[发明专利]垂直式风能发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及风能发电技术领域，具体地说，涉及一种垂直式风能发电机组。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10⁹MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。风能是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风能发电，非常适合，大有可为。

把风的动能转变成机械动能，再把机械动能转化为电力动能，这就是风能发电。风能发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风能发电正在世界上形成一股热潮，因为风能发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风能发电所需要的装置，称作风能发电机组。尽管风能发电机组多种多样，但归纳起来可分为两类：一、水平轴风能发电机组，其风轮的旋转轴与风向平行；二、垂直轴风能发电机组，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。垂直轴风能发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风能发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

现有的垂直式风能发电机组由风轮叶片、发电机、上下支撑座和支架组成，该风轮叶片的风能驱动受力低、风阻大且驱动力小，导致了发电机组的发电效能低，在低风速下无法起动或起动困难。并且，风轮叶片不能完全悬浮，在旋转的过程中会与旋转轴存在摩擦，影响了风轮叶片的使用寿命，使发电机组的故障率频发。而且，现有的垂直式风能发电机组没有工作状态显示装置，造成用户无法第一时间得知发电机组的工作状态及故障状态，从而无法第一时间对发电机组进行维护。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适宜低风速下起动运行、驱动力大、发电效能高、故障率低、寿命长的垂直式风能发电机组。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供的垂直式风能发电机组，包括主轴和固定柱，其中，主轴可旋转地位于固定柱的上方，垂直式风能发电机组还包括风叶、发电机装置和两个磁悬浮装置，风叶套在主轴上，发电机装置位于风叶下方并套在主轴上，两个磁悬浮装置相向设置并且分别套在主轴的两端，风叶的轴线与主轴的轴线重合，风叶上设置有叶片，发电机装置设有定子和转子，转子套在主轴上，定子套在转子的外周面，每一磁悬浮装置设有径向磁悬浮机构和轴向磁悬浮机构，径向磁悬浮机构包括磁块和第一线圈组，磁块为软磁体且套在主轴上，第一线圈组位于磁块的外周面，第一线圈组沿主轴的径向布置，轴向磁悬浮机构包括磁板和第二线圈组，磁板为软磁体且套在主轴上，磁板位于径向磁悬浮机构在朝向主轴端面方向的侧面，第二线圈组位于磁板在朝向主轴端面方向的侧面，第二线圈组沿主轴的轴向布置。

由以上方案可见，垂直式风能发电机组以垂直主轴为中心，风能带动风叶旋转，伴随着带动主轴旋转从而驱动发电机装置的转子旋转，因此发电机装置进行发电。垂直式风能发电机组的径向磁悬浮机构的磁块为软磁体，从而磁块和第一线圈组的磁极相同，在主轴上产生排斥力，通过径向排斥力，实现了主轴的径向稳态磁悬浮。另外，轴向磁悬浮机构的磁板为软磁体，从而磁板和第二线圈组的磁极相同，在发电机装置的转子上产生轴向排斥力，用于抵消发电机装置和风叶构成的旋转部分的重力，实现了转子和风叶的轴向稳态磁悬浮。并且，本发明垂直式风能发电机组在主轴的两端设有位置相向的两个磁悬浮装置，使转子和风叶在旋转的过程中趋于平衡稳定的磁悬浮状态，相互之间没有摩擦，没有阻力，而且运转平稳，无抖动，无噪音，垂直式风能发电机组适宜低风速下起动运行，风叶的驱动力大，发电机组的发电效能高，并且垂直式风能发电机组的故障率低，寿命长。

更进一步的方案是，转子在沿主轴的径向设置有永磁体，定子在沿主轴的径向设置有线圈，线圈与永磁体位于主轴径向的相同水平面上。

由以上方案可见，转子在沿主轴的径向设置有永磁体，定子在沿主轴的径向设置有线圈，线圈与永磁体位于主轴径向的相同水平面上。结构简单，驱动转子旋转发电的驱动力下，从而垂直式风能发电机组在低风速下可起动运行。

更进一步的方案是，转子在沿主轴的径向设置有线圈，定子在沿主轴的径向设置有永磁体，线圈与永磁体位于主轴径向的相同水平面上。