多功能温控加热系统

摘要

本发明涉及风力发电机温度控制技术领域，为了解决现有技术中，由于自然风力不可控，导致发电子的转子轴转速不能降低，从而导致永磁体高温现象无法消除的问题；提供了一种多功能温控加热系统，包括外壳和用于驱动叶片转动的发电机，发电机包括转子和多个永磁体；转子磁轭内壁设置有滑动槽，滑动槽的开口朝向转子磁轭内部设置；永磁体与滑动槽滑动连接，滑动槽底部的侧壁设置有驱动结构，驱动结构包括连接槽，连接槽的远离滑动槽的一端设置有限制件和驱动件，驱动件在转子磁轭温度升高后驱动限制件进入到滑动槽中并推动永磁体朝向转子磁轭内部滑动，限制件在转子磁轭温度降低后回到连接槽中。本发明能够可以降低永磁体出现退磁现象的概率。

权利要求

1.多功能温控加热系统，包括外壳和用于驱动叶片转动的发电机，所述发电机位于所述外壳内，所述发电机包括定子和转子，所述转子沿转子磁轭圆周方向设置有多个永磁体；

所述外壳上开设有通风口；

其特征在于：所述转子磁轭内壁设置有滑动槽，所述滑动槽的开口朝向所述转子磁轭内部设置；所述永磁体与所述滑动槽滑动连接，所述滑动槽底部的侧壁设置有驱动结构，所述驱动结构包括连接槽，所述连接槽的远离所述滑动槽的一端设置有限制件和受热膨胀的驱动件，所述驱动件的一端与所述连接槽的底部连接，所述驱动件的另一端与所述限制件相抵，所述限制件与所述连接槽滑动连接，所述限制件在所述转子磁轭温度升高后滑入所述滑动槽中，驱动件推动永磁体朝向远离定子的方向移动，减小永磁体受热，减少永磁体退磁，所述永磁体远离限制件的一端在限制件滑入滑动槽中后朝向滑动槽外部滑动，所述限制件在所述转子磁轭温度降低后回到所述连接槽中，所述永磁体在限制件回到连接槽中后滑动回滑动槽；所述外壳上还设置有在所述外壳内温度降低时工作的加热模块，所述加热模块位于所述外壳内部；所述滑动槽的底部设置有缓冲垫；

所述外壳上还设置温控子系统，所述温控子系统包括有比较模块，所述比较模块用于获取基准电压和所述外壳与所述转子之间的温差电压并对所述基准电压和所述温差电压进行比较，在所述温差电压大于所述基准电压时，所述加热模块工作。

2.根据权利要求1所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述驱动结构为非金属材质结构。

3.根据权利要求1所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述驱动件为受热后膨胀的相变材料的零部件。

4.根据权利要求1所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述转子与所述外壳上分别设置有接触点，两个所述接触点之间通过设置温差电路得到所述温差电压。

5.根据权利要求1所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述温控子系统还包括有降压电路，用于对发电机的部分输出电压进行降压得到基准电压。

6.根据权利要求1所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述加热模块为电阻丝。

7.根据权利要求2所述的多功能温控加热系统，其特征在于：所述驱动结构包括用于放置所述驱动件的伸缩定形件，所述定形件与所述驱动件形状相适配。

说明书

多功能温控加热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电机温度控制技术领域，具体为一种多功能温控加热系统。

背景技术

[0002] 风力发电是较容易获得的清洁能源之一，它可以将风能转化为电能。工作时，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，风轮轴转动后，通过齿轮传动
结构带动发电机旋转发电。为了减少周围环境对风力的影响，风力发电机通常都是设置在
开阔的野外，周围环境中建筑物少，而且发电机还是处于高空，风也就不会因为受到建筑物
的影响而出现减弱的现象。这样一来，在天气寒冷的时候，机舱的温度会开始下降，位于机
舱内部的发电机温度也就会下降，而一旦发电机温度降低后，发电机内部就可能容易出现
结霜、结露现象，从而影响发电机的电气绝缘性能，因此为了减小发电机的电气绝缘性能下
降的可能，就需要在天气寒冷的时候对发电机进行加热。

[0003] 再有，在发电机发电过程中，风轮轴的转动通过齿轮传动结构带动发电机的转子轴转动，转子轴上的永磁体随之转动，此时定子上的线圈在永磁体转动时产生电流，转子处
在定子线圈产生的电流磁场中，在转动过程中存在热损耗，使得永磁体发热。为了散热，在
现有的风力发电机中，通过向发电机吹入空气从而将发电机内的热量带走，永磁体的温度
得以降低，也就减少了永磁体因为高温退磁导致的损耗。

