一种自动调向式永磁直驱风力发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及风力发电机技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭资源的日渐枯竭，发电领域急需寻找新的清洁无污染能源予以代替。风 能资源具有分布广泛、取之不尽、用之不竭、清洁等优点，受到了国内外学者的关注。目前广 泛应用的是水平轴风机，水平轴风机具有风能利用率高、制作加工成熟等优点。但是由于其 控制结构复杂，一般需要有齿轮箱、偏航系统等，受到了限制。垂直轴风机控制结构简单，具 有运行风速范围宽，启动风速低，制造工艺简单，造价低，叶片类型多样，噪声污染少等优 点;但是垂直轴风机风能利用率低，不易于自启动，难以控制失速。目前，这两种类型风机都 得到了学者的广泛研究，并提出了各自的模型及想法，但都具有局限性。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种自动调向式永磁直驱风力发电机，其风机集 水平轴风机与垂直轴风机的优点于一身，做到了优势互补，该风机旋转样式为水平轴，当风 向改变时，可借助风力被动偏转或在此基础上自动控制发电机做进一步的主动偏转，重新 使风轮对准风向，以提高的风能利用率;其启动风速低，输出转矩稳定，易于电能整流储存， 风机的使用寿命长，发电效率高，结构简单，占用空间面积少。尤其适用于中小型风力发电 或中小功率场合使用。其推广应用，有利于产生较大的经济效益和社会效益。
[0004] 本发明的主要技术方案是：一种自动调向式永磁直驱风力发电机，其特征在于主 要包括:发电机、水平式主轴或转轴、轴承座、风轮、支架、测风速风向仪、传感器、控制器和 蓄电池;所述发电机装在支架的上端平台上，水平式主轴或转轴的中部固定在发电机的转 子上，发电机的两边各设有一个轴承座，水平式主轴或转轴装在2个轴承座上;水平式主轴 或转轴的两端部均对称地固定有风轮，所述风轮呈塞内加尔式结构，即风轮由并排的2个以 上的风轮组构成，每个风轮组包括2块竖圆盘，竖圆盘的中心固定在水平式主轴或转轴上，2 块竖圆盘间横向对称斜向装有3个以上断面为圆弧或曲线的柱状式叶片;所述支架的上端 平台与支柱本体间还装有轴承，平台与支柱本体转动配合;当风向与水平式主轴或转轴(不 垂直时或超过某一设定值时，可使发电机呈电动状态，使水平式主轴或转轴向与风力垂直 的方向发生偏转，直到呈垂直状态，此时发电机自动恢复为发电状态发电。
[0005] 优选的，所述叶片为3片，其断面为半圆弧形。
[0006] 优选的，所述风轮均为并排的3个风轮组，即内组、中组和外组，内组与中组，中组 与外组的相对应的叶片安装在圆周方向均错开35°_45°的角度。
[0007] 优选的，所述内组与中组，中组与外组的相对应的叶片安装在圆周方向均错开40° 的角度。
[0008] 优选的，其特征在于所述转子与水平式主轴或转轴的连接结构为:发电机为双侧 轴式结构，发电机的转子通过转子轴套筒与两根短的水平式主轴或转轴相连。
[0009]优选的，所述的上端平台与支柱本体间的轴承为平面轴承。
[0010]改进的，所述的一种自动调向式永磁直驱风力发电机，其特征在于还设有反接制 动刹车装置，当风速过大时，控制器使其制动，保护风轮不因过大风速而失速。
[0011] 优选的，所述的发电机为转轴偏转式永磁发电机，所述的轴承座为滑轨轴承，水平 式主轴或转轴能自转，同时能偏转；当风向与水平式主轴或转轴不垂直度在一设定范围内 时，可使转轴偏转式永磁同步发电机临时处于电动状态，而使水平式主轴或转轴发生偏转 调整到与风向垂直状态。
