一种基于磁悬浮轨道支撑的垂直轴风力发电装置的制作方法

1.本实用新型属于风力发电技术领域，特别涉及一种基于磁悬浮轨道支撑的垂直轴风力发电装置。


背景技术：

2.垂直轴风力发电机相比于水平风力发电机而言，发电机塔柱高度较低，成本也相对较低，因此，垂直轴发电机越来越受到重视。
3.对于垂直轴风机而言，增大功率的方法是增长悬臂的长度，但是悬臂过长时，长期工作会导致悬臂因为重力原因，不断下压弯折，影响发电效率，甚至可能发生悬臂折损的现象。
4.因此，提供如何提高悬臂支撑能力，是垂直轴风力发电装置亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中悬臂延长存在向下弯折的缺陷，提供一种基于磁悬浮轨道支撑的垂直轴风力发电装置。
6.本实用新型提供了一种基于磁悬浮轨道支撑的垂直轴风力发电装置，包括下塔柱，所述下塔柱顶部固定设置有发电机，所述发电机顶部固定设置有上塔柱，所述上塔柱和下塔柱同轴设置；
7.所述发电机顶部固定设置有第一法兰，所述上塔柱与所述第一法兰固定连接，所述第一法兰的外壁安装有至少3个悬臂，3个所述悬臂相对于所述第一法兰的中心对称设置，所述悬臂上固定设置有叶片；
8.所述上塔柱顶部设置有第二法兰，所述第二法兰与所述悬臂之间设置有斜拉杆，所述斜拉杆分别与所述第二法兰和悬臂固定连接；
9.所述下塔柱的外侧设置有若干个磁悬浮轨道，所述磁悬浮轨道与下塔柱固定连接或通过支撑柱与地面固定；每个所述磁悬浮轨道均与所述悬臂的高度相适应且呈同心圆结构设置，所述悬臂底部安装有若干磁铁托架，所述磁铁托架上固定设置有磁铁，所述磁铁与所述磁悬浮轨道磁性相吸；所述磁铁托架用于利用磁性承托所述磁悬浮轨道。
10.进一步的方案为，所述磁悬浮轨道包括内侧轨道和外侧轨道，所述下塔柱顶部外侧固定设置有支撑座，所述内侧轨道与所述支撑座固定连接，所述外侧轨道通过支撑柱与地面固定。
11.进一步的方案为，所述悬臂为可分段的网架结构，相邻网架结构的外尺寸呈缩减式阶梯状变化，所述悬臂的第一侧面设置有助力风帆，所述助力风帆与所述网架结构固定连接，所述助力风帆的尺寸与所述网架结构的尺寸相适应；所述助力风帆为开设有若干通孔的帆布。
12.进一步的方案为，所述发电机为内转子发电机，所述第一法兰固定设置在内转子上。
13.进一步的方案为，所述叶片为内侧平直、外侧圆弧状的中空结构。
14.进一步的方案为，所述悬臂和叶片内部设置有轻质气体气囊,所述悬臂外侧包裹设置有蒙皮，所述蒙皮采用半包围式包覆在所述悬臂的第二侧面、第三侧面、第四侧面。
15.进一步的方案为，所述轻质气体气囊为氢气气囊或氦气气囊。
16.进一步的方案为，相邻所述悬臂之间固定设置有钢索，形成三角形结构；
17.所述斜拉杆与所述第二法兰的法兰孔连接并向斜下方延伸至悬臂与所述悬臂紧固连接；
18.所述钢索和斜拉杆的中部通过连接杆连接，形成立体网状结构。
19.进一步的方案为，所述磁铁为电磁铁。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型选用电磁铁和磁悬浮轨道配合，通过电控调整磁性吸引力大小，以便保证磁铁托架和磁悬浮导轨之间的恒定间隙，在保证悬臂的自由旋转的同时，给悬臂提供有效的磁性支撑，随着悬臂的延长，可在下塔柱外侧设置多个磁悬浮轨道，对应的在悬臂上设置多个磁铁托架和磁铁，对整个悬臂提供磁性支撑，有利于悬臂的外延，并且外侧轨道均采用与地面直接固定的方式，减小了下塔柱的载荷，对整个叶轮的稳定性提供保证。
附图说明
21.以下附图仅对本实用新型作示意性的说明和解释，并不用于限定本实用新型的范围，其中：
22.图1：本实用新型结构示意图；
23.图2：悬臂与上塔柱连接结构示意图；
24.图3：磁悬浮轨道设置位置示意图；
25.图4：悬臂结构示意图；
26.图5：内侧轨道设置位置示意图；
27.图中：1、叶片；2、悬臂；2.1、蒙皮；2.2、网架结构；2.3、助力风帆；3、斜拉杆；4、上塔柱；5、发电机；6、下塔柱；7、底座；8、钢索；9、磁悬浮轨道；10、第一法兰；11、第二法兰；12、支撑座；13、磁铁托架；14、磁铁；15、支撑柱。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种基于磁悬浮轨道支撑的垂直轴风力发电装置，包括下塔柱6，所述下塔柱6顶部固定设置有发电机5，所述发电机5顶部固定设置有上塔柱4；
30.所述发电机5顶部焊接有第一法兰10，所述上塔柱4与所述第一法兰10焊接固定，所述第一法兰10的外壁安装有3个悬臂2，3个所述悬臂2相对于所述第一法兰10的中心对称设置，所述悬臂2上固定设置有叶片1；所述上塔柱4顶部设置有第二法兰11，第二法兰11和上塔柱4焊接在一起，所述第二法兰11与所述悬臂2之间设置有斜拉杆3，所述斜拉杆3分别
