一种垂直轴磁悬浮风力发电装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种垂直轴磁悬浮风力发电装置。


背景技术：

2.风力发电装置是将风能转化为机械能，带动转子旋转，最终输出电能的机械设备。根据风轮转动轴线方向的不同，风力发电装置分为水平轴式和垂直轴式。相比于水平轴式风力发电装置，垂直轴式风力发电装置具有效率高、体积小等优点，因而成为中小型风力发电设备的首选。
3.现有的垂直轴风力发电装置是由风轮、传动轴、变速器和发电机串联而成。上述结构的垂直轴风力发电装置，具有体积偏大、结构复杂、传动环节多等特点，其无法移动、携带，对安置环境有较高要求，且检修维护的复杂程度和能量损耗较高，以上缺陷，限制了垂直轴风力发电装置的工作环境和发电效率，影响其推广应用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对以上问题提供一种垂直轴磁悬浮风力发电装置，以减少传动环节、减少能量损耗。
5.为达到上述目的，本实用新型公开了一种垂直轴磁悬浮风力发电装置，包括竖向设置的固定轴，固定轴上安装有能够旋转的风轮，其结构特点是：所述风轮包括中心筒，固定轴穿过中心筒，中心筒上安装有上下两个永磁端盖，永磁端盖上设有供固定轴穿过的避让孔，固定轴上设有上下两个轴向斥力永磁体，两个轴向斥力永磁体设在两个永磁端盖的外侧，中心筒与固定轴之间设有上下两个径向磁悬浮轴承，两个径向磁悬浮轴承位于两个永磁端盖之间，中心筒内安装有左右两个转子磁极，固定轴上设有定子铁芯，定子铁芯上设有定子绕组，定子铁芯位于两个径向磁悬浮轴承之间，两个转子磁极位于定子铁芯的外周面的两侧。采用上述结构后，中心筒相当于发电装置的转子，固定轴相当于发电装置的定子，而该转子本身就是风轮的一部分，由此可减少传动环节；永磁端盖与轴向斥力永磁体相互作用提供中心筒的轴向悬浮作用力，径向磁悬浮轴承提供中心筒的径向悬浮作用力，发电装置转子与定子不接触，由此可减小摩擦，减少能量损耗。
6.进一步的，所述径向磁悬浮轴承包括相斥的内圈和外圈，内圈和外圈分别与固定轴、中心筒固定连接。径向磁悬浮轴承的内圈与外圈相互排斥，用与提供使中心筒径向悬浮的作用力。
7.进一步的，所述中心筒内安装有若干个径向保护轴承，固定轴穿过径向保护轴承的内孔。径向保护轴承用于防止发电装置的转子与定子接触，起保护作用。
8.进一步的，所述径向保护轴承与固定轴之间的间隙小于径向磁悬浮轴承内圈与外圈之间的间隙，防止径向磁悬浮轴承的内圈与外圈接触，起到保护径向磁悬浮轴承的作用。
9.优选的，所述径向保护轴承的数目为两个，两个径向保护轴承位于两个永磁端盖内侧，两个径向磁悬浮轴承位于两个径向保护轴承的内侧。
10.进一步的，所述风轮包括环绕中心筒设置并且与之固定的若干个叶片。
11.优选的，所述叶片包括升力型叶片和阻力型叶片。阻力型叶片能够实现风轮低风速时的自启动，升力型叶片的能量转化效率较高。
12.优选的，所述升力型叶片阻力型叶片的数目相同且对应设置，阻力型叶片位于升力型叶片与中心筒之间。
13.优选的，所述升力型叶片与阻力型叶片的数目均为奇数，升力型叶片的推力始终大于阻力，风向的改变对风轮的旋转方向和叶片的推力稳定性无明显影响。
14.进一步的，位于上方的永磁端盖上安装有开口朝下的罩壳，中心筒的上端部伸入到罩壳内，能够防止雨水流入中心筒。
15.综上所述，本实用新型的有益效果在于：发电装置的转子与风轮一体，无传动结构，设备结构简单，易于检修维护；转子采用磁悬浮结构，转子与定子之间无接触摩擦，减少了风轮的摩擦阻力、能量损耗和速度损失，使发电装置能够实现低风速启动，能量转化效率较高；由于阻力和升力型叶片的联合应用，在实现低风速自启动的同时，使发电装置拥有更高的发电效率，减少了风向和风速变化对发电装置运行造成的影响。
附图说明
16.图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；
17.图2是图1俯视方向的结构示意图；
18.图中：1、固定轴，2、风轮，201、中心筒，202、升力型叶片，203、阻力型叶片，4、永磁端盖，5、避让孔，6、轴向斥力永磁体，7、径向磁悬浮轴承，8、转子磁极，9、定子铁芯，10、径向保护轴承，13、罩壳。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
20.参照图1、图2，本实用新型涉及的垂直轴磁悬浮风力发电装置包括竖向设置的固定轴1，固定轴1上安装有能够旋转的风轮2。