[0012] 优选的，所述的转轴偏转式永磁发电机，其结构为:包括定子、转子和发电机外壳， 定子固定于发电机外壳上，转子在定子的外部，转子包括导磁材料制成的环形转子磁辄内 芯，水平式主轴或转轴的中部为转子磁辄内芯，所述转子磁辄内芯的周围上分布有若干转 子永磁体，在圆周方向上各转子永磁体的N极和S极交错排列，每相邻的两个转子永磁体之 间设有非导磁材料制成的隔磁片;定子内侧面设有定子槽，槽内嵌有分布式绕组，发电机处 于发电状态时使用；定子的与转子相对侧为凹面形状，与转子的凸面形状匹配，之间具有间 隙;所述的水平式主轴或转轴为双侧轴，水平式主轴或转轴与转子磁辄内芯连接;所述的转 子外形具有单层圆鼓状外形或球状凸面，相对应的定子具有与之匹配的凹面；当水平式主 轴或转轴转动时，转子磁辄内芯也一起旋转，当水平式主轴或转轴偏转时，转子磁辄内芯也 照样旋转;发电机处在发电状态时，分布式绕组导通，由原动机带动发电机发电；转子磁辄 内芯与水平式主轴或转轴连接，发电机的两边的轴承座为设有滑轨轴承的轴承座，滑轨轴 承起支撑水平式主轴或转轴并使水平式主轴或转轴得以旋转的作用;所述定子包括由导磁 材料制成的定子磁辄，定子磁辄包括均匀等分的定子极靴，定子极靴间为定子槽，定子极靴 上设有定子集中式绕组;集中式绕组在发电机中间平面两侧均匀对称分布有两层；当发电 机处在电动状态时，集中式绕组导通供电，电能由外部输入，能驱动转子发生偏转;之后又 能转变为发电状态。
[0013] 优选的，所述的定子内侧面设有36个定子槽，在导磁材料制成的定子磁辄的每一 层上套有均匀等分的12个匝数可调的集中式绕组;所述的分布式绕组为单层链式绕组，漆 包线绕制，绕层间没有绝缘层，定子槽型为梨形槽。
[0014] 本发明的积极效果是，与现有技术相比，其风机集水平轴风机与垂直轴风机的优 点于一身，做到了优势互补，该风机旋转样式为水平轴，当风向改变时，可自动控制或由发 电机被动偏转，重新使风轮对准风向，能围绕风轮360度无死角利用风能，提高的风能利用 率;其启动风速低，输出转矩稳定，易于电能整流储存，风机的使用寿命长，发电效率高，结 构简单，占用空间面积少，自动调整快。当风向与水平式主轴或转轴(5)不垂直度在一设定 范围内时，可仅靠转轴偏转式永磁发电机使水平式主轴或转轴(5)发生偏转而调整到与风 向垂直状态。风轮结构采用水平阶梯式设置，能更稳定地输出转矩，同时转轴与风轮、发电 机直接相连，精简了结构，避免了齿轮箱等部件的摩擦损耗;通过被动与主动偏转调节相结 合，对风向的功能更加准确，提高了风能利用率。风机系统输出电能直接经过整流后可并网 或为蓄电池充电。本发明尤其适用于中小型风力发电或中小功率场合使用。其推广应用，有 利于产生较大的经济效益和社会效益。
[0015] 为了更好地理解本发明，以下结合实施例及其附图作解释说明，但本发明要求保 护的范围不仅局限于本实施例表示的范围。
【附图说明】
[0016] 图1为为本发明的结构示意图。
[0017] 图2为图1的A-A剖视图。
[0018]图3为图1的立体结构示意图。
[0019] 图4为图1中发电机及水平式主轴安装部分的剖视图。
[0020] 图5为图4的B-B剖面图。
[0021]图6为图4的俯视图。
[0022] 图7为图6中轴承座10的横剖面结构示意图。
[0023] 图8为图6中轴承座10为滑轨轴承座时的横剖面结构示意图。
[0024] 图9为图8的滑轨轴承座的滑轨槽结构及其滑动原理示意图。
[0025]图10为发电机为单自由度永磁同步发电机时的控制原理框图。
[0026]图11为发电机为转轴偏转式永磁发电机、轴承座10为滑轨轴承座时的控制原理框 图。
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