專利名稱：一種永磁變阻風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發(fā)電機，特別是一種風力發(fā)電機。
技術背景由于風能功率隨風速的立方變化，所以風機的輸出功率隨風速變化的范圍很大。風能的這一特性，使風力發(fā)電機在切入風速和切出風速的發(fā)電功率相差數千倍、頻率變化達近百倍。
目前的風力發(fā)電機都運行在設計的額定功率以下，風力發(fā)電機的額定功率通常對應額定風速；當風速大于額定風速時，風機的控制系統(tǒng)使風翼的狀態(tài)變化以便“溢出”部分風能，使得風力發(fā)電機運行在額定功率下，以避免燒壞發(fā)電機。這時“溢出”的風能未被利用。可見將額定風速設計為切出風速，風能利用程度最大。但是大的額定風速對應大的發(fā)電機額定功率，使發(fā)電機啟動阻力矩增大、切入風速提高，并且當風速低于額定風速時的風力發(fā)電效率降低。
另一方面，風機通過增速齒輪提高發(fā)電機的轉速是現(xiàn)在制造風力發(fā)電機組通常采用的方式，它的缺點是增大了發(fā)電機的驅動力矩，降低了風能利用效率。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種永磁變阻風力發(fā)電機，它既能改變發(fā)電機的磁阻力以匹配風能的變化和調制發(fā)電頻率，從而提高風力發(fā)電效率和降低恒頻控制的成本，還能降低發(fā)電機的啟動力矩。
本實用新型的目的可以通過采用以下設計方案來實現(xiàn)一種發(fā)電機，它主要由永磁體組件、軸承4、主軸5、行程驅動器7、電樞8、端板10和殼體13組成，所述永磁體組件至少由一個磁體6組成、所述磁體6由永磁體15和軛鐵16組成；所述磁體6上設有至少一個驅動器7，磁體6通過驅動器7與主軸5連接，軸承4的內圓與主軸5連接、軸承4的外圓與端板10的內端連接、端板10的外端與殼體13連接、電樞8固連在兩個端板10之間；其主要特點是通過驅動器7的驅動，使磁體6產生相對于主軸5的移動、磁體6與電樞8之間可以發(fā)生相對位移，因此調制驅動器7的行程，可以改變磁體6與電樞8之間的磁耦合程度，也就是說可以改變發(fā)電機的磁阻力。它的有益效果是可以根據風速的大小，通過驅動器7調制發(fā)電機的磁阻力，控制頻率和匹配風與電的功率，從而達到提高風力發(fā)電效率和降低恒頻控制成本的目的。
所述磁體6通過驅動器7產生相對于主軸5的移動方式有兩種一種是所述磁體6通過軸向的驅動器7沿所述主軸5的軸向移動，另一種是所述磁體6通過徑向的驅動器7沿所述主軸5的經向移動。
所述永磁體組件可以由1至320個磁體6組成。
所述磁體6的形狀可以是圓弧狀的、也可以是圓環(huán)狀的。
基于上述改變發(fā)電機磁阻力的原理，本實用新型的目的還可以通過采用以下設計方案來實現(xiàn)較大功率的變阻發(fā)電機一種發(fā)電機，它主要由永磁定子1、轉子2、電樞定子3、軸承4和殼體13組成，所述永磁定子1主要由主軸5、磁體6和行程驅動器7組成，所述轉子2主要由電樞8、電磁體9、整流器11、端板10和結構支撐件25組成，所述磁體6上設有至少一個驅動器7，磁體6通過驅動器7與主軸5連接，所述電樞定子3主要由大電樞12、端板14和結構支撐件26組成，所述電樞8由鐵心17和電樞繞組18組成、電磁體9由軛鐵19和勵磁繞組20組成、大電樞12由鐵心21和電樞繞組22組成，所述轉子2的端板10與所述軸承4的外圓連接、軸承4的內圓與所述主軸5連接，所述電樞定子3的端板14與所述主軸5固連，其主要特點是，通過驅動器7驅動的所述磁體6產生相對于主軸5的移動、磁體6與電樞8之間可以發(fā)生相對位移。除了具有上述的有益效果外，這種發(fā)電機還具有可以根據額定功率和風機的驅動機構確定磁體6和電樞12的直徑而無其它約束或限制、可用相對小的永磁體勵磁產生相對大發(fā)電功率、可實現(xiàn)直驅式永磁多極發(fā)電機的大直徑電樞要求而永磁體用量少的效果。