21.参照图1，风轮2包括中心筒201，中心筒201的周围环绕设置有3个升力型叶片202、3个阻力型叶片203，升力型叶片202与中心筒201之间通过上下两根支撑杆相连接，阻力型叶片203与升力型叶片202一一对应，阻力型叶片203设在与之对应的升力型叶片202与中心筒201之间，阻力型叶片203的上部和下部分别与两根支撑杆固定连接。
22.在本实用新型的其它实施例中，升力型叶片202、阻力型叶片203还可以选用其它数目，其中以奇数为最佳。
23.在本实用新型的其它实施例中，升力型叶片202与中心筒201之间、阻力型叶片203与中心筒201之间还可以采用其它连接方式，例如利用一个支架将所有升力型叶片202、阻力型叶片203与中心筒201连接在一起。
24.参照图2，本实用新型中的升力型叶片202为截面形如机翼的叶片，它的两侧为不对称的弧形，利用伯努利效应，使叶片在迎风时，依靠其两侧的风速差形成压力差产生升力，并利用叶片攻角将升力的一部分偏转为驱动力，风轮2使用这种类型的叶片后能够在高
风速下减缓转速，对叶片固定框架的机械强度要求小，同时，由于高风速下风力对叶片产生的升力大于阻力，因此，在高风速下升力叶片拥有较高的驱动效率。
25.参照图2，本实用新型中的阻力型叶片203为风杯型结构，其横截面为,弧形，其凹面产生的迎风阻力强于凸面，从而实现定向旋转，阻力型叶片203的结构简单，易于加工，在低风速下能够产生较大的扭力，能够使风力发电装置快速启动。
26.参照图1，本实用新型中的固定轴1穿过中心筒201，中心筒201上安装有上下两个永磁端盖4，永磁端盖4上设有供固定轴1穿过的避让孔5，固定轴1上设有上下两个轴向斥力永磁体6，两个轴向斥力永磁体6设在两个永磁端盖4的外侧，中心筒201与固定轴1之间设有上下两个径向磁悬浮轴承7，两个径向磁悬浮轴承7位于两个永磁端盖4之间。
27.永磁端盖4与轴向斥力永磁体6共同组成轴向磁轴承，永磁端盖4与轴向斥力永磁体6具有轴向相斥的作用力，由此可使中心筒201保持轴向悬浮。径向磁悬浮轴承7包括内圈和外圈，内圈和外圈内圈和外圈为相斥的永磁体，内圈和外圈具有径向相斥的作用力，由此可使中心筒201保持径向悬浮。
28.为了保护径向磁悬浮轴承7，中心筒201内安装有若干个径向保护轴承10，固定轴1穿过径向保护轴承10的内孔。径向保护轴承10与固定轴1之间的间隙小于径向磁悬浮轴承7内圈与外圈之间的间隙。
29.优选的，径向保护轴承10的数目为两个，两个径向保护轴承10位于两个永磁端盖4内侧，两个径向磁悬浮轴承7位于两个径向保护轴承10的内侧。
30.参照图1，中心筒201内安装有左右两个转子磁极8，固定轴1上设有定子铁芯9，定子铁芯9上设有定子绕组，定子铁芯9位于两个径向磁悬浮轴承7之间，两个转子磁极8位于定子铁芯9的外周面的两侧。当中心筒201相对于固定轴1转动时，定子绕组切割两个转子磁极8产生的磁力线产生电流，将机械能转化为电能。
31.参照图1，在本实用新型的进一步改进中，位于上方的永磁端盖4上安装有开口朝下的罩壳13，中心筒201的上端部伸入到罩壳13内，罩壳13用于防止雨水进入中心筒201。
32.本实用新型的工作原理如下：中心筒201、升力型叶片202、阻力型叶片203、支撑杆共同组成风轮结构。永磁端盖4与轴向斥力永磁体6相互作用、径向磁悬浮轴承7的内圈与外圈相互作用使中心筒201保持悬浮。低速旋转时，风轮叶片产生的推力大于升力，阻力型叶片203可作为发电装置启动的动力源；高速旋转时，风轮叶片产生的升力大于推力，升力型叶片202可作为发电装置工作的主要动力源，同时，阻力型叶片203还可以补充动力，提高该装置的发电效率。风轮部分的两种叶片均为奇数个，由此可保证升力型叶片202的推力始终大于阻力，风向的改变对风轮的旋转方向和叶片的推力稳定性无明显影响。
33.本实用新型的转子与风轮一体，无连杆、变速器等传动结构，设备结构简单，易于检修和维护，因此它除了作为大型风力发电设备之外，还可以做成便于携带的小型发电装置，作为户外临时电源使用；本实用新型由于采用了轴向和径向磁悬浮技术，发电装置的转子与定子、底座之间无接触摩擦，因此可减少风轮的摩擦阻力、能量损耗和速度损失，使发电装置能够实现低风速启动、运转，能量转化效率较高；本实用新型由于阻力和升力型叶片的联合应用，克服了阻力型叶片能量转化效率低和升力型叶片低风速自启动困难的缺陷，实现低风速自启动的同时，使设备拥有更高的发电效率，减少了风向和风速变化对发电装置运行造成的影响。
34.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。