[发明专利]一种垂直轴磁悬浮风力发电机

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，涉及一种垂直轴风力发电机，具体是一种小型磁悬浮支承结构的垂直轴风力发电机。

背景技术

随着人们对风能开发利用的强烈追捧，促使各种各样的风力发电机得到了蓬勃发展，传统的风力发电机常采用机械轴承支承转子系统，风机运行时，旋转部分和静止部分存在较严重的摩擦和磨损，增加了风机维护成本。同时，起动转矩和起动风速也都较大，严重影响了风能转换的效率，为了能充分利用低风区的风能资源，降低风力发电机的起动风速，采用磁悬浮支承技术将转子悬浮于空间，从根本上消除了传统支承形式的机械摩擦，降低了起动阻力矩，从而降低了风力发电机起动风速，提高了风能的利用率。

 公开号为CN101034861A，名称为“全永磁悬浮风力发电机”的专利文献采用的磁悬浮支承结构中仍有轴向机械调整结构，因为在轴向上轴通过机械轴承与机架相连，因此依然存在旋转部分与静止部分的机械摩擦与磨损。近年来，稀土资源已被列为我国未来发展的重要战略资源，因而稀土永磁材料的价格涨幅很大。由于，此公开专利文献中采用大量的永磁体，势必会增加磁悬浮风力发电机的制造成本，且装配精度也大受考验，同时也不利于向大型磁悬浮风力发电机研究与开发的方向发展。公开号为CN201714584U，名称为“一种新型磁悬浮风力发电机”的专利文献，前、后径向磁轴承，以及轴向磁轴承均为主动式磁悬浮轴承，这样不仅增加磁悬浮轴承控制系统的规模，还大大增加风力发电机的制造和运行成本，不利于磁悬浮支承技术在风力发电机中的推广应用。公开号为CN101701573A，名称为“一种水平轴悬浮风力发电机”的专利文献采用锥形结构的磁环，由于锥形结构的偏移量与受力关系复杂，因此对安装精度要求较高，并且会出现破损情况，设计过程中，不利于磁悬浮支承结构的精确设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，采用主被动结合的磁轴承支承系统，旋转部分与静止部分完全分离，实现垂直轴磁悬浮风力发电机五自由度稳定悬浮，从根本上消除存在的机械摩擦和磨损，减小维护和运行成本，降低起动风速，提高低风区的风能利用率。

本发明的技术解决方案：一种垂直轴磁悬浮风力发电机，由静止部分和旋转部分组成，其特征在于：静止部分包括径向永磁轴承静磁环部分、发电机定子、六极式径向混合磁轴承定子、轴向永磁轴承下端永磁环和隔磁环、上端保护轴承、下端保护轴承、风力机外壳和风力机塔架；旋转部分包括：叶轮、风力机转轴、挡板、径向永磁轴承动磁环部分、发电机转子、六极式径向混合磁轴承转子、轴向永磁轴承上端永磁环；

叶轮包括叶片和轮毂；

沿转轴方向安装有叶片、挡板、上端保护轴承、径向永磁轴承、发电机、六极式径向混合磁轴承、下端保护轴承、轴向永磁轴承上端永磁环；

其中叶片安装在轮毂上，轮毂直接与转轴相连；

上端保护轴承和下端保护轴承安装在风力机外壳上；上、下保护轴承与转轴保持一定的径向间隙，挡板与上端保护轴承形成轴向保护间隙；

所述径向永磁轴承包括径向永磁轴承动磁环部分和径向永磁轴承静磁环部分；径向永磁轴承静磁环部分安装风力机外壳上，径向永磁轴承动磁环部分位于径向永磁轴承静磁环部分的径向内侧，且两者之间为上端径向工作气隙；

所述径向永磁轴承动磁环部分包括动磁环隔磁支架、动磁环组；

所述径向永磁轴承静磁环部分包括静磁环隔磁支架、静磁环组；

其中，径向永磁轴承动磁环隔磁支架、动磁环组和转轴固定连接；

其中，动磁环组、静磁环组分别镶嵌在动磁环隔磁支架、静磁环隔磁支架中，并通过连杆固定，以保持永磁环之间间隙为零。

所述发电机包括发电机转子和发电机定子；所述发电机定子安装在风力机外壳上，发电机转子位于发电机定子的径向内侧，且两者在径向上形成了发电机的工作气隙。

所述六极式径向混合磁轴承包括六极式径向混合磁轴承定子和六极式径向混合磁轴承转子，所述转子和转轴固定连接，六极式径向混合磁轴承定子安装在风力机外壳上；所述转子位于所述定子的径向内侧，且两者配合形成下端径向工作气隙；

所述的六极式径向混合磁轴承，还包括永磁体、第一电磁线圈、第二电磁线圈、永磁磁极、控制磁极、径向工作气隙和定子磁轭；所述永磁体嵌装在永磁磁极上，径向混合磁轴承电磁线圈缠绕在控制磁极上。

挡板和径向永磁轴承，径向永磁轴承和发电机，发电机和六极式径向混合磁轴承，六极式径向混合磁轴承和轴向磁轴承上端永磁环，都是通过转轴相连在一起的；