所述電樞定子3中的大電樞12的位置，可置于電磁體9的外面、也可置于電磁體9的里面，前者的大電樞12由鐵心21n和電樞繞組22組成、電磁體9由軛鐵19w和勵磁繞組20組成，后者的大電樞12由鐵心21w和電樞繞組22組成、電磁體9由軛鐵19n和勵磁繞組20組成。
所述轉子2中的電樞8可以與電磁體9同軸地置于電磁體9的內環(huán)里面、也可以與電磁體9同軸地置于電磁體9的端部外面。換句話說，電樞8與電磁體9之間的相對位置設置，可設置在同層、也可設置在不同層。
在所述整流器11與電樞8之間串接導向開關33、在主軸5上設置導電滑環(huán)34，其特點是，當開關33接通整流器11時，本發(fā)電機通過電樞定子3的大電樞12發(fā)電；當開關33接通滑環(huán)34時，本發(fā)電機通過轉子2的電樞8發(fā)電、并通過滑環(huán)34輸出。導向開關33也可以串接在所述電磁體9與整流器11之間，當開關33接通滑環(huán)34時輸出的是直流電。由于導向開關33設置在轉子2上，可以通過設在定子上的無線遙控器控制開關33的導向。當所述導向開關33接通滑環(huán)34時，本實用新型的大功率的變阻發(fā)電機就成為本實用新型的永磁變阻發(fā)電機。它的有益效果是當風速小得不足以使大電樞12發(fā)電時，將導向開關33切換到導電滑環(huán)34上，這時的電磁感應僅存在于永磁定子1與電樞8之間、磁阻力有大的降低，這時由于相當大的風輪帶動相對小功率的發(fā)電機，因此本實用新型的大功率的變阻發(fā)電機在小風甚至微分下仍能發(fā)電。
圖1是本實用新型的主要組件示意圖。
圖2是本實用新型的一種永磁定子的結構示意圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是本實用新型實施例八的結構示意圖。
圖5是本實用新型實施例一的結構示意圖。
圖6是本實用新型的一種轉子的結構示意圖。
圖7是圖6的A-A截面圖。
圖8是本實用新型一種電樞定子的結構示意圖。
圖9是圖8的B-B截面圖。
圖10是本實用新型的一種永磁體組件的結構示意圖。
圖11是圖10的俯視圖。
圖12是本實用新型的一種電磁體的垂直軸向截面的結構示意圖。
圖13是本實用新型的另一種電磁體的垂直軸向截面的結構示意圖。
圖14是本實用新型的一種大電樞的垂直軸向截面的結構示意圖。
圖15是本實用新型的另一種大電樞的垂直軸向截面的結構示意圖。
圖16是本實用新型的一種電樞的垂直軸向截面的結構示意圖。
圖17是本實用新型實施例二的結構示意圖。
圖18是本實用新型實施例三的結構示意圖。
圖19是圖18的C-C截面圖。
圖20是本實用新型實施例四的結構示意圖。
圖21是本實用新型實施例五的結構示意圖。
圖22是本實用新型實施例六的結構示意圖。
圖23是本實用新型實施例七的結構示意圖。
圖24是本實用新型實施例九的結構示意圖。
圖25是圖24的D-D截面圖。
圖26是本實用新型的一種徑向行程驅動器的結構示意圖。
圖27是本實用新型的一種軸向行程驅動器的結構示意圖。
圖28是圖27的俯視圖。
圖29是是本實用新型的另一種軸向行程驅動器的結構示意圖。
圖30是圖29的俯視圖。
具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述；圖5所示實施例一的結構示意圖反映本實用新型的核心特征，它由軸承4、主軸5、一個由圖10和圖11所示的由永磁體15和軛鐵16組成的圓環(huán)狀磁體6、一個由圖27和圖28所示的軸向行程驅動器7、一個由圖16所示的由鐵心17和電樞繞組18組成的電樞8、兩個端板10和殼體13組成，所述磁體6在所述驅動器7的驅動控制下，可以沿主軸5的軸向在圖5中所示的實線位置(6和7)與虛線位置(6′和7′)之間的任何位置上移動或停止。
