[发明专利]一种高性价比磁悬浮水平轴风力发电机组

说明书

技术领域

本发明属于涡轮发电机技术领域，具体地说，是提出一种具有磁悬浮特性的永磁风力发电机组结构。

背景技术

在风力发电技术领域，涡轮发电机将风中的动能转变为电能，涡轮机和发电机是必不可少的机电能量转换装置。为了从风中得到更多的能量，在涡轮机确定的前提下，希望机电系统有更小的摩擦阻力，更高的机组效率，更长的运行寿命，更低的机械噪声，更少的机械故障。带磁悬浮轴承的风力发电机能同时得到上述诸多优点。但是，增加通常的全磁悬浮装置后，整个风机的成本大幅上升，性价比下降，反而会增加度电成本，不利于风力发电机的推广应用，为此必须开发高性价比、低成本的新结构磁悬浮轴承风力发电机，以满足高端风电市场的需要。

发明内容

本发明的目的是通过所发明的半磁悬浮结构，来扭转风力发电机磁悬浮化困难的局面。半磁悬浮结构技术可以在有效消除轴承推力摩擦损耗的同时，大幅降低磁悬浮风力发电机组的成本，从而使磁悬浮风力发电机组提高效率多发电，并获得上述诸多种优点，还具有一个很高的性价比。

水平轴风力发电机组主要受两种外力作用——重力和风推力，全磁悬浮结构是无接触技术，能消除重力和风推力所产生的全部摩擦，但全磁悬结构复杂、制造成本相当高。本发明采用的是半磁悬浮结构，只消除风推力产生的摩擦，故有半磁悬浮(准磁悬浮)结构之称。

本发明的装置是这样实现的，一种磁悬浮水平轴风力发电机组，机组主要由涡轮机(1)、同步发电机组成，涡轮机(1)安装在转轴最前端，然后是制动器(2)、前轴承(3)和发电机转子轴(4)，最后端是后轴承(5)，发电机为永磁转子式，其特征为，转子磁场兼有磁悬浮结构的功能特性，轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承。

水平轴风力发电机组，采用通常径向磁场永磁同步发电机。在本发明的机组结构或者说发电机结构中，由于轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承，不需要也不可能由轴承来承受风推力，而是利用磁悬浮原理产生的磁悬浮力，来自动平衡风推力，消除了由风推力在轴承中产生的摩擦损耗，实现了风力发电机的磁悬浮化，并同时构筑了磁悬浮结构所带来的种种优点。同时，由于不再需要额外的磁体结构用来实现磁悬浮，所以其成本与原有非磁悬浮结构相当，造价增加有限，机组的性价比很高，有利于先进风电机组的磁悬浮化。

附图说明

图1、本发明的半磁悬浮风力发电机组纵剖图

图2、发电机转子受风推力作用轴向移动示意图

图3、发电机定转子间磁力线变化图

图4、本发明可自制的一种特殊二自由度轴承简图

图5、带倾角转轴的风电机组外形图

图6、一种导风自动偏航的下风向型磁悬浮机机舱外形图

图7、可增大磁悬浮力的双定转子发电机结构示意图

图8、永磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图

图9、励磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图。

具体实施方式

水平轴风力发电机组，采用通常的径向磁场永磁同步发电机，利用发电机转子永磁体与定子磁轭间产生的径向磁吸力，形成准磁悬浮力，平衡风推力，使风推力不再作用在轴承上而直接转移到定子上。采用磁悬浮，风推力通过磁耦合直接转移到定子和机座上，从而消除了应用轴承产生的轴向推力来平衡风推力，减少轴承机械磨损和噪音，在不增加或很少增加成本的前提下，利用技术优势，达到最佳的磁悬浮技术效果。

首先需要说明本发明产生磁悬浮力的机理。

图1为本发明的半磁悬浮风力发电机组纵剖图。图中，风力发电机由前轴承(3)、发电机转子轴(4)、后轴承(5)、定子(6)、转子(7)和端盖(8)组成，发电机转子轴即为涡轮机转子轴或连接到涡轮机转子轴。发电机为传统的永磁体径向磁场同步发电机，定子(6)上有电枢绕组，转子(7)上布置永磁体产生固定的场激励，轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承，该结构看起来与现有传统风力发电机组结构极为相似。由图可以明显看出，本发明中的轴承是一种特殊结构的双自由度轴承，既像传统发电机那样允许转子轴转动；又不同于传统发电机，因为传统发电机是不允许转子轴在轴向移动的，而本发明的发电机转子轴恰恰允许转子轴作轴向自由移动。通过轴向自由移动，才能得到磁悬浮力，这就是本发明结构上区别于传统机组的最明显结构特征。