[实用新型]风电机组中的磁悬浮弹簧

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，涡轮发电机组是实现能量收集转换的重要装置，在整个发电系统中具有重要地位。

机组受到两种外力作用－－转子重力和风推力，在机组转动时这两种力都会在轴承中产生摩擦力，摩擦力会阻滞机组起动，也会降低机组发电效率，增加磨损、故障和噪声，降低机组运行寿命。带磁悬浮轴承的风力发电机能同时克服上述诸多缺点。但是，增加通常的全磁悬浮结构后，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，不利于磁悬浮技术在风力发电机组中的推广应用，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

本实用新型的目的是通过所发明的一种半磁悬浮结构，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部分摩擦损耗、提高机械性能和效率的同时，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，并获得诸多优异性能，和一个很高的性价比。

不管是水平轴风力发电机组还是垂直轴机组，都会受两种外力作用－－转子重力和风推力。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。本实用新型采用的是称为“磁悬浮弹簧”的半磁悬浮结构，只消除或者是风推力或者是重力，二者之一所产生的摩擦，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，风力发电机中的磁悬浮弹簧，其特征为，轴承为转向和轴向双自由度轴承，通过轴向自由移动获得磁悬浮力；磁悬浮弹簧结构由发电机转子永磁体与定子磁轭间产生的径向磁吸力形成；磁力线方向与磁悬浮力的方向垂直。

磁悬浮弹簧结构能自动平衡风力发电机组中的轴向外力，与全磁悬浮结构相比，几乎可消除一半的摩擦损耗，也就不同程度继承了全磁悬浮的全部优点。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、本实用新型水平轴风力发电机组中的磁悬浮弹簧纵剖图

图2、发电机转子受风推力作用轴向移动示意图

图3、磁悬浮弹簧原理——发电机定转子间磁力线变化图

图4、本实用新型可自制的一种特殊二自由度轴承简图

图5、本实用新型垂直轴风力发电机组中的磁悬浮弹簧纵剖图

图6、可增大磁悬浮力的双定转子发电机磁悬浮弹簧结构示意图

具体实施方式

众所周知，在传统磁悬浮概念中，不管是磁悬浮电机还是磁悬浮高速列车，要产生任何一种磁悬浮力，通常都要增加磁体和控制，最简单的方法是采用永磁体构成的被动型磁悬浮结构。被动型磁悬浮结构有斥力型和吸力型两大类。

在斥力型磁悬浮结构中，要产生同性相斥的磁悬浮力，必须要二组磁铁，所以成本较高，但斥力型磁悬浮本身可以自己保持平衡，这是其优点。

吸力型磁悬浮即利用铁磁吸力产生的磁悬浮力，只需一组磁体就够了，磁体的成本较斥力型低。但是，吸力型磁悬浮没有自稳定能力，通常得靠外加控制才能维持平衡状态，所以实施起来，并不容易。

总之，传统的磁悬浮，对风力发电机来说，其重大缺陷是结构复杂、制造困难、价格高昂。

如何降低磁悬浮风力发电机组的造价，成为磁悬浮结构能否在市场中取代普通风力发电机的决定性因素。根据对市场需求的分析，本实用新型的半磁悬浮结构是能达到提高机电性能和性价比双重目标的合理选择。

风力发电机中通常有两种相互垂直的外部作用力——转子重力和风推力。全磁悬浮能同时消除两个力的摩擦损耗，但制造难度大、成本高。半磁悬浮结构则只能消除一种力的摩擦，而利用双自由度的轴承约束另一个力，这样可降低大约一半的摩擦损耗。例如在水平轴机组中，本实用新型的半磁悬浮结构可以消除风推力产生的摩擦损耗，而无法消除重力产生的摩擦损耗。在垂直轴机组中则恰好相反，半磁悬浮结构可以消除重力产生的摩擦损耗，而无法消除风推力产生的摩擦损耗。半磁悬浮总只能消除两种之一种或大致认为一半的摩擦损耗，故有半磁悬浮之称。

由于半磁悬浮结构简单，制造成本低，性价比比较高，是值得在风电领域广泛推广的新技术。