专利名称：垂立轴外转壳式小型风力发电机的双异磁环磁力装置及混合轴承的制作方法
技术领域：
风力发电机、磁学、力学、磁悬浮技术 技术背景
垂立轴风力发电机省用方向尾舵和三相电刷滑环等，外转壳式易和新型高效的 风叶配用，有独特优越性，但因轴承受到连有风叶和转子以及庞大外转壳的较沉 重的下压力，使磨擦力与损耗加大，更因受不规划则风向与风力的全方位的扭绞， 对轴承造成更为显著的顶推或角度扭变，特别是上部受力较大的轴承不堪重负，
加速了磨损，这些弊端造成长期来不易推广的瓶颈，某些专利如200610122794. 4
采用全磁悬浮轴承取代轴承，没有磨擦力，但结构复杂、成本高、调整困难，而
某些专利如200610122794. 9是适用于悬臂式风力发电机，因结构差异不能套用，
本文提供了有针对性的实用方案。
发明内容
发明目的
添加的磁力装置有效地给垂立轴外壳式小型风力发电机的轴承减负，提高功-效与寿命，简单而实用。 技术方案
方案是:采用混合轴承方案，在原有的轴承的基础上，添加磁力装置，磁力装置 对沉重的旋转外转壳体施加轴向的向上的支承力，并建立横径向支承刚度，以缓 释轴承经受压力而增大摩擦力的负担，而轴承起到了限位与保护作用，这样总结 构可简化，成本低而可靠性好，磁力装置在建立轴向的向上的支承力是采用永磁体l之间的异性相吸的直接的磁吸力，根据外转壳的总重量而设计支承力的大 小，这样可简化结构，而在横径向，轴承受不规则风力与风向的顶推与角度扭 变，但这是个变数，只能以支承刚度来缓释轴承这方面的负担，为完成此二方面 的任务，本方案采用同轴地箍套在固定的垂定轴上的上双异磁环和下方同轴地装 在旋转外壳内相应部位处的异磁性的下双异磁环所组成磁力装置。双异磁环是二 个环高相同而环径不同的异磁性内空心磁环贴装在导磁的铁盘上，因环径不同而 成为内外环，内外环之间有一径向开距，内外环在同一轴向的磁极面是互为异磁 极性，在一个轴向面处，这二个互为异磁极性的磁极面通过导磁的铁盘顺向无磁 泄漏的磁导而把该处磁极面的磁性导向各自的另一相背的磁极面上去，也即在开 口端的各自的互为异磁极性的磁极面的磁性得到强化，上双异磁环是内外磁环贴 装在垂直于垂立轴的铁盘的轴向下表面处，而下双异磁环是铁盘在下磁环在上， 上双异磁环同轴地装在旋转在外转壳内相应部位处，上下异磁环之间有一轴向的 可供调整的开距。上双异磁环的上外环与下方相对的下双异磁环的下外环的环径 相同，而上内环与下内环的环径也相同，上下外环的开口端处，轴向面对面的磁 极面的磁极性是互为异磁极性，同样，上下内环开口端面对面的磁极面，也是互为 异磁极性的，上下外环之间有磁吸力，上下内环之间有磁吸力，上下外环和上下 内环都同时处于径向的磁极耦合态而隐含具有径向的能态定位效应的耦合力，即 在上述的磁极耦合态的上下双异磁环的径向的相对位置是能态最低的稳定方位， 当因外力而便上下双异磁环发生径向的相对位移和角度扭变时，就会偏离原有磁 极耦合态而变成为偏离耦合态，此时就会使能态提高，同时会产生一股耦合力， 此耦合力是和上述的外力相反方位的，驱使上下双异磁环复位至能态最低的原有 和磁极耦合态的方位上去，因而此合力成为径向的稳定力源，装有下双异磁环的外转壳受到上方固定在垂立轴上的上双异磁环内外二股向上吸拉的磁吸力而成 为平衡于外转壳总重量的支承力，调整磁结构，即改变磁环的体积和磁极面的大 小，改变上下异磁环之间的开距大小，都能改变支承力的大小，当支承力接近于 外转壳的总重量时，外转壳处于相当于失重态的准磁悬浮状态，外转壳对于轴承 的下压力接近于零值，轴承所受到的轴向下压力得以缓释，而调整磁结构使所述 的横径向的支承刚度到足够大时，风力通过外转壳对于轴承的径向顶推力和角度 扭转给轴承造成这方面的负担得以缓释，因而磁力装置起到减负作用。此磁力装 置视需要可不止一处地被采用.
