[发明专利]磁悬浮双风轮风力发电机

说明书

（一）        技术领域

    本发明涉及风力发电新能源技术领域，特别涉及一种磁悬浮双风轮风力发电机。

（二）        背景技术

目前现有技术的风力发电机的风能利用率C_P不高，贝兹极限是0.593，这只是个理论数值，实际的风力发电机的C_P只有0.4以下，有一半以上的风能未被利用，公认是来风在风轮桨叶作功之后尾流能量形成螺旋涡流自行将能量耗尽。而目前风力发电机的单位功率投资比较高而产出却又较低，因而经济性较差，仍需依靠政府补贴经营。目前已有专利ZL201020639154.2采用前后风轮提高风力发电的出力，但其合成机构采用圆锥齿差动轮系，该差动轮系的两个输入端的转向与实际风轮的输出不一致，需要在合成机构输入前调向，使得结构庞大，实施较为困难，该专利将前后风轮的运动合成后采用柱齿轮为输出，发电机轴要与风轮轴并排，使得机舱迎风面积增加，该专利仍采用圆柱实形塔杆对后风轮塔杆效应也很大。

自然来风速度是变化的，风轮从切入风速经额定风速到切出风速是风力发电机的运作周期，在运作周期内，来风速度在变化，只有在额定速度之后才能达到最佳叶尖速比，才能达到最大的风能利用系数，然而来风速度达到额定风速之后还要增大，风的动能是以来风速度的三次方成正比的，风速增一倍动能增8倍，现有技术风力发电机组的发电机与风轮是固定速比传动，风轮的转速受到发电机额定转速的限制，不能跟着来风速度升高而转速增高求得最佳叶尖速比，只能通过失速或变距控制风轮，以额定转速在运行到切出风速，高出额定风速成三次方增长的能量被放弃了，可见现有技术风力发电机在运作周期内，有很大一部分能量未被利用。

已有专利ZL201010124102.6风力发电装置无自锁变速增速齿轮箱，具有变速功能，能充份利用来风高速的能量，可以使得风力发电机风轮在额定风速以上运转，能充分利用高风速多发电，但在塔杆上头高空的齿轮箱，因变速而增加变速离合器和齿轮数量，这些易损件会增加高空部件的维修量，增加维护费。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种单位功率成本低、经营费用少的磁悬浮双风轮风力发电机。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种磁悬浮双风轮风力发电机，包括架设在桁架塔上的机舱，其特征在于：所述机舱两端分别安装有参数相同、转向相反的前风轮和后风轮，前风轮和后风轮分别通过前风轮轴和后风轮轴与机舱内的机械合成机构连接，机械合成机构通过磁悬浮长轴与桁架塔底部的变速增速箱连接，变速增速箱连接发电机。

本发明在水平轴风力发电机的机舱后面再装一个与前风轮参数相同转向相反的后风轮，前风轮与后风轮之间安装一个将二者相连接的机械合成机构，由前风轮对来风动能第一次作功之后，剩下的尾流动能由后风轮第二次作功，前后风轮的功率，通过机械合成机构合成后，共同驱动发电机，形成合成功率。后风轮是吸收前风轮作功后剩余尾流的动能再作功，明显比现有技术的单风轮发电机多了一项发电量，采用相同参数的风轮，相同的风能利用数C_P=0.4，使得本发明与相同迎风面积的现有技术单风轮风力发电机相比较，输出功率提高60%。

因为现有技术水平轴风力发电机，多是采用圆柱实形的塔杆，这种实形塔杆对于本发明的后风轮产生的塔杆效应太大，影响后风轮的发电量，因而本发明采用透风好的桁架结构钢塔，以减轻对后风轮的塔杆效应。

又因为本发明有了前后风轮，对于机舱中心线是对称的，机舱的前后受力已经平衡，不像现有技术单风轮风力发电机，风轮的重量放在前端，机舱需要齿轮箱和发电机控制箱等放在机舱后端去平衡前风轮的重力，本发明为了减轻机舱和塔架的受力，采用磁悬浮轴承的长轴，将合成后的功率传到地面，其结果是机舱受力减轻，同时增速箱、发电机和控制箱都在地面，便于维护，大幅减少维护费，从而降低经营成本。

本发明的更优方案为：

所述桁架塔顶端设置有衔接磁悬浮长轴的径向止推磁悬浮轴承，桁架塔内部设置有固定磁悬浮长轴的径向磁悬浮轴承，通过轴承对磁悬浮长轴进行位置限定，保证了其运行过程中的稳定性。

所述机械合成机构为由圆柱齿轮组成的差动齿轮系结构，机械合成机构与前风轮和后风轮同轴线转动，机械合成机构的输出元件采用锥齿轮，从而避免采用柱轮，如专利201020639154.2的齿轮与发电机与合成机构并排，势必增大了机舱的迎风面积，从而减少了风轮的迎风面积，为了最大限度减少机舱迎风面积，本发明采用锥齿轮为运动输出元件。