专利名称：应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发垂直轴电系统领域，特别是涉及一种应用了磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统。
背景技术：
我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿千瓦，根据“十一五”规划， 2020年中国风力发电装机容量将达到3000万千瓦和600亿千瓦时电量，2030年装机容量将达到1亿千瓦和2000亿千瓦时电量。各国部门也十分重视风电产业的发展，2001年以来，全球每年风电装机容量增长速度为20% 30%，仅2007年就增加了 20 Gff的风电装机容量，约合310亿美元。欧美近几年风力发电年增长都在50%左右。如此巨大的市场为我国风电设备制造企业提供了难得的发展机遇。加上国家支持风力发电机制造国产化和培育自主品牌，对具有自主知识产权和自主品牌的兆瓦级风电机组的整机制造企业和零部件制造企业给予资金补助，鼓励企业开展新产品的研发、工艺改进和试验示范。根据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》中提出的目标，中国的风电装机到2010年400万千瓦，2015年1000万千瓦，2020年2000万千瓦，届时风电装机占全国电力装机的2 %。为了实现这一目标，至少需要兆瓦级风力发电机4000-20000台，市场需求巨大。因目前风力机造价太高，甚至风电成本比火电成本高出2/3，因此，风电虽具有无污染、能再生等优点，却难以规模化推广。目前，新型垂直轴风力机已日趋成熟，其发电成本比火电还低二成多的10000瓦风力机产品，其完全可以进一步发展1000千瓦以上的巨型风力机，以实现规模化推广，改变以火电为主的世界能源格局，大大缓解大气污染变暖的危害。在价格规律支配下，风能已有条件进行全面推广，从而替代火电成为新世纪的主要能源。近十年来全球风电累计装机容量的年均增长率接近30%，而中国近三年的风电装机年均增长率超过了 70%，中国是目前全球风力发电增长最快的市场，风电行业在在当前全球能源短缺、环境污染形势日趋严峻、对节能减排的要求不断增强的背景下，已逐渐成为一个发展空间巨大的朝阳行业。
实用新型内容本实用新型秉承上述发展理念，提供了一种应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统。本实用新型采用了磁悬浮技术，减少了机械摩擦，同时结合轴向和径向叶轮的设计特点，大幅度提高了风能的利用率，进而提高了发电效率。为了达到上述目的，本实用新型所提供的技术方案是一种应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，包括基座、垂直轴、径流叶轮、轴流叶轮、磁悬浮轴承和发电机组; 所述垂直轴固装在基座上，所述径流叶轮通过磁悬浮轴承安装在垂直轴上，所述轴流叶轮通过磁悬浮轴承安装在轴流叶轮上方的垂直轴上；径流叶轮和轴流叶轮分别连接所述发电机组，所述控制单元连接控制发电机组。[0008]进一步的，所述垂直轴内设有发电机仓。进一步的，所述径流叶轮的径向为最有效迎风面。进一步的，所述轴流叶轮的轴向为最有效迎风面。进一步的，所述磁悬浮轴承是由永磁体制作的环状组合结构。进一步的，还包括避雷针，所述避雷针安装在所述垂直轴的顶部，并接有放电地线。进一步的，所述径流叶轮的叶片为中空结构，其内设置有隔板和定型板，叶片通过钢丝固装在叶轮转动总成上。进一步的，所述叶片、隔板和定型板由铝材制成。进一步的，所述避雷针为铝质的锥形筒状，分为多段，其中部设置有高空观察室。采用上述技术方案，本实用新型的技术效果有1. 本实用新型的创新点一垂直轴固定不转动，能够有效的提高发电系统整体的稳定性。2. 本实用新型的创新点二 径向和轴向的叶轮组合应用，除能够利用普通的径向风，还能够利用径向的热能风以及通过径向叶轮后的径向余量风进行发电，提高了风能的利用率。3. 本实用新型的创新点三本实用新型磁悬浮技术的应用，在设备运转过程中可以有效减少大量因机件摩擦阻力所耗费的能量和设备摩擦损失，进而直接有效地提高整机的发电效率。
图1为本实用新型实施例的主结构示意图；图2为本实用新型实施例的径流叶轮的叶片排布俯视图；图3为本实用新型实施例的径流叶轮的叶片结构示意图；图4为本实用新型实施例的轴流叶轮结构示意图；图5为本实用新型的磁悬浮轴承示意图。其中1基座，2垂直轴，3径流叶轮，31叶片，32隔板，33定型板，34钢丝，4轴流叶轮，5磁悬浮轴承，6发电机组，7避雷针，71高空观察室。
具体实施方式
我们经过长达多年的研究设计和不断创新改进，本实用新型已经研发成功，并且进入了试制程序，不久这款新特征、高效率、新概念、能适应不同类别风资源的兆瓦级垂直轴风力发电机即将问世。
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图1所示的一种应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，包括基座1、垂直轴2、 径流叶轮3、轴流叶轮4、磁悬浮轴承5和发电机组6 ；垂直轴2固装在基座1上，基座1根据施工地地质情况，优选为用合适水泥标号的混凝土制作(为降低成本，根据实际情况可采用堆石混凝土技术工艺)，其内预置金属钢构起到抗震作用(一般根据当地地震记录选择有效抗震30年限)，具体实施要根据施工地点地质情况来确定，基座1用于将发电系统固定在地
