一种可变径向气隙的永磁发电机及风力发电装置

摘要

本发明涉及一种可变径向气隙的永磁发电机，其包括外壳、转轴、定子绕组、固定支撑轴、气隙调节驱动机构、滑块和拉杆，转子永磁体固定在转轴上，在电机的非伸出端，固定支撑轴与外壳端部固定在一起，所述固定支撑轴的中心线与转轴中心线重合，气隙调节驱动机构活动连接在固定支撑轴上，并沿固定支撑轴轴向移动，靠电机端的气隙调节驱动机构与两根或两根以上的拉杆的一端相连，拉杆的另一端与固定在非伸出端的定子绕组端部的滑块相连，两根或两根以上的拉杆组成伞状结构随气隙调节驱动机构运动。本发明通过拉杆的伞状收缩而实现定子绕组与转子永磁体之间的径向气隙的变化，从而通过径向气隙的变化而改变永磁发电机的转速从而改变发电机的输出电流。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种可变径向气隙的永磁发电机及风力发电装置。

背景技术

目前传统的可调气隙的电机主要包括盘式永磁电机和鼠笼式电机，气隙可调的盘式永磁电机调整的是轴向气隙，这种调整轴向气隙的盘式永磁电机制造难度大，成本高，不适合用于风力发电领域，还有可变气隙的鼠笼式电机的气隙调整机构采用弹簧加力，而弹簧可靠性差，使用时间长后可变气隙的鼠笼式电机气隙调整机构的弹簧容易变形，影响气隙调整的精度，从而影响电机的性能。

风力发电装置主要分为带齿轮箱双馈式永磁发电机和无齿轮箱直驱式永磁发电机两大类。带齿轮箱双馈式永磁发电机设计简单，重量轻，体积小，机组成本较低，采用了增速齿轮箱使风轮的转速和带齿轮箱双馈式永磁发电机的转速相匹配，但是齿轮箱故障率高，噪音大，需要定期维护，增加了运行维护成本和机械损耗；无齿轮箱直驱式永磁发电机为了匹配低速运行风轮，电机极数设计非常大，通常在100极左右，发电机的结构会变得十分复杂，体积庞大，价格高昂，而且还需要采用变流器，变流器成本高，控制复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺陷，提供一种结构简单、成本较低、可靠性高、容易维护的一种可变气隙的永磁发电机及风力发电装置。

本发明的技术方案是：一种可变径向气隙的永磁发电机，其包括外壳、转轴、转子永磁体、定子绕组，还包括固定支撑轴、气隙调节驱动机构、滑块和拉杆，转子永磁体固定在转轴上，在电机的非伸出端，所述固定支撑轴与外壳端部固定在一起，所述固定支撑轴的中心线与转轴中心线重合，所述气隙调节驱动机构活动连接在固定支撑轴上，并沿固定支撑轴轴向移动，靠电机端的气隙调节驱动机构与两根或两根以上的拉杆的一端相连，拉杆的另一端与固定在非伸出端的定子绕组端部的滑块相连，两根或两根以上的拉杆组成伞状结构随气隙调节驱动机构运动。

所述气隙调节驱动机构包括驱动电机和蜗轮蜗杆传动机构，驱动电机与蜗轮连接，蜗轮与蜗杆啮合连接，所述蜗杆与固定支撑轴固定在一起，所述蜗杆的中心线与固定支撑轴的中心线重合，驱动电机驱动涡轮转动，带动气隙调节驱动机构沿蜗杆轴向移动。

一种风力发电装置，其包括风轮、转矩转速传感器、永磁发电机、电网，所述永磁发电机为可变径向气隙的永磁发电机，还包括制动器、控制器，可变径向气隙的永磁发电机的转轴与制动器连接，可变径向气隙的永磁发电机发出的电流直接传给电网，所述制动器的另一端与转矩转速传感器相连，所述控制器与可变径向气隙的永磁发电机的气隙调节驱动机构通过信号线连接，控制器对可变径向气隙的永磁发电机的气隙调节驱动机构发送和接受控制指令，所述控制器与制动器通过信号线连接，控制器对制动器发送指令对转轴进行制动控制，所述控制器还与转矩转速传感器通过信号线连接，所述控制器接受转矩转速传感器的指令。

