还有定子磁轭(5)；发电机内自上而下的结构顺序为上端盖、定子磁轭、定子绕组、永磁体、转子磁轭和下端盖；定子磁轭( 与定子绕组(4)和上端盖相固定； 转子磁轭O)与永磁体(1)和转轴( 相固定；永磁体(1)与定子磁轭( 二者之间产生的磁性力，使转轴(3)附加一个向上的磁悬浮吸力。由于在垂直轴风力发电机中，转子体和风轮透平机总有一个向下的重力，该重力形成的压力，作用在轴承上，当风机转动时，该压力将增加轴承的磨损，而磁悬浮力可以抵消或平衡转子体和风轮(透平)机的重力，降低轴向推力轴承的压力，从而可以降低轴承噪音和轴承磨损，降低维护成本，且增加了发电机的可靠性和寿命。斥力型磁悬浮垂直轴风力发电机需要增加至少一对二片永磁体来产生悬浮斥力，而与之相比，本发明不需要额外增加永磁体，即能产生磁悬浮吸力，具有明显成本优势，有利于风力发电机的推广应用。
图1为本发明的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组中剖面结构示意图。
图2为发电机内磁场磁力线流向示意图。
具体实施例方式图1为本发明的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组中剖面结构示意图。从图中可以清楚看出本发明中发电机的结构。风轮透平机(7)安装在转轴(3)上，是将风力动能转化为转轴(3)的机械转动能量的重要部件，图1中所画的风轮透平机只是风轮透平机中的一种，即H型风轮机，而风轮透平机可以有多种其它形式，例如S型、风杯型、达里厄型、弗来纳型等等，也可能是这些机型的复合型。风轮透平机安装的合适位置，可视风轮机的具体形式和结构而定。发电机中的永磁体(1)可以采用多种磁体，例如铁氧永磁体、钐钴永磁、铝镍钴永磁或稀土永磁等等，稀土永磁中的钕铁硼永磁具有很高的磁能积，性价比高。我国又是稀土资源大国，资源丰富，钕铁硼永磁在风力发电机中获得广泛应用，永磁体(1)总是呈偶数极设计选用，且异极性相邻均勻分布在以轴心为半径的同一圆周上。转子磁轭⑵和定子磁轭(5)是发电机中磁力线的良导体，用以降低空气中的磁阻，一般采用导磁系数较高的铁质、镍质或其它合金材料，由于定子磁轭(5)中的磁力线是交变的，所以应该选择高电阻率的磁性材料，例如高低阻率的铁性导磁材料、硅钢片或非晶导磁体材料，以减少由磁场交变和涡流所产生的额外功率损耗，减少电机发热、提高发电机的效率。转子磁轭( 相对于定子磁轭( 而言，不管发电机有没有电流输出，其中的磁力线直接或主要由永磁体(1)产生，变化比较小，为节约成本，可以用铁质或其它电阻率较低的磁性材料制成，或干脆省略而以上述材料构成的下端盖代替。定子绕组(4)采用平面绕组的形式，绕组成型后安置在特制的线圈架上，线圈架与定子磁轭(5)固定，或者直接将绕组粘贴在定子磁轭上，绕组的端线从发电机外壳引出。上下端盖和轴承(6)，以及发电机侧面的圆环构成发电机的外壳，它们是发电机的防护结构件，而轴承是保证转子自由旋转所必须配置的动静联结件。在垂直轴发电机中，由于在静止状态时，发电机中主要的结构力均为垂直方向，并不作用于轴承，轴承仅承受水平风方向的推力，所以轴承也仅起限位和约束作用，就是把转子限制在垂直转动的范围内。图2为发电机内磁场磁力线流向示意图，从图中可以看出，该磁力线一方面在轴向穿越发电机气隙，产生气隙磁通并在定子绕组内形成磁链，即形成发电机的主磁通，在转子转动时，在绕组内发生磁力线变化感生电动势；另一方面，它还通过定子磁轭( 完成回路，以减小磁力线在空气中的磁阻。另一方面，该磁体同时对定子磁轭产生一个向下的引力，其反作用就是使转轴通过气隙产生一个向上的引力F，这就是本发明所指的磁悬浮力。本发明的发电机，在设计时，应该在制造装配前已事先通过设计计算，使永磁体 (1)与定子磁轭( 之间所产生的磁悬浮力，等于或接近于风轮透平机和发电机转子二部分相加的重力之和，此时轴承上所受的轴向力最小，转动时发生的磨损和噪音也同时降到最小值。
权利要求
1.一种盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，机组主体结构由转轴(3)、永磁体 (1)、转子磁轭( 、定子绕组(4)、端盖和轴承(6)、风轮透平机(7)组成，风轮透平机(7)安装在转轴C3)或与转轴C3)相连接的平台上，其特征为，在定子绕组(4)的上方还有定子磁轭(5)；发电机内自上而下的结构顺序为上端盖、定子磁轭、定子绕组、永磁体、转子磁轭和下端盖；定子磁轭( 与定子绕组(4)和上端盖相固定；转子磁轭( 与永磁体(1)和转轴(3)相固定；永磁体(1)与定子磁轭( 二者之间产生的磁性力，使转轴C3)附加一个向上的磁悬浮吸力。
2.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，风轮透平机(7)为H型、S型、风杯型、达里厄型、弗来纳型等机型中的一种，或者是这些机型的复合型。
3.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的永磁体(1)为稀土永磁体、铁氧永磁体、钐钴永磁体或铝镍钴永磁体中的一种。
4.权利要求3所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的永磁体(1)为钕铁硼稀土永磁体。
5.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的定子磁轭(5)为高电阻率的磁性材料，例如高磁阻率的铁性导磁材料、硅钢片或非晶导磁体材料。
6.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的转子磁轭O)为铁质或其它电阻率较低的磁性材料，或省略不用而以上述材料构成的下端盖代替。
7.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的定子绕组(4)采用平面绕组的形式，绕组成型后安置在特制的线圈架上，线圈架与定子磁轭(5)固定，或者直接将绕组粘贴在定子磁轭上，绕组的端线从发电机外壳引出。
8.权利要求1所述的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，其特征为，发电机中的永磁体(1)与定子磁轭( 之间所产生的磁悬浮力，在制造装配前已事先通过设计计算， 等于或接近于风轮透平机和发电机转子二部分相加的重力之和，以使轴承上所受的轴向力最小，磁悬浮效果也最好。
全文摘要
本发明揭示的盘式磁悬浮内转子型垂直轴风力发电机组，是结合日本无芯盘式发电机、国内多款垂直轴盘式内转子发电机和斥力型磁悬浮垂直轴盘式发电机多种机型的特点，在此基础上的集成创新，创新点在于吸力型磁悬浮垂直轴风力发电机组，吸力型机型比斥力型机型材料省、成本低，且本发明的机组无须额外电源和控制器，即能实现自适应平衡，使机组具有较高的性价比和市场前景。
文档编号F03D3/06GK102338038SQ20101023318
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者於岳亮 申请人:上海稳得新能源科技有限公司