[发明专利]自动跟踪调速垂直轴永磁叠加型风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动跟踪调速垂直轴永磁叠加型风力发电机，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，垂直轴型风力发电机普遍存在着低风速时难以启动和高风速中输出不稳定、噪音大等问题，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，风能则增加了超过7倍之多，这就给发电机主机制造商造成了一个很大的难题，如果主机设计的额定转速较高，则发电机在低风速时效率就降低或发不出电，如果主机设计的额定转速较低，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，同时也增加了发电机的成本和风能损失，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，使风力发电这一新能源项目得以全面推广，造福人类，是现阶段摆在面前的新课题。

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，增设通风自冷却，一体化设计，以及采用霍尔元件、单片机微型计算机技术，自动跟踪转速和调节，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，以求实现成本低、重量轻、噪音小、风能利用率高、输出稳定、发电效率高的目的。

本发明的技术方案：

一种自动跟踪调速垂直轴永磁叠加型风力发电机，包括：主要采用永磁体3，分别嵌装在动盘1、2内，静盘8套装在主轴5上，由动盘1中的轴承4支承，静盘8内嵌装线圈9、霍尔元件10、温度传感器11、通过导线7和信号线12穿过管路与控制盒13连接组成；特征是：发电机设有自动跟踪调速系统和壳机一体化设置；自动跟踪调速系统，由：嵌装在静盘8中的霍尔元件10、温度传感器11、线圈9、以及控制盒13中的单片机系统、为主要元件组成，线圈9是可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组，当动盘1、2旋转，霍尔元件10从永磁体3中感应霍尔信号，通过信号线12传递给控制盒13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；所述壳机一体化设置，为：轴承4直接装置在动盘1上，构成机壳、转子、端盖一体化，省去上下端盖和机壳，使发电机部件减少，容易散热，体积缩小，重量更轻，造价更便宜。

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9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，自动跟踪调速系统就发出指令，控制盒13自动控制执行切换，通过接触器将线圈9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10检测到的信号，经控制盒13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，长度可根据配置需求的风轮高度套接加长，直径至少是发电机直径的四分之一，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。

上述所说静盘8为1片或1+1n片，由无磁材料制成，中心开孔，固定在主轴5上；圆面积内设置线圈9，线圈为若干只无铁心绕组，由高强度漆包线绕制成圆形片状，绕组数量：单相发电机至少为20只或20+4n只，三相发电机至少为36只或36+6n只，组成圆圈排列，按度数均匀分布在静盘8内，线圈按预先设定的磁极数连接，由导线7穿过管路引出机外与控制盒13连接；具体可根据发电机的功率大小、转速要求以及静盘的实用圆面积的大小设计而定。