本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具體涉及一種聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的核心關(guān)鍵技術(shù)。無葉片式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它利用圓柱形的桅桿在風(fēng)場下渦激振動，將振動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，實現(xiàn)了對風(fēng)能的有效利用。與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，由于其形狀簡單和重量較輕，材料和運(yùn)輸成本顯著降低。因為設(shè)計不涉及運(yùn)動部件之間的摩擦，所以它的維護(hù)成本也更低。此外，由于沒有葉片，它不會發(fā)出可聽見的噪音，也不會對附近的高空生物造成威脅。因此，無葉片式風(fēng)力發(fā)電機(jī)有望成為第三代風(fēng)力發(fā)電機(jī)，對現(xiàn)有風(fēng)電市場進(jìn)行補(bǔ)充。目前，在有限氣隙長度和固定安裝空間的約束下，無葉片式風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁場分布與能量捕獲效率的優(yōu)化提升問題有待解決，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率低、輸出功率小、功率密度差、發(fā)電效果弱、振動噪聲大，難以滿足用電端對發(fā)電量和持續(xù)性的需求。如圖2和圖3所示，原轉(zhuǎn)子采用徑向充磁的單一永磁體排布結(jié)構(gòu)，磁鐵底部和頂部的磁場強(qiáng)度一致，非氣隙側(cè)漏磁大。原定子繞組為單層結(jié)構(gòu)，難以最大限度地耦合氣隙磁場。因此，現(xiàn)方案存在非氣隙側(cè)漏磁大、氣隙磁密波形諧波含量高、正弦度差、定子繞組能量收集率低等技術(shù)問題，阻礙了無葉片式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實際應(yīng)用和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項技術(shù)問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括基座，所述基座與地面連接，固定不動；與基座連接的桅桿，桅桿采用中空的結(jié)構(gòu)；以及與基座連接設(shè)于桅桿內(nèi)部用于固定定子繞組的定子支架；

4、所述桅桿的內(nèi)壁上由上至下依次連接環(huán)形的第一永磁體和環(huán)形的第二永磁體，第一永磁體和第二永磁體為發(fā)電機(jī)的動子，用于產(chǎn)生氣隙磁場；

5、所述定子支架上由上至下依次連接有上層定子繞組和下層定子繞組，兩層定子繞組位于所述第一永磁體和所述第二永磁體之間；每層定子繞組均由內(nèi)、外兩個線圈組成，各線圈繞向相同，固定在所述定子支架上。

6、進(jìn)一步的，兩層定子繞組的內(nèi)線圈和外線圈的交界線位置均與所述第一永磁體和所述第二永磁體的環(huán)寬的中間位置處的圓對應(yīng)。

7、進(jìn)一步的，當(dāng)桅桿在擺動時，第一永磁體和第二永磁體的運(yùn)動軌跡不同，以桅桿在最大振幅下擺動時的工作狀態(tài)為上限，以動子和桅桿不與定子繞組發(fā)生機(jī)械接觸為前提，分別確定兩層定子繞組的最大外徑和最小內(nèi)徑，以最大限度地增大定子繞組與氣隙磁場的耦合面積，增大能量的收集率，提升輸出功率。

8、進(jìn)一步的，所述第一永磁體和所述第二永磁體均采用了海爾貝克陣列結(jié)構(gòu)，使非氣隙側(cè)漏磁減小，氣隙側(cè)磁密增強(qiáng)，同時抑制氣隙磁場中的諧波含量。

9、進(jìn)一步的，所述桅桿的內(nèi)壁上由上至下分別連接有第一連接環(huán)和第二連接環(huán)，所述第一永磁體和所述第二永磁體分別連接在所述第一連接環(huán)和所述第二連接環(huán)上。

10、進(jìn)一步的，所述定子支架上由上至下分別設(shè)有第一連接臺和第二連接臺，所述上層定子繞組的內(nèi)線圈與所述第一連接臺連接，所述下層定子繞組的內(nèi)線圈與所述第二連接臺連接。

11、本發(fā)明有益效果：基于halbach永磁體陣列的自屏蔽效應(yīng)，使得相鄰永磁體的磁場強(qiáng)度相互疊加，有利于增加氣隙側(cè)磁場，增加功率密度，降低能量損耗，從而節(jié)約永磁體材料，減小電機(jī)體積；此外，氣隙磁場正弦度有效提升，氣隙磁密諧波得到進(jìn)一步抑制，不僅可以降低電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動和噪音，還可以提升電能質(zhì)量；利用非對稱式雙層定子繞組結(jié)構(gòu)，在有限氣隙的限制下合理利用氣隙磁場能量，提升了能源捕獲效率，提高了發(fā)電量，進(jìn)一步優(yōu)化實現(xiàn)發(fā)電效果。

12、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括基座，所述基座與地面連接，固定不動；與基座連接的桅桿(1)，桅桿(1)采用中空的結(jié)構(gòu)；以及與基座連接設(shè)于桅桿(1)內(nèi)部用于固定定子繞組的定子支架(2)；其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，兩層定子繞組的內(nèi)線圈(7)和外線圈(8)的交界線位置均與所述第一永磁體(3)和所述第二永磁體(4)的環(huán)寬的中間位置處的圓對應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，當(dāng)桅桿(1)在擺動時，第一永磁體(3)和第二永磁體(4)的運(yùn)動軌跡不同，以桅桿(1)在最大振幅下擺動時的工作狀態(tài)為上限，以動子和桅桿(1)不與定子繞組發(fā)生機(jī)械接觸為前提，分別確定兩層定子繞組的最大外徑和最小內(nèi)徑，以最大限度地增大定子繞組與氣隙磁場的耦合面積，增大能量的收集率，提升輸出功率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一永磁體(3)和所述第二永磁體(4)均采用了海爾貝克陣列結(jié)構(gòu)，使非氣隙側(cè)漏磁減小，氣隙側(cè)磁密增強(qiáng)，同時抑制氣隙磁場中的諧波含量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述桅桿(1)的內(nèi)壁上由上至下分別連接有第一連接環(huán)(9)和第二連接環(huán)(10)，所述第一永磁體(3)和所述第二永磁體(4)分別連接在所述第一連接環(huán)(9)和所述第二連接環(huán)(10)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述定子支架(2)上由上至下分別設(shè)有第一連接臺(11)和第二連接臺(12)，所述上層定子繞組(5)的內(nèi)線圈與所述第一連接臺(11)連接，所述下層定子繞組(6)的內(nèi)線圈與所述第二連接臺(12)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種聚磁型高效無葉片式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，桅桿的內(nèi)壁上由上至下依次連接環(huán)形的第一永磁體和環(huán)形的第二永磁體，第一永磁體和第二永磁體為發(fā)電機(jī)的動子，用于產(chǎn)生氣隙磁場；定子支架上由上至下依次連接有上層定子繞組和下層定子繞組，兩層定子繞組位于第一永磁體和第二永磁體之間；每層定子繞組均由內(nèi)、外兩個線圈組成，各線圈繞向相同，固定在定子支架上。本發(fā)明在增大氣隙磁場的同時降低了非氣隙側(cè)的漏磁，具有聚磁效果，非氣隙側(cè)漏磁得到有效抑制，減小振動與噪聲；非對稱式雙層定子繞組通過最大限度地利用氣隙磁場的能量，實現(xiàn)了發(fā)電效果最優(yōu)；適當(dāng)減小永磁體用量，減小電機(jī)體積，提高了功率密度和輸出效率。

技術(shù)研發(fā)人員：呂剛,劉雅青,于旺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24