有益效果
添加了磁力装置，可减少轴承的承压,减少磨擦和磨损，提高寿命,本方案结构简 单，成本低，实效好,为新型风力发电机的推广应用作出社会和经济效益.
编号
0，垂直轴的轴中心线 2，转子(发电机的永磁转子)
3，风叶 4，轴承(机械轴承) 5，定子(发电机的定子绕组)
6、上双异磁环7，下双异磁环 8、导磁的铁盘
9，上外环 10,上内环 11，下外环 12，下内环
14,外转壳或外壳体 15，底盘 16,三相输出线
20,下外环的环半径 21,下内环的环半径
22，下外环和下内环间的开距25,下外环的环高(磁环高度)
26，下内环的环高(磁环高度)
30，下外环的开口端处的向上的磁极面31，下内外环的开口端处的向上的磁极面
35，上下双异磁环之间的轴向开距
40，上外环的开口端处的向下的磁极面
41,上内环的开口端处的向下的磁极面
42，上外环与上内环之间的开距
45,上外环的环高(磁环的高度)
46，上内环的环高(磁环的高度)
48，上外环的环半径 49，上内环的环半径
附图图l，磁力装置结构图la为轴向顶视图lb为径向侧视图 图2，总图
具体实施方式
实施例1 参考图i磁力装置结构图
la为轴向顶视图 lb为径向侧视图
在外转壳的外壳体14的相应部位处固定安装有下双异磁环7,该下双异磁环7 由垂直于垂立轴1的轴心线0的导磁的铁盘8和同轴于轴心线0地贴装在该导磁 的铁盘8的轴向上表面的二个互为异磁性的磁环组成，这二个磁环的环径不同， 即磁环的磁极面的中心离轴中心线O的半径不同，而分为外环和内环，也即下外 环11的半径20大于下内环12的半径21,下外环11与下内环12之间有一径向 开距22，下外环11的环高25和下内环12的环高26是相同的，当然，所述的下 外环11和下内环12都同轴于垂立轴1的轴中心线0，下外环11和下内环12是 互为异磁极性，而各自朝下的互为异磁性的磁极面是通过导磁的铁盘8的顺向无 磁泄漏地磁导而把此处磁极面的磁性导向各自相背的磁极面上去，即导向朝上的开口端的下外环磁极面30和下内环磁极面31上去，则强化了开口端处的磁性， 下双异磁环7是随外转壳体14而迎风旋转。 垂立轴1是穿越下双异磁环7的导磁铁盘8的中心孔而向上延伸，在距离下双 异磁环7的轴向的上方的一定开距35处，同轴地箍套在垂定轴1上有上双异磁 环6，上双异磁环6和下双异磁环9的结构相同，但内外磁环贴装在导磁的铁盘8 的下表面，开口端朝下。
上外环9与下外环11在轴向是上下对应而上外环9的半径48与下外环11的半 径20相同，上内环IO也与下内环12在轴向也是上下对应，上内环IO的半径49 和下内环12的半径21相同，上外环9和下外环不11是互为异磁性，上内环IO 与下内环12也是互为异磁性，即各自开口端的磁极面是上下互为异磁性的，也 即上外环9的开口端上的磁极面40的磁极性是与下外环11的开口端的向上的磁 极面30是互为异磁极性的，同理，上内环10的开口端的向下的磁极面41的磁 极性也是和下内环12开口 口端向上的磁极面31互为异磁极性，虽然下双异磁环 7是随外壳体14而旋转，但因上下双异磁环6和9都是同轴的，所以仍保持上述 的情况，由以上可知，下外环11的向上磁极面30与上内环10向下的磁极面40 相互是异性相吸，同样下内环12的向上磁极面31与上内环10向下的磁极面41 相互是异性相吸，则装有下双异磁环7的外转壳14，受到上方箍套在垂立轴1 的上双异磁环6的同时产生的内外二股异性相吸的向上吸拉的磁吸力以平衡于外 转壳的总重量而成为轴向的支承力，调整磁结构，使所过的支承力接近于外转壳 14的总重量，此时外转壳14处于相当于失重态的准磁悬浮状态，则外转壳14 对轴承4的轴向下压力可以降低到最小的程度，因而缓释了轴承4的轴向受下压 力的负担，另外下外环11与上外环9以及下内环12与上内环10都分别的同时地处于径向磁极耦合态而隐含具有径向能态定位效应的耦合力，并赋于了支承刚