[0004] 因此，为了保证永磁体的正常使用，就还需要实现发电机的有效散热。为了改善现有发电机的散热效果，专利权人为西门子公司、公开号为CN102447327A的中国专利公开了
一种发电机，通过在转子轭上的外侧设置散热片，利用散热片将永磁体的热量导出，从而改
善永磁体的冷却效果。针对上述专利，本申请的发明人认为，由于风力发电机是将风能转化
为电能，所以在风速快的时候，在风力作用下风轮的转速也就会变大，发电机的转子轴转速
变快，永磁体转速变快，线圈上产生的电流也就变大，电流增大后，电流周围的磁场强度增
大，于是处在磁场中的转子上的热损耗也就会增大，导致永磁体的温度升高，增大了永磁体
因为高温而出现退磁的概率。然而，由于风这种自然现象并不是人为可控的，并且大多数的
风力发电机都是设置在空旷地区，周围也没有遮挡物可以减小风力，所以这种由于风力大
导致的发电机转子轴转速快的现象也就无法消除，因此要减少因为风速大而导致永磁体出
现高温的可能就需要寻求一种新的解决办法。

发明内容

[0005] 本发明意在提供一种多功能温控加热系统，以解决现有技术中，由于自然风力不可控，因此由风力驱动的风轮轴转速无法降低，发电子的转子轴转速不能降低，从而导致永
磁体高温现象无法消除的问题。

[0006] 本发明提供基础方案是：多功能温控加热系统，包括外壳和用于驱动叶片转动的发电机，发电机位于外壳内，发电机包括定子和转子，转子沿转子磁轭圆周方向设置有多个
永磁体；外壳上开设有通风口；

[0007] 其中：转子磁轭内壁设置有滑动槽，滑动槽的开口朝向转子磁轭内部设置；永磁体与滑动槽滑动连接，滑动槽底部的侧壁设置有驱动结构，驱动结构包括连接槽，连接槽的远
离滑动槽的一端设置有限制件和受热膨胀的驱动件，驱动件的一端与连接槽的底部连接，
驱动件的另一端与限制件相抵，限制件与连接槽滑动连接，限制件在转子轭温度升高后滑
入滑动槽中，限制件在转子磁轭温度降低后回到连接槽中；外壳上还设置有在机舱内温度
降低时工作的加热模块，加热模块位于机舱内部。

[0008] 基础方案的工作原理及有益效果是：与现有的风力发电机相比，1.本方案中，在风力大的时候，风推动风轮高速转动，于是高速转动的风轮通过齿轮传动结构带动发电机的
转子轴高速转动，转子轴上的永磁体就会高速转动，定子上线圈中产生的电流会变大，定子
线圈产生的电流磁场增大，于是处在该电流磁场中的转子在转动过程中的热损耗增大，永
磁体就会发热从而出现高温现象，而在永磁体温度升高时，驱动件推动永磁体朝向远离定
子的方向移动，永磁体在转动过程中磁通量的变量减小，产生的电流也就减小，从而减小了
永磁体的受热现象，永磁体温度得以降低，也就减少了永磁体出现退磁现象的概率，延长了
永磁体的使用寿命；而在永磁体温度下降后，此时为了保证发电机的正常工作就需要永磁
体回到初始位置处，此时驱动件由于不再受热，也就不再限制永磁体，永磁体在转子转动的
离心作用下就会回到初始状态，保证发电机的正常工作；

[0009] 2.本方案中还设置有加热模块，利用加热模块对机舱进行加热，从而消除出现的结霜或结露现象，避免发电机的电气绝缘性能下降。

[0010] 优选方案一：作为基础方案的优选，限制件朝向永磁体的一端为楔形端，楔形端的斜边朝向远离永磁体的方向向下倾斜。有益效果：本方案中通过对限制件设置楔形端，利用
楔形端的斜边方便推动永磁体的移动。

[0011] 优选方案二：作为基础方案的优选，驱动结构为非金属材质结构。有益效果：考虑到永磁体会吸引金属移动，因此本方案中选择非金属材质结构作为驱动结构，避免永磁体
对驱动结构的干扰，保证了驱动结构的正常工作。

[0012] 优选方案三：作为基础方案的优选，驱动件为受热后膨胀的相变材料的零部件。有益效果：本方案中，采用受热后膨胀的相变材料制得驱动件，这样一来，在高温情况下，驱动
件体积变大，在连接槽的限制下推动限制件向外滑动从而进入到滑动槽中并推动永磁体滑
动，而在温度降低后，驱动件体积缩小，此时限制件不再受到驱动件的推动从而在永磁体的
作用下被推动到连接槽中，实现了温度高时驱动永磁体移动、低温时驱动件回到连接槽内
的目的，结构简单。