圖1至圖3、圖6至圖16是本實用新型的主要組件及其結構示意圖。圖1示出本實用新型一種由永磁定子1、轉子2、電樞定子3、軸承4和殼體13組成的發(fā)電機，圖2和圖3示出一種由主軸5、四個圓弧狀的磁體6和八個徑向行程驅動器7組成的永磁定子1的結構示意圖，圖6和圖7所示一種由電樞8、電磁體9、整流器11和端板10組成的轉子2的結構示意圖，圖8和圖9所示一種由大電樞12、端板14和結構支撐件26組成的電樞定子3的結構示意圖，圖12和圖13是兩種電磁體9的結構示意圖，圖14和圖15是兩種大電樞12的結構示意圖。圖4和圖17至圖25是本實用新型的其它八個實施例的結構示意圖。圖17至圖20和圖23所示的四個實施例中的永磁定子1均由主軸5、一個圓環(huán)狀磁體6和一個軸向驅動器7組成，磁體6在驅動器7的驅動控制下，可以沿主軸5的軸向在圖中所示的實線位置(6和7)與虛線位置(6′和7′)之間的任何位置上移動或停止，在圖23所示實施例七的永磁定子1中的主軸5上還設有導電滑環(huán)34；圖21和圖22的兩個實施例中的永磁定子1均由主軸5、兩個圓環(huán)狀磁體6和兩個軸向驅動器7組成，兩個磁體6在各自連接的驅動器7協(xié)同控制下、互為反向沿主軸5的軸向在圖中所示的實線位置(6和7)與虛線位置(6′和7′)之間的任何位置上移動或停止；圖4所示實施例八的永磁定子1由主軸5、兩個圓環(huán)狀磁體6和兩個由圖29和圖30所示的軸向驅動器7組成，兩個磁體6同時連接在兩端帶反向螺紋的兩個驅動器7上、互為反向沿主軸5的軸向在圖中所示的實線位置(6和7)與虛線位置(6′和7′)之間的任何位置上移動或停止；圖24和圖25所示的實施例九的永磁定子1由主軸5、八個圓弧狀磁體6和十六個徑向驅動器7組成，每個磁體6連接兩個徑向驅動器7，八個磁體6在各自連接的驅動器7協(xié)同控制下、沿主軸5的徑向在圖中所示的實線位置(6)與虛線位置(6′)之間的任何位置上移動或停止；圖23所示實施例七的永磁定子1中的主軸5上還設有導電滑環(huán)34。圖17、圖23、圖24和圖25所示三個實施例中的電樞定子3均由大電樞12、端板14、兩個結構支撐件26和殼體13組成；圖4、圖21、圖18和圖19所示三個實施例中的電樞定子3均由大電樞12、端板14、兩個結構支撐件26和殼體13a組成；圖20所示實施例四的電樞定子3由大電樞12、端板14a和端板14b組成；圖22所示實施例六的電樞定子3都由大電樞12和端板14組成。圖17所示實施例二的轉子2由電樞8、電磁體9、端板10a、端板10b、整流器11和結構支撐件25組成；圖18和圖19所示實施例三的轉子2由電樞8、電磁體9、端板10a、端板10b、整流器11、結構支撐件25a、結構支撐件25b和殼體13b組成；圖20所示實施例四的轉子2由電樞8、電磁體9、端板10a、端板10b、整流器11、結構支撐件25、殼體13a和殼體13b組成；圖21所示實施例五的轉子2由電樞8、電磁體9、端板10a、端板10b、整流器11、結構支撐件25a、結構支撐件25b和殼體13b組成；圖22所示實施例六的轉子2由電樞8、電磁體9、兩個端板10、整流器11、結構支撐件25a、結構支撐件25b和殼體13組成；圖23、圖24和圖25所示的兩個實施例的轉子2均由電樞8、電磁體9、兩個端板10和整流器11組成，其中圖23所示實施例七的轉子2中還設有導向開關33；圖4所示實施例八的轉子2由電樞8、電磁體9、端板10a、端板10b、整流器11、結構支撐件25a、結構支撐件25b、結構支撐件25c和殼體13b組成。
本實用新型的實施例二至實施例九中轉子2的電樞8與電磁體9使用了兩種設置方式圖4、圖18和圖19、圖21至圖25所示六個實施例中轉子2的電樞8與電磁體9同軸地置于電磁體9的內環(huán)里面，即電樞8與電磁體9為軸向同層設置；而圖17和圖20所示兩個實施例中轉子2的電樞8與電磁體9同軸地置于電磁體9的端部外面，即電樞8與電磁體9為軸向不同層設置。
本實用新型的實施例二至實施例九中使用了兩種電磁體9和兩種大電樞12在圖20所示的實施例四中，使用的電磁體9是由圖13所示的軛鐵19n和勵磁繞組20組成的、使用的大電樞12是由圖14所示的鐵心21w和電樞繞組22組成的，轉子2在電樞定子3的外面，形成外轉子發(fā)電機；圖4、圖17至圖19、圖21至圖25所示的七個實施例的轉子2在電樞定子3的里面，它們使用的電磁體9由圖12所示的軛鐵19w和勵磁繞組20組成、使用的大電樞12由圖15所示的鐵心21n和電樞繞組22組成。