4面上；固定设置的垂直轴2用于保证径流叶轮3和轴流叶轮4的同轴度，且能够提高发电系统运行时的稳定性，在垂直轴2内设有发电机仓，发电机仓内设置有发电机组6，径流叶轮3 和轴流叶轮4分别连接发电机组9，利用叶轮驱动发电机组进行发电。径流叶轮3 (如图1、2、3所示)通过磁悬浮轴承5安装在垂直轴2上，其叶轮的径向为最有效迎风面，能够利用径向风驱动其转动，进而实现风力发电，本实用新型采用的磁悬浮轴承5安装在径流叶轮3的底部及内圆周(如图1、6)，底部的磁悬浮轴承实现叶轮的轴向悬空，内圆周设置的磁悬浮轴承实现叶轮的径向悬空，以此实现径流叶轮3非接触的套装在垂直轴2上，能够减少转动的摩擦阻力，提高发电效率；其中径流叶轮3的叶片31 (如图3)优选设置为中空结构，其内设置有隔板32和定型板33，叶片31通过钢丝34固装在叶轮转动总成上，且叶片31、隔板32和定型板33优选为由铝材制成，钢丝34的连接结构有一定辅助轴向固定的功效，且减轻风叶总成转动部分重量，总体降低成本。轴流叶轮4 (如图1、4)通过磁悬浮轴承5安装在轴流叶轮4上方的垂直轴2上， 其叶轮的轴向为最有效迎风面，径向风通过径流叶轮3后，转变成沿轴向往上的气流，利用此气流以及因温差所形成的从地面往上的气流以及普通的径向风驱动轴流叶轮4转动，进而实现风力发电，与径流叶轮3的磁悬浮轴承5安装方式一样，将磁悬浮轴承5安装在轴流叶轮4的底部及内圆周(如图1、5)，底部的磁悬浮轴承实现叶轮的轴向悬空，内圆周设置的磁悬浮轴承实现叶轮的径向悬空，以此实现轴流叶轮4非接触的套装在垂直轴2上，能够减少转动的摩擦阻力，提高发电效率；本实用新型还包括避雷针7 (如图1)，所述避雷针7安装在所述垂直轴2的顶部， 并接有放电地线，避雷针7优选设置为铝质的锥形筒状，分为多段，其中部设置有高空观察室71。本实用新型磁悬浮技术的应用，是在发电系统输出总功率较小的情况下，为了增加发电量，而设计的增加能量转换功效的解决方案，基本原理为，如图5所示，将永磁体制作为大直径组合环，利用永磁体的斥力，将两个磁环同极性镜像对置并加以固定，采用多圈设计，则形成了超大型的无摩擦的磁悬浮轴承，由于无摩擦阻力，所以能高效的将能量转换并输出，经实验，此装置能够将启动风速缩小到3m/s以下。具体作业时，径向风直接驱动径流叶轮3和轴流叶轮4转动，同时，径向风经径流叶轮3做功后转变为轴向风，往上吹入轴流叶轮4，结合地面因热流形成的往上的气流，进一步加速轴流叶轮4的转动，带动相应的发电机发电。尤其是，磁悬浮轴承5的应用减少了摩擦阻力，极大的提高了发电效率，经实验，最低风速3m/s即可发电。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于包括基座(1)、垂直轴 (2)、径流叶轮(3)、轴流叶轮(4)、磁悬浮轴承(5)和发电机组(6);所述垂直轴(2)固装在基座(1)上，所述径流叶轮(3 )通过磁悬浮轴承(5 )安装在垂直轴(2 )上，所述轴流叶轮(4 )通过磁悬浮轴承(5)安装在轴流叶轮(4)上方的垂直轴(2)上；径流叶轮(3)和轴流叶轮(4) 分别连接所述发电机组(9)。
2.根据权利要求1所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述垂直轴(2)内设有发电机仓。
3.根据权利要求1所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述径流叶轮(3)的径向为最有效迎风面。
4.根据权利要求1所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述轴流叶轮(4)的轴向为最有效迎风面。
5.根据权利要求1所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述磁悬浮轴承(5)是由永磁体制作的环状组合结构。
6.根据权利要求1所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于还包括避雷针(7)，所述避雷针(7)安装在所述垂直轴(2)的顶部，并接有放电地线。
7.根据权利要求3所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述径流叶轮(3)的叶片(31)为中空结构，其内设置有隔板(32)和定型板(33)，叶片(31)通过钢丝(64)固装在叶轮转动总成上。
8.根据权利要求7所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述叶片(31)、隔板(32)和定型板(33)由铝材制成。
9.根据权利要求6所述的应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，其特征在于所述避雷针(7)为铝质的锥形筒状，分为多段，其中部设置有高空观察室(71)。
专利摘要本实用新型公开了一种应用磁悬浮技术的垂直轴风能发电系统，包括基座、垂直轴、径流叶轮、轴流叶轮、磁悬浮轴承和发电机组；所述垂直轴固装在基座上，所述径流叶轮通过磁悬浮轴承安装在垂直轴上，所述轴流叶轮通过磁悬浮轴承安装在轴流叶轮上方的垂直轴上；径流叶轮和轴流叶轮分别连接所述发电机组；本实用新型采用了磁悬浮技术，减少了机械摩擦，同时结合轴向和径向叶轮的设计特点，大幅度提高了风能的利用率，进而提高了发电效率。
文档编号H01T19/04GK202280574SQ20112035988
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者李增民, 李宝成, 胡海军 申请人:佳昊新能源投资有限公司