[0013] 优选方案四：作为基础方案的优选，外壳上还设置温控子系统，温控子系统包括有比较模块，比较模块用于获取基准电压和外壳与转子之间的温差电压并对基准电压和温差
电压进行比较，在温差电压大于基准电压时，加热模块工作。有益效果：本方案中，利用外壳
与转子之间的温差电压与基准电压进行比较，在温差电压大于基准电压时，表明外壳与转
子之间的温差过大，可能是外壳温度低、转子温度高，也可能是外壳温度高、转子温度低，而
无论出现上述哪种情况，都存在有热空气受冷的情况，而一旦热空气受冷就会出现液化，从
而出现结露或结霜的现象，会影响发电机的电气绝缘性，因此此时机舱内部的加热模块工
作，对机舱内部进行加热，从而消除机舱内部出现的结露或结霜现象，从而避免发电机的电
气绝缘性能下降。

[0014] 优选方案五：作为优选方案四的优选，转子与外壳上分别设置有接触点，两个接触点之间通过设置温差电路得到温差电压。有益效果：本方案中利用设置的温差电力获得温
差电压，结构简单。

[0015] 优选方案六：作为优选方案四的优选，温控子系统还包括有降压电路，用于对发电机的部分输出电压进行降压得到基准电压。有益效果：本方案中，通过设置降压电路从发电
机产生的电压中引出基准电压，从而无需设置额外的电压发生装置，节约了生产成本。

[0016] 优选方案七：作为优选方案四的优选，加热模块为电阻丝。有益效果：电阻丝在工作时发热，从而加热机舱内部的工作，从而消除机舱内部的结霜或结露现象，而电阻丝作为
常用的电器元件，易于获取。

[0017] 优选方案八：作为优选方案六的优选，滑动槽的底部设置有缓冲垫。有益效果：本方案中，通过在滑动槽底部设置缓冲垫从而减小了永磁体在滑动到滑动槽底部时受到的冲
击，从而减小了永磁体受到的损伤，延长了永磁体的使用寿命。

[0018] 优选方案九：作为优选方案三的优选，驱动结构包括用于放置驱动件的伸缩定形件，定形件与驱动件形状相适配。有益效果：本方案中通过设置的伸缩定形件对驱动件进行
放置，在驱动件发生形态变化时，使得驱动件尽可能的聚集在一起凝固，从而保证限制件可
以顺利的回到滑动槽内。

附图说明

[0019] 图1为本发明多功能温控加热系统实施例一中驱动结构处的示意图；

[0020] 图2为图1中驱动件体积增大后的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：

[0022] 说明书附图中的附图标记包括：转子磁轭1、永磁体2、滑动槽20、缓冲垫21、限制件3、驱动件4、连接槽40。

[0023] 实施例一

[0024] 基本如下所示：多功能温控加热系统，包括外壳和用于驱动叶片转动的发电机，发电机位于外壳内，发电机包括定子和转子，转子沿转子磁轭1圆周方向设置有多个永磁体2；
外壳上开设有通风口。

[0025] 如图1所示，转子磁轭1内壁设置有滑动槽20，滑动槽20的开口朝向转子磁轭1内部(图1中以转子磁轭1的下方为转子磁轭1的内部)设置，滑动槽20的底部设置有缓冲垫21。

[0026] 永磁体2与滑动槽20滑动连接，优选的，为了保证永磁体2在滑动槽20中能够顺利滑动，滑动槽20内添加有润滑油。

[0027] 滑动槽20底部的侧壁设置有非金属材质的驱动结构，驱动结构包括横向设置的连接槽40，本实施例中连接槽40为圆形槽，在其他实施例中连接槽40还可以为方形槽、多边形
槽等。

[0028] 连接槽40的左端开设有开口，开口连通滑动槽20，连接槽40的右端设置有限制件3和驱动件4，本实施例中限制件为与连接槽40形状匹配的圆形橡胶杆，在其他实施例中限制
件则为方形橡胶杆、多边形橡胶杆等。

[0029] 驱动件4的右端与连接槽40的底部连接，本实施例中，驱动件4的右端与连接槽40的底部采用粘结的方式进行连接，在其他实施例中，驱动件4可采用右端嵌入连接槽40底部
的方式与连接槽40连接。

