[发明专利]带有轴向磁悬浮轴承的风力发电机

说明书

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体地说，是提出一种带有磁悬浮轴承的永磁交流同步发电机结构。

背景技术

在风力发电领域，发电机是将机械能转变为电能的、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，在风轮机确定的前提下，希望发电机有更低的起动风速，更小的机械阻力，更长的运行寿命，更低的机械噪声，更高的机电效率。带磁悬浮轴承的风力发电机可以同时得到上述诸多优点。但是，增加通常的全磁悬浮装置后，整个风机的成本上升，性价比下降，反而会增加发电成本，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。

发明内容

本发明的目的是通过采用价格低廉、结构合理的轴向磁悬浮轴承，降低磁悬浮风力发电机的成本，从而使磁悬浮风力发电机的与普通非磁悬浮风机相比成本增加不多、甚至不增反降。

本发明的轴向磁悬浮轴承是这样实现的，在发电机机体内增加一组类似电机的转子体和定子铁芯的铁磁结构，利用转子永磁体和定子铁芯体间的径向铁磁吸引力，在外力所致的位置差下，产生一个轴向合力，成为磁悬浮力源，以无接触方式承载外力，替代轴向推力轴承。

一种带有轴向磁悬浮轴承的风力发电机，发电机部分(6)由永磁转子(61)、镶嵌有电枢绕组的定子铁芯(62)、轴承(3)、主轴(4)、端盖(5)组成，其特征为，在同一电机体内的主轴(4)上还有磁悬浮轴承，磁悬浮轴承由永磁转子体(1)、定子铁芯体(2)组成，主轴(4)与轴承(3)采取动配合，主轴(4)可以在轴承(3)中沿轴向自由移动。

在带有轴向磁悬浮轴承的风力发电机中，当风轮机和/或发电机主轴受到风力的推力或重力作用在轴向移动时，就会产生一个回返原始位置的磁悬浮力，或者说，该磁悬浮力可以替代轴承，抵消或平衡推力或重力的作用。

不管是在大型或小型风力发电机中，也不管是在水平轴或垂直轴风力发电机中，主轴的轴向力必须由轴向推力轴承来承受，采用轴向磁悬浮轴承后，轴向推力轴承可以省略。因此，由轴向推力轴承产生的电机摩擦阻力、磨损、噪音可大大降低，维护保养量减少，且增加了发电机的可靠性和寿命，从而在各个方面都利于降低风力发电的成本。

附图说明

图1为本发明的带有轴向磁悬浮轴承的风力发电机轴向剖面结构示意图。

图2为带有轴向磁悬浮轴承的垂直轴风力发电机轴向剖面结构示意图。

图3为带有双环形磁体轴向磁悬浮轴承的风力发电机轴向剖面结构示意图。

图4为双环形磁体轴向磁悬浮轴承的磁路图。

图5为利用发电机转子磁场产生磁悬浮力的直接式风力发电机轴向剖面结构示意图。

图6为能增加磁悬浮力的多绕组的二段直接式风力发电机轴向剖面结构示意图。

图7为能增加磁悬浮力的单绕组的二段直接式风力发电机轴向剖面结构示意图。

具体实施方式

不管是小型风力发电机还是大型风力发电机，发电机组中的机械结构一直是一个薄弱环节，由于风力状况变幻莫测，又受到高低悬殊的环境温度变化的影响，以及维护保养方面的困难，轴系轴承、齿轮的磨损非常严重。对于大型风力发电机而言，变化的轴向力一直困扰着整个传动系统。

在图1中所示的轴向力F可能是一个由风力变化而呈现的变量。如果使轴能在前后二个水平轴承间自由移动，那么一旦有轴向力，轴就可以按轴向力所示方向移动；而一旦产生移动，在永磁转子体(1)和定子铁芯体(2)间的径向磁力线都会被拉长，所有被拉长的磁力线形成一个轴向合力，这个合力就是磁悬浮力，磁悬浮力的方向与推力F方向相反。在一定的F范围内，位移量与F成正比，而所产生的磁悬浮力刚好抵消F力的影响。与普通发电机中原有的轴向推力轴承相比，磁悬浮轴承是非接触的，在用磁悬浮轴承替代有机械接触的推力轴承后，由于没有机械接触，也就没有机械磨损，没有机械噪声，没有机械阻力，可以得到更低的起动转速、更长的运行寿命、更高的运行可靠性，和更高的机电效率。