[发明专利]一种水平轴磁悬浮风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮风力发电机，尤其是一种水平轴磁悬浮风力发电机，用于将 风能转化为电能。

背景技术

风能在地球上分布广泛，可利用价值高，对其开发利用对环境无污染，从而各种各 样的风力发电机得到蓬勃发展，常见的风力发电机一般采用机械轴承支承转子系统，风 机运行时转动部分与非转动部分存在较严重的摩擦和磨损，严重影响着风机的起动风速 和风能转换效率，为了能充分利用风力资源，降低风力发电机的起动风速，采用磁悬浮 技术消除重力的影响，减小机械摩擦和磨损，中国发明专利ZL200610011434.7《全永磁 悬浮风力发电机》所公开的技术是：对于水平轴风力发电机，转子系统由机械轴承支承， 永磁悬浮偏置轴承来抵消转子重力，发明只是在一定程度上减弱了转子重力对机械轴承 的影响，但风机仍处于低摩擦运行状态，并没有从根本上消除转动部分与非转动部分的 机械摩擦问题，不能大幅度降低风机的起动风速。武汉理工大学对小型的磁悬浮风机进 行了研究，在径向上采用永磁被动磁轴承，轴向上采用一个小钢球来进行辅助支承，完 成风机转子在轴向上的机械约束，但此时风机转子在轴向上仍然存在机械接触，且整个 系统无控制系统，系统的稳定性和抗干扰能力较差。美国发明专利US7,391,128B2《Wind  generator system using attractive magnetic forces to reduce the load on the  bearings》给出的技术方案为风力发电机转轴由齿轮箱连结，两段转子分别由径向磁轴 承和轴向磁轴承，且均采用全主动形式，转轴实现分段悬浮，系统中虽无机械轴承，但 由于风机系统中存在齿轮箱，仍然存在机械接触，并没有实现整个转子系统的完全悬浮， 且带齿轮的转轴，磁轴承的控制系统设计较复杂。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种磁悬浮风力发电机，采 用主被动结合的磁轴承系统，转动部分与非转动部分是完全分离开的，实现了转子五自 由度悬浮和低功耗稳定运行，完全消除机械摩擦和磨损，有效降低风机的起动风速，提 高风能利用率。

本发明的技术解决方案是：一种水平轴磁悬浮风力发电机，由静止部分和转动部分 组成，其特征在于：静止部分包括：径向磁轴承定子、轴向磁轴承定子、前保护轴承、 后保护轴承、发电机定子、定子外壳和风机塔架；转动部分包括：风叶、轮毂、径向磁 轴承转子、轴向磁轴承转子、发电机转子和转轴；沿转轴方向安装有风叶、前保护轴承、 前径向磁轴承、前轴向磁轴承、发电机、后轴向磁轴承、后径向磁轴承、后保护轴承； 其中风叶安装在轮毂上，轮毂与转轴固连；前保护轴承和后保护轴承安装在风机外壳上； 风机转轴在与前、后保护轴承配合的位置上有凹槽，风机转轴的前端与前保护轴承在径 向上形成径向保护间隙，在轴向上形成轴向保护间隙；风机转轴的后端与后保护轴承在 径向上形成径向保护间隙，在轴向上形成轴向保护间隙；其径向内侧转轴位置有凹槽， 在径向方向上形成径向保护间隙，在轴向上形成轴向保护间隙；轴向磁轴承定子和轴向 磁轴承转子由永磁体环组成。径向磁轴承定子安装在风机外壳上，其径向内侧为径向磁 轴承转子，径向磁轴承定子和径向磁轴承转子配合形成径向磁轴承工作间隙；轴向磁轴 承定子安装在风机外壳上，其径向内侧为轴向磁轴承转子，轴向磁轴承定子和轴向磁轴 承转子配合形成轴向磁轴承工作间隙；发电机定子安装在风机外壳上，其径向内侧为发 电机转子，发电机定子和发电机转子配合形成发电机工作间隙；风机外壳固定在风机塔 架上，塔架通过固定装置固定在地面上。

所述的轴向磁轴承的定子和转子由单环或多环不同充磁方向的永磁体构成，完成风 机转子的轴向平动自由度的稳定。所述的径向磁轴承采用永磁偏置、电磁控制的主动式 磁悬浮轴承，完成风机转子系统的径向平动和扭动自由度的控制，工作间隙取值范围为 0.6mm～1mm之间。所述的风机径向保护间隙和轴向保护间隙小于径向磁轴承和轴向磁轴 承的工作间隙，为0.2mm～0.4mm。所述的轴向磁轴承的永磁体环数为3～7，所述的 轴向磁轴承的定子的永磁环和转子的永磁环在轴向上的间距为2mm～5mm，在径向上的工 作间隙为3mm～5mm。