[发明专利]自动调速内通风垂直轴永磁风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动调速内通风垂直轴永磁风力发电机，属于新能源技术 领域，特别涉及一种风力发电设备中的发电机。

背景技术

在现有技术中，垂直轴型永磁风力发电机，转子主轴一般都用圆钢实体制 成，通过端盖中的轴承支承，与定子壳体封闭式装配，由发电机壳体散热，存 在着因发电机内部温升过热，制约发电能力和造成永磁体逐渐退磁老化的缺陷。

其二，在实际生活中，自然界的风速始终处于不断变化之中，由于风能与 风速的立方成正比，当风速从13米/秒增加到25米/秒时，风能则增加了超过 7倍之多，如果发电机设计的额定风速较高，则在低风速时效率就降低或发不 出电，如果发电机设计的额定风速较低，则体积大，成本高，高风速时效率却 降低。针对上述问题，目前，许多发明家几乎都在风轮和风叶上出主意，例如 使用变速箱、减速器、液压或杠杆装置来恒定风轮转速，同时也增加了风力发 电机的成本和复杂度，产生了新的缺陷和不足。如何克服上述不足，又能降低 成本，提高风能利用率和使用寿命，是本发明追求的唯一目标。

发明内容

针对上述问题和缺陷，本发明从改变风力发电机的主机结构入手，增设内 通风冷却装置，以及采用霍尔元件、温度传感器、单片机微型计算机技术，自 动监控转速和调节，稳定输出功率等手段，结合现有的永磁叠加技术和风轮技 术来克服。

技术方案：

一种自动调速内通风垂直轴永磁风力发电机，包括：主要采用永磁3，嵌 装固定在动盘2内，静盘10套装在主轴5上，由端盖1和下端盖13中的轴承 4支承，端盖上设有凹槽或凸槽，凹槽与动盘2的凸槽卡接，螺栓12将端盖固 定在动盘2上，静盘10内嵌装线圈11，线圈接线端与导线9连接，穿过管路 接至控制盒17组成；特征是：发电机内设有内通风冷却装置和自动调速系统； 所说内通风冷却装置由：设在下端盖13上的进风孔6、主轴上的出风孔8、主 轴中的风道7构成；空气由进风孔6进入发电机内部动盘与静盘之间隙，经出 风孔8、风道7，从内部带走热量，以克服发电机运行时所产生的温升过热，制 约发电能力和造成的退磁老化问题，提高了发电机的发电效率和使用寿命。

上述所说自动调速系统，由：嵌装在静盘10上的霍尔元件14、温度传感 器15、线圈11、以及控制盒17中的单片机系统、为主要元件组成，线圈11 是，可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组或者可双速或三速 连接的绕组；当动盘2旋转，霍尔元件14从永磁体3中感应霍尔信号，通过信 号线16传递给控制盒17的单片机系统，经过运算处理、功率放大以后，发出 指令，由接触器执行自动切换上述线圈绕组的接线方式，使之与外界风速相匹 配，从而调节、控制和稳定发电机的输出功率。

实践中，交流发电机的转速与磁极数成反比，当磁极数确定以后，发电机 的转速与输出电压、频率成正比；因此，可以使用改变磁场极数的接线法或改 变输出电压的接线法，来实现发电机与风轮的转速相匹配，所以，单相发电机 线圈9可用绕组串、并联的接线方法；三相发电机则用星形/三角形转换的接线 方法解决，提高发电效益。

例如，当发电机在20极，300转/分时，线圈11的绕组是串联连接，正常 发电，由于外界风速增强，转速超过600转/分以上时，自动跟踪调速装置就发 出指令，控制盒17自动控制执行切换，通过接触器将线圈11中的绕组连接方 式切换成并联的接线方法进行匹配，使发电机在自然风速环境中的适用宽度提 高一倍以上。

当发电机在运行状态时，霍尔元件12检测到的信号，经控制盒17内的单 片机系统，运算处理以后，确定是低风速区范围时，接触器自动调节成星形接 法，使3路线圈绕组在低风速范围内运行发电；当霍尔检测信号为高风速区范 围时，接触器自动切换成三角形接法，使3路线圈绕组在较高风速范围内运行 发电；当霍尔检测信号为无风，风轮不能启动时，接触器自动接通助动风机， 瞬间推动风轮旋转，助动风轮启动；当霍尔检测信号为超高速危险信号时，自 动关断发电机电路，切换成蓄电池供电或与之连接的逆变器供电，确保运行安 全。

上述所说主轴5，由大口径钢管制成，长度可根据配置的风轮高度套接加 长，直径至少是主机外壳直径的四分之一，选择比例在1∶0.25～0.6的范围， 有利于扩展通风量和缩短转子与定子之间的直径距离，提高动态平衡、减轻重 量、降低成本、快速散热，改善通风和发电能力。