[发明专利]长寿命和高效率的垂直型风力发电机

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域。

背景技术

当前世界性的能源和环境问题愈显突出。风力发电机作为一种清洁能源产生装置，有较大的应用前景，受到了广泛的关注。转子的支撑部件是风力发电机的关键部件之一，对其的基本要求是摩擦阻力小、寿命长。

现有的垂直型风力发电机一般采用叶片部件直接和发电机转轴相连，构成转子，并通过滚动轴承支撑旋转。这种结构使得滚动轴承不仅要承担风力载荷（一般为径向载荷），还必须承担转子的重力载荷（轴向载荷），因此摩擦阻力大，滚动轴承的寿命低，且整机启动风速高，效率低。

为了解决这一问题，已有研究人员提出采用永磁型磁力轴承（又称永磁型磁悬浮轴承）或主动型磁力轴承（又称主动型磁悬浮轴承）支撑转子。永磁型磁力轴承刚度小、稳定性差，且永磁材料价格昂贵、加工性能差、存在退磁等缺点，使其应用受到限制。而主动型磁力轴承需要一整套电控系统，系统复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单且易于实现的长寿命和高效率的垂直型风力发电机。

这种长寿命和高效率的垂直型风力发电机，包括基座、转子和支撑该转子的一个同时承受径向载荷和轴向载荷的滚动轴承和一个承受径向载荷的滚动轴承；其特征在于：该垂直型风力发电机还包括衔铁和电磁铁；其中衔铁与转子固定联接，电磁铁与基座固定联接，电磁铁与衔铁间保持固定距离，电磁铁与衔铁之间的吸力等于或接近于转子1的重力。

这种长寿命和高效率的垂直型风力发电机，其特征还在于：上述电磁铁带有环形结构的凹槽，凹槽内通过环氧树脂固定有漆包线绕组，漆包线绕组通过恒流源被通以固定直流电流，固定直流电流的大小由转子的重力决定。

这种长寿命和高效率的垂直型风力发电机，其特征还在于：上述衔铁为环形结构。

本发明在一般垂直型风力发电机结构基础上，增加固定于基座的恒流源供电的电磁铁，通过电磁铁产生无接触电磁力，抵消或基本抵消风机重力，使得转子以无重力或接近于无重力状态在滚动轴承支撑下旋转，因此滚动轴承的轴向载荷和摩擦阻力大大降低，滚动轴承的寿命显著增加，可有效降低风力发电机的启动风速并提高整机效率，扩大风力发电机的应用范围（在年平均风速较低的地区应用）。

附图说明

图1为产生电磁力结构的机械装置示意图；

图中标号名称：1为转子，2为衔铁，3为电磁铁。

具体实施方式

（1）将衔铁2通过螺栓与转子1联接。

（2）将电磁铁3通过螺栓与基座联接，使电磁铁3与衔铁2间保持固定距离。电磁铁3带有环形结构的凹槽，凹槽内通过环氧树脂固定有漆包线绕组。

（3）根据转子1重力大小，采用恒流源将合适的固定直流电流通入电磁铁3的漆包线绕组中，使电磁铁3产生固定电磁力抵消或基本抵消转子1的重力。

对根据上述实施方式研制的风力发电机进行了试验，试验结果如下：

将电磁铁3安装在5KW垂直阻力型风力发电机上，电磁铁设计值为：气隙0.8mm、电流3.3A、电磁力10KN。在室内采用拉力计测量风力发电机的启动力矩。测量结果表明：启动力矩减小了42%。