与所述第二法兰11和悬臂2固定连接；斜拉杆3为紧固钢索或铝合金连接杆，斜拉杆3连接法兰孔向斜下方延伸至悬臂2并和其紧固连接；上塔柱4和下塔柱6同轴设置；
31.如图3所示，下塔柱6的外侧设置有若干个磁悬浮轨道9，所述磁悬浮轨道9与下塔柱6固定连接或通过支撑柱15与地面固定；每个所述磁悬浮轨道9均与所述悬臂2的高度相适应且呈同心圆结构设置，所述悬臂2底部固定设置有磁铁托架13，所述磁铁托架13上固定设置有磁铁14，所述磁铁14与所述磁悬浮轨道9磁性吸附滑动连接；所述磁铁托架13设置的位置和数量与所述磁悬浮轨道9相适应，使得磁铁14和磁悬浮轨道9之间预留恒定的间隙，在风力作用下，磁铁14沿磁悬浮轨道9转动。磁悬浮轨道9为封闭圆环形结构，所述磁铁为扇环形结构，所述扇环形结构的半径与所述封闭圆环形结构的半径相等。
32.参见图3和图5，在本实施例中，磁悬浮轨道9设置有3个，在此并不限定磁悬浮轨道9的数量，可根据悬臂2的长度进行确定。以3个悬臂为例进行说明装配过程：将磁悬浮轨道9分为内侧轨道和外侧轨道，其中，内侧轨道指最靠近下塔柱6的磁悬浮轨道，其余的统称为外侧轨道；首先，在下塔柱6的外侧固定设置一个支撑座12，支撑座12用来支撑内侧轨道，因此，需将支撑座12与下塔柱6采用焊接等方式固定连接在一起，然后将内侧轨道固定设置在支撑座12顶部，根据内侧轨道的位置确定第一组磁铁托架13，将磁铁托架13与悬架2焊接，在磁铁托架13内固定设置电磁铁，其中，电磁铁的电能供给通过外置电源实现。然后设置外侧轨道，将外侧轨道(包括了两个磁悬浮轨道9)通过支撑柱15与地面固定，这样可以减轻下塔柱的载荷，提高状态装置的稳定性。将外侧轨道的位置确定之后，对应的设置第二组和第三组磁铁托架13以及电磁铁。
33.如图4所示，悬臂2为可分段的网架结构2.2，相邻网架结构2.2的外尺寸呈缩减式阶梯状变化，由于悬臂2末端的转速高于另一端的转速，因此悬臂2的外尺寸逐渐减小，一方面可以减小悬臂2末端的风阻，另一方面可减小悬臂2的重量。所述悬臂2的第一侧面(迎风面)设置有助力风帆，所述助力风帆2.3与所述网架结构2.2固定连接，所述助力风帆2.3的尺寸与所述网架结构2.2的尺寸相适应，所述助力风帆2.3为开设有若干通孔的帆布，当风沿着第一侧面吹过来时，可从通孔进入悬臂2内部，相比风绕过悬臂来说，给悬臂提供更大的风力。每段网架结构2.2之间通过铰链柔性连接，或通过螺栓刚性连接。每个悬臂2上可以设计若干个叶片1，根据机器的设计功率而定。但每个悬臂2上布置的叶片数量的大小相同，以均衡吸收风力，平稳运转。
34.在上述中，所述发电机5为内转子发电机5，所述第一法兰10固定设置在内转子上。
35.在本实施例中，所述叶片为内侧为平直、外侧圆弧状的中空结构，符合空气动力学设计，当风力穿过叶片时，无论方向如何都会产生持续的径向外张力，从而带动叶片运动，叶片将动能传递给悬臂2，悬臂2再传递给发电机5组，从而实现发电。
36.为了更好的实现轻量化，所述悬臂2和叶片内部充装有氢气气囊或氦气气囊等轻质气体气囊，所述悬臂外侧包裹设置有蒙皮，所述蒙皮采用半包围式包覆在所述悬臂的第二侧面、第三侧面、第四侧面可利用轻型气体的浮力抵消部分悬臂2和叶片的重力。
37.在上述中，相邻所述悬臂2之间固定设置有钢索8，形成三角形结构；
38.所述斜拉杆3与所述第二法兰11的法兰孔连接并向斜下方延伸至悬臂2与所述悬臂2紧固连接；
39.所述钢索8和斜拉杆3的中部通过连接杆连接，形成立体网状结构；
40.由网架和悬臂2构成的立体网状结构的坚固的风电机叶轮，网孔的密度视叶轮的大小而调整，以达到和叶轮所需支撑相匹配。这样大大增强了叶轮的抗损毁能力，同时，也方便了叶轮悬臂2的外延，为机器的大功率化创造了有利条件。
41.在本实用新型中，由于磁铁托架14和磁悬浮轨道9的装配关系，使得磁铁14和磁悬浮轨道9之间预留恒定的间隙，通过电控调整磁性吸引力的大小，使得磁悬浮轨道9对磁铁14具有垂直向上的吸引力，此吸引力作为悬臂2的支撑力，使得叶轮外径的大幅外向延伸变得可能，为机器的大型化发展开辟了新的方向。悬臂2可以分段制造，使得制造和运输成本大幅下降，由于没有巨型叶片，制造和维修成本也将大幅下降。经过长期的使用可知，在此过程中，磁铁14和磁悬浮轨道9之间的吸引力不会对悬臂2的转动有影响，不会影响装置的正常发电。
42.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。