[0030] 驱动件4的左端与限制件3相抵，限制件3与连接槽40滑动连接，为了保证限制件3在连接槽40中可以顺利滑动，连接槽40内添加有润滑油。

[0031] 限制件3在转子轭温度升高后滑入滑动槽20中，限制件3在转子磁轭1温度降低后回到连接槽40中，限制件3的左端为楔形端，楔形端的斜面从左向右向下倾斜；驱动件4为受
热后膨胀的相变材料的零部件，本实施例中，驱动件4包括受热后膨胀的相变材料和回复
件，其中相变材料可采用汽化后体积约膨胀1244.44倍的水，回复件为乳胶气囊，在设置驱
动件时，可根据受热后驱动件4需要膨胀的体积选择设置的乳胶气囊的个数，如设定乳胶气
囊膨胀后体积增大为X，为了保证限制件3能够顺利推动限制件3滑入滑动槽20中需要驱动
件体积增大Y，因此设置的乳胶气囊的个数N即为(Y/X)个，设置时将N个装有水的乳胶气囊
首尾依次连接后形成驱动件4。

[0032] 驱动件4在转子磁轭1温度升高后，体积膨胀，从而驱动限制件3进入到滑动槽20中，进入到滑动槽20中的限制件3又会推动永磁体2朝向转子磁轭1内部滑动；在限制件3在
转子磁轭1温度降低后，驱动件4体积就会减小，拉动限制件3回到连接槽40中。

[0033] 外壳上还设置有温控子系统，温控子系统包括比较模块、降压电路和加热模块，加热模块位于机舱内部，本实施例中加热模块为电阻丝，在其他实施例中，加热模块还可以为
PTC发热片、红外线石英发热管等；比较模块用于获取基准电压和外壳与转子之间的温差电
压并对基准电压和温差电压进行比较，在温差电压大于基准电压时，加热模块工作。

[0034] 具体的，转子与外壳上分别设置有接触点，两个接触点之间通过设置温差电路得到温差电压，降压电路对发电机的部分输出电压进行降压得到基准电压，降压电路采用DC‑
DC转换电路；本实施例中加热模块以电阻丝为例，在温差电压大于基准电压时，比较模块此
时输出高电平，电阻丝工作，对机舱内空气进行加热。

[0035] 上述过程中，温差电路和降压电路属于常用电路，本实施例中，通过塞贝克效应，转子与外壳上的两个接触点和温差电路形成闭合电路，在转子和外壳的两个接触点出现不
同温度时，闭合电路中产生电动势，从而出现温差电压，比较模块获取到该温差电压后，与
经过降压后的基准电压进行比较，在温差电压小于基准电压时，比较模块输出低电平，此时
加热模块不工作，在温差电压大于基准电压时，比较模块输出高电平，此时加热模块工作；
上述过程中的温度电路、降压电路以及比较模块和电阻丝属于现有技术，本实施例中不再
进行详细赘述。

[0036] 具体实施过程如下：在发电机工作过程中，转子磁轭1绕定子转动，定子线圈中产生电流，而在转子磁轭1运动的过程中，永磁体2在磁场作用下产生的感应电动势和感应电
流受热。

[0037] 当风速变大后，风轮转速变大，高速转动的风轮又通过齿轮传动结构带动发电机的转子轴高速转动，转子轴上的永磁体就会高速转动，定子上线圈中产生的电流会变大，定
子线圈产生的电流磁场增大，于是处在该电流磁场中的转子在转动过程中的热损耗增大，
永磁体就会发热从而出现高温现象，而当永磁体2温度过高后就会出现退磁现象，从而影响
发电机的正常使用。

[0038] 因此本方案中，在永磁体2温度升高后，转子磁轭1的温度也会升高，此时驱动机构的驱动件4吸热膨胀，体积增大，从而推动限制件3向左滑动。

[0039] 限制件3左端的楔形端进入到滑动槽20中后向下推动永磁体2，如图2所示，此时永磁体2与线圈的距离增加，而由于永磁体2两端的磁通量是最大的，因此在永磁体2向下滑动
后，与永磁体2未滑动前相比，永磁体2在转动过程中磁通量的变量减小，产生的电流变小，
出现的热损耗也就变小，此时永磁体2受热也就变小，从而达到降温的目的。

[0040] 而在永磁体2温度降低后，转子磁轭1的温度也会降低，驱动件4此时体积减小，而在这个过程中，由于转子磁轭1始终在转动，永磁体2在离心力下始终保持向外滑动的趋势，
因此在驱动件4体积减小后，此时限制件3在永磁体2的推动下向连接槽40的右端滑动，回到
初始位置，发电机此时恢复正常工作。

[0041] 实施例二

[0042] 与实施例一不同之处在于，驱动结构包括用于放置驱动件4的伸缩定形件，伸缩定形件与驱动件4形状相适配，本实施例中伸缩定形件为橡胶气囊。本实施例中通过设置伸缩
定形件，使得限制件3在液化后会尽可能的聚集，从而缩短驱动件4的长度，保证限制件3可
以回到初始位置。

[0043] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的
普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手
段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施
本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请
的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作
出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效
果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具
体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。