度，能抵制风力对轴承4造成的径向顶推与角度扭转，缓释了连有风叶3的外转 壳14对轴承4形成这方面的径向负担。 实施例2
见:图2垂立轴外转壳或小型风力发电机的磁力装置及混合轴承总图 垂立轴1是固定不动的并在中部连有发电机定子绕组2，在定子绕组2的上下 部装有轴承4，垂立轴1的最上部装有上双异磁环6，定子绕组的三相输出线16 经垂立轴1的下部的空心引向下部，穿越垂立轴1的下部底盘15而输出，外转
壳或外壳体14的外表面装有风叶3，外转壳14的内部的中部装有永磁转子5， 外转壳或外壳体14由上下二个轴承4和垂立轴1滑动相过，在垂立轴上1上部 同轴地箍套有上双异磁环6，而在上双异磁环6的下方一定开距处，在外转壳内 装有相对应下双异磁环7，它的导磁铁盘8是中空的，垂直轴1空越此中孔而向 上延伸，磁力装置由上双异磁环6和下双异磁环7构成，装有下双异磁环7的外 转壳或外壳体14得到轴向的向上的支承力并在径向隐含具有能态定位效应的耦 合力而被赋于径向支承刚度，磁力装置能起到对轴承的轴向与径向的减负作用， 可通过调整磁结构，即增大磁环的体积与磁极面，减小上双异磁环6和下双异磁 环7的轴向的间距35,都能增大所述的轴向支承力与径向支承刚度值，以达要求。
权利要求1、一种垂立轴外转壳式小型风力发电机的双异磁环磁力装置及混合轴承，由原有的轴承和添加的磁力装置所组成，其特征在于所述的磁力装置是指由上方的同轴地箍套在固定的垂立轴上的上双异磁环和下方的同轴地安装在旋转的外壳内的异磁性的相对应的下双异磁环所构成，所述的双异磁环是指，在一导磁的铁盘上贴装有两个同轴的环高相同而环径不同的互为异磁性的永磁的空心磁环，并因其环径的大小而分为内环和外环，内外环之间有一径向的开距，而在同一轴向处，内外环的轴向的磁极面的磁极性是互为异磁极性的，所述的上双异磁环是指磁环贴装在铁盘的下表面处，而下双异磁环则是磁环贴装在铁盘的上表面处，所述的上下对应是指上外环和下外环的环径相同而上下相面对面的磁极面互为异磁极性的，上内环和下内环的环径也相同而相面对面的磁极面也是互为异磁极性的，上外环和下外环在轴向是异磁性而相吸，而上内环和下内环在轴向也是异磁性而相吸，则，同时存在内外二股作为轴向的磁支承力的磁吸力，并且上下外磁环相互处于径向的磁极耦合态，而上下内磁环也是相互处于径向的磁极耦合态，即在径向也同时存在内外两个磁极耦合态，则，装有下双异磁环的外转壳既受到了套在垂立轴上的上双异磁环的二股向上吸拉的轴向的磁支承力，同时，外转壳也是处于被赋于了内外两个径向的支承刚度的磁极耦合态，
2，根据权利要求1所述的一种垂立轴外转壳式小型风力发电机的双异 磁环磁力装置及混合轴承，其特征在于所述的双异磁环磁力装置，在风 力发电机中，不止一处地被采用.
专利摘要垂立轴外转壳式小型风力发电机有省用方向尾舵及电刷、滑环等，但轴承受沉重的风叶等的轴向下压力和风力顶推形成的径向的扭绞而较快地磨损而报废，本方案是加用磁力装置，它由同轴地箍套在垂立轴上的上双异磁环和下方的相对应的同轴地安装在旋转的外转壳内相应部位处的异磁性的下双异磁环所组成，双异磁环是在铁盘上同轴地贴装有环径不同的内磁环和外磁环，二者之间有一径向开距并在同一轴向面上是互为异磁性的，上下双异磁环之间的磁吸力提供给外转壳以向上的支承力，以平衡于外转壳的总重量，而上下双异磁环相互处于径向的磁极耦合态，赋于外转壳以径向的支承刚度，因而减少了轴承的轴向和径向的压力，磨擦和磨损减小；本结构简易，实用。
文档编号F16C39/06GK201412268SQ20082015588
公开日2010年2月24日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者唐建一, 柏吉银, 郭贵林 申请人:唐建一;柏吉银;郭贵林