本實用新型的實施例中使用了三種驅動器7圖26所示的驅動器7a是一種徑向行程驅動器，它由行程桿27、機殼30和電機31組成，行程桿27的外端與磁體6連接、機殼30的底端與主軸5固連，通過電機32驅動，行程桿27可以相對于機殼30伸縮，在圖24和圖25所示的實施例九中，使用的驅動器7就是這種類型的徑向行程驅動器；圖27和圖28所示的驅動器7b是一種軸向行程驅動器，它由一個套軸式直線電機29和八個連臂28組成，連臂28的兩端分別與直線電機29和磁體6連接，通過直線電機29的驅動，磁體6可以沿主軸5的軸向移動，在圖5、圖17至圖23和所示的實施例中，使用的驅動器7就是這種軸向行程驅動器；圖29和圖30所示的驅動器7c是一種連接在主軸5上的軸向行程驅動器，它由軸座32、傳動螺桿35、行程滑塊36和電機37組成，軸座19和電機22與主軸5連接、行程滑塊21與磁體6連接，通過電機37驅動傳動螺桿35旋轉，使行程滑塊36移動，在圖4所示的實施例八中，使用的驅動器7就是這類的軸向行程驅動器。
權利要求1.一種發(fā)電機，它由永磁體組件、軸承(4)、主軸(5)、驅動器(7)、電樞(8)、端板(10)和殼體(13)組成，所述永磁體組件至少由一個磁體(6)組成，磁體(6)由永磁體(15)和軛鐵(16)組成，軸承(4)的內圓與主軸(5)連接、軸承(4)的外圓與端板(10)的內端連接、端板(10)的外端與殼體(13)連接、電樞(8)固連在兩個端板(10)之間；其特征在于磁體(6)上設有至少一個驅動器(7)，磁體(6)通過驅動器(7)與主軸(5)連接，驅動器(7)驅動磁體(6)產生相對于主軸(5)的移動，磁體(6)與電樞(8)之間可以發(fā)生相對位移。
2.根據權利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于所述永磁體組件可以由1至320個磁體(6)組成。
3.根據權利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于所述磁體(6)的形狀可以是圓弧狀的、也可以是圓環(huán)狀的。
4.根據權利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于所述磁體(6)上可以設有1至16個驅動器(7)。
5.根據權利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于驅動器(7)可以是軸向行程驅動器、也可以是徑向行程驅動器。
6.根據權利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于動力可以通過主軸(5)輸入發(fā)電機、也可以通過端板(10)輸入發(fā)電機，前者磁體(6)為轉子、電樞(8)為定子，后者磁體(6)為定子、電樞(8)為轉子。
專利摘要本實用新型公開了一種風力永磁變阻發(fā)電機，它由永磁體組件、軸承(4)、主軸(5)、驅動器(7)、電樞(8)、端板(10)和殼體(13)組成，所述永磁體組件至少由一個磁體(6)組成，磁體(6)由永磁體(15)和軛鐵(16)組成，軸承(4)的內圓與主軸(5)連接、軸承(4)的外圓與端板(10)的內端連接、端板(10)的外端與殼體(13)連接、電樞(8)固連在兩個端板(10)之間；其特征在于磁體(6)上設有至少一個驅動器(7)，磁體(6)通過驅動器(7)與主軸(5)連接，驅動器(7)驅動磁體(6)產生相對于主軸(5)的移動，磁體(6)與電樞(8)之間可以發(fā)生相對位移?？梢哉{制頻率和匹配風與電的功率，從而提高風力發(fā)電效率，特別是低速風力發(fā)電效率和降低恒頻控制的成本。還可實現(xiàn)直驅多極發(fā)電機的大直徑電樞要求而永磁體用量少。
文檔編號H02K7/10GK2870276SQ200520135969
公開日2007年2月14日 申請日期2005年11月19日 優(yōu)先權日2005年11月19日
發(fā)明者李鋒, 龐兵, 張全德, 程鈺 申請人:李鋒