本发明的有益技术效果是，由于非伸出端的定子绕组端部可随着气隙调节驱动机构的直线运动而通过拉杆的伞状收缩而实现定子绕组与转子永磁体之间的径向气隙的变化，从而通过径向气隙的变化而改变永磁发电机的转速从而改变发电机的输出电流，不但减少了齿轮箱而且不需要变频器即可实现并网，整个发电机和风力发电装置结构简单、成本较低、可靠性高、容易维护。

附图说明

图1为本发明一种可变径向气隙的永磁发电机实施例结构示意图；

图2为本发明实施例气隙调节驱动机构结构示意图；

图3为本发明一种风力发电装置实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

参照附图1和附图2，一种可变径向气隙的永磁发电机，其包括外壳2、转轴1、转子永磁体8、定子绕组3，还包括固定支撑轴7、气隙调节驱动机构6、滑块4和拉杆5，转子永磁体8固定在转轴1上，在电机的非伸出端，所述固定支撑轴7与外壳2端部固定在一起，所述固定支撑轴7的中心线与转轴1中心线重合，所述气隙调节驱动机构6活动连接在固定支撑轴7上，并沿固定支撑轴7轴向移动，靠电机端的气隙调节驱动机构6与两根或两根以上的拉杆5的一端相连，拉杆5的另一端与固定在非伸出端的定子绕组3端部的滑块4相连，两根或两根以上的拉杆5组成伞状结构随气隙调节驱动机构6运动。

其中，所述气隙调节驱动机构6包括驱动电机6-2和蜗轮蜗杆传动机构，驱动电机6-2与蜗轮6-1连接，蜗轮6-1与蜗杆6-3啮合连接，所述蜗杆6-3与固定支撑轴7固定在一起，所述蜗杆6-3的中心线与固定支撑轴7的中心线重合，驱动电机6-2驱动涡轮6-1转动，带动气隙调节驱动机构沿蜗杆轴向移动。

工作时，首先启动气隙调节驱动机构6壳体6-4内的驱动电机6-2，所述的驱动电机6-2驱动涡轮6-1转动，由于蜗轮6-1与蜗杆6-3啮合连接，蜗杆6-3与固定支撑轴7固定在一起且中心线重合，可见驱动电机6-2将带动气隙调节驱动机构6相对固定支撑轴7做直线运动，同时气隙调节驱动机构6与两根或两根以上的拉杆5的一端相连，拉杆5的另一端与固定在非伸出端的定子绕组3端部的滑块4相连，两根或两根以上的拉杆5组成伞状结构随气隙调节驱动机构6运动，所以非伸出端的定子绕组3端部可随着气隙调节驱动机构6的直线运动而通过拉杆5的伞状收缩而实现定子绕组3与转子永磁体8之间的径向气隙的变化。

参照附图3，本发明还涉及一种风力发电装置，其包括风轮9、转矩转速传感器10、永磁发电机12、电网3，所述永磁发电机为可变径向气隙的永磁发电机12，还包括制动器11、控制器14，可变径向气隙的永磁发电机12的转轴与制动器11连接，可变径向气隙的永磁发电机12发出的电流直接传给电网13，所述制动器11的另一端与转矩转速传感器10相连，所述控制器14与可变径向气隙的永磁发电机12的气隙调节驱动机构通过信号线连接，控制器14对可变径向气隙的永磁发电机12的气隙调节驱动机构发送和接受控制指令，所述控制器14与制动器11通过信号线连接，控制器14对制动器11发送指令对转轴进行制动控制，所述控制器14还与转矩转速传感器10通过信号线连接，所述控制器14接受转矩转速传感器10的指令。

工作时，转矩转速传感器10把风轮9的转速和转矩信号发送控制器14，控制器14对可变径向气隙的永磁发电机12的气隙调节驱动机构发送和接受控制指令，气隙调节驱动机构12根据控制器14发送的控制指令，对可变径向气隙的永磁发电机12的定子绕组3与转子永磁体8之间的径向气隙进行相应调整，使得可变径向气隙的永磁发电机12发出的电流能直接传给电网13，完成发电过程。制动时，制动器11接受控制器的指令,所述控制器14与制动器11通过信号线连接，控制器14对制动器11发送指令对转轴进行制动控制，完成制动过程。

本发明申请请求保护的范围并不只限于所述实施方式。凡与本发明等效的技术方案均属于本发明的保护范围。