[发明专利]一种磁悬浮垂直轴盘式无铁芯风力发电机

说明书

本发明涉及一种磁悬浮垂直轴盘式无铁芯风力发电机，包括叶片装置、定子装置和转子装置；叶片装置包括叶片轴和固定于叶片轴顶部的叶片，定子装置包括外壳和固定于外壳内侧的呈盘状的不导磁的支架，支架上缠绕有线圈；转子装置包括空心的磁悬浮转轴、固定在磁悬浮转轴上的导磁圆盘、固定在导磁圆盘上的环状磁极；叶片轴下端固定在磁悬浮转轴上端上；磁悬浮转轴下端伸入外壳内，且与外壳转动连接，磁悬浮转轴与外壳在互相靠近的位置分别设有互相配合的磁极对，磁极对对磁悬浮转轴产生向上的悬浮力；转子装置转动时支架上的线圈切割环状磁极的磁感线，产生感应电流。本发明的发电机可微风启动，且低损耗、质量轻、震动小、制造成本低，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，具体涉及一种采用磁悬浮空心转轴和盘状不导磁支架的永磁风力发电机。

背景技术

现有风力发电机的叶轮轴大多为水平布置，一般由轴承支撑，运转时部件有磨损，对轴承要求较高，提高了生产成本；另外由于旋转阻力较大，低风速下发电效率低甚至无法发电；运行维护还可能需要高空作业，危险性大，施工安装难度也较大，不利于家庭使用。近年来垂直轴风力发电机在风光互补路灯、充电桩、家庭用电等方面发展迅速。但是传统的垂直轴盘式电机很难摆脱滚珠轴承和铁芯的使用，这不仅增大了电机损耗，还提高了电机的制造成本。另外一些小型风力发电机采用的扇叶具有制造工艺难度大，转动力矩小的特点，如达里厄式叶片，很难实现微风启动。如中国专利公开号为CN305178815S，名称为“垂直轴磁悬浮风力发电机”设计的风力发电机就是使用了达里厄式叶片。

为了实现风力发电机的微风启动，中国专利公开号为CN204145234U，名称为“一种微风启动高效的无铁芯盘式永磁风力发电机”采用轴向磁通无铁芯结构，该结构无齿槽转矩，启动转矩小，但是该结构还是没摆脱传统滚珠轴承，并且等效气隙长度较大，漏磁较多，谐波含量比较明显。

为了实现低损耗和微风启动，中国专利公开号为CN108843514A，名称为“一种磁悬浮叶轮虹吸风力发电机”采用磁悬浮叶轮和虹吸管，这样的结构对自然风速的方向有较高的要求，而且永磁材料提供的悬浮力过小。

为了减轻电机的重量，中国专利公开号为CN206259836U，名称为”一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机”采用空心转轴和无铁芯盘式定子结构，这样的结构虽然能减轻一部分重量，但是还是没能摆脱对传统轴承的依赖，损耗依然不小。另外不具备散热措施和减震措施，电机的使用寿命将大大降低。因此，提供一种微风启动、低损耗、质量轻、震动小、制造成本低，使用寿命长的永磁发电机，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种微风启动、低损耗、质量轻、震动小、制造成本低，使用寿命长的磁悬浮垂直轴盘式无铁芯风力发电机。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种磁悬浮垂直轴盘式无铁芯风力发电机，包括叶片装置、定子装置和转子装置；所述叶片装置包括叶片轴和固定于叶片轴顶部的叶片，所述定子装置包括外壳和固定于外壳内侧的呈盘状的不导磁的支架，所述支架上缠绕有线圈；所述转子装置包括空心的磁悬浮转轴、固定在磁悬浮转轴上的导磁圆盘、固定在导磁圆盘上的环状磁极；所述叶片轴下端固定在磁悬浮转轴上端上；所述磁悬浮转轴下端伸入外壳内，且与外壳转动连接，所述磁悬浮转轴与外壳在互相靠近的位置分别设有互相配合的磁极对，所述磁极对对磁悬浮转轴产生向上的悬浮力；转子装置转动时支架上的线圈切割环状磁极的磁感线。

对上述技术方案的进一步设计为：所述外壳包括互相固定连接的上外壳和下外壳，外壳内部设有空腔，所述支架、导磁圆盘和环状磁极均设置于空腔内。

所述上外壳上设有通孔，下外壳内侧设有凹槽，所述磁悬浮转轴下端穿过上外壳的通孔伸入空腔内，且端部伸入凹槽内；所述磁极对包括设置于凹槽内的底部磁极对和设置于通孔内的内侧磁极对。