[發明專利]帶有軸向磁懸浮軸承的風力發電機

有效

• 申請號: 201010022406.1
• 申請日: 2010-01-11
• 公開（公告）號: CN102122872A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 於岳亮
• 申請（專利權）人: 上海穩得新能源科技有限公司
• 主分類號: H02K21/00
• 分類號: H02K21/00;H02K21/02;H02N15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于發電機技術領域，具體地說，是提出一種帶有磁懸浮軸承的永磁交流同步發電機結構。

背景技術

在風力發電領域，發電機是將機械能轉變為電能的、必不可少的機電能量轉換裝置。為了從風中得到更多的能量，在風輪機確定的前提下，希望發電機有更低的起動風速，更小的機械阻力，更長的運行壽命，更低的機械噪聲，更高的機電效率。帶磁懸浮軸承的風力發電機可以同時得到上述諸多優點。但是，增加通常的全磁懸浮裝置后，整個風機的成本上升，性價比下降，反而會增加發電成本，不利于風力發電機的推廣應用，為此必須開發高性價比、低成本的新結構磁懸浮軸承風力發電機。

發明內容

本發明的目的是通過采用價格低廉、結構合理的軸向磁懸浮軸承，降低磁懸浮風力發電機的成本，從而使磁懸浮風力發電機的與普通非磁懸浮風機相比成本增加不多、甚至不增反降。

本發明的軸向磁懸浮軸承是這樣實現的，在發電機機體內增加一組類似電機的轉子體和定子鐵芯的鐵磁結構，利用轉子永磁體和定子鐵芯體間的徑向鐵磁吸引力，在外力所致的位置差下，產生一個軸向合力，成為磁懸浮力源，以無接觸方式承載外力，替代軸向推力軸承。

一種帶有軸向磁懸浮軸承的風力發電機，發電機部分(6)由永磁轉子(61)、鑲嵌有電樞繞組的定子鐵芯(62)、軸承(3)、主軸(4)、端蓋(5)組成，其特征為，在同一電機體內的主軸(4)上還有磁懸浮軸承，磁懸浮軸承由永磁轉子體(1)、定子鐵芯體(2)組成，主軸(4)與軸承(3)采取動配合，主軸(4)可以在軸承(3)中沿軸向自由移動。

在帶有軸向磁懸浮軸承的風力發電機中，當風輪機和/或發電機主軸受到風力的推力或重力作用在軸向移動時，就會產生一個回返原始位置的磁懸浮力，或者說，該磁懸浮力可以替代軸承，抵消或平衡推力或重力的作用。

不管是在大型或小型風力發電機中，也不管是在水平軸或垂直軸風力發電機中，主軸的軸向力必須由軸向推力軸承來承受，采用軸向磁懸浮軸承后，軸向推力軸承可以省略。因此，由軸向推力軸承產生的電機摩擦阻力、磨損、噪音可大大降低，維護保養量減少，且增加了發電機的可靠性和壽命，從而在各個方面都利于降低風力發電的成本。

附圖說明

圖1為本發明的帶有軸向磁懸浮軸承的風力發電機軸向剖面結構示意圖。

圖2為帶有軸向磁懸浮軸承的垂直軸風力發電機軸向剖面結構示意圖。

圖3為帶有雙環形磁體軸向磁懸浮軸承的風力發電機軸向剖面結構示意圖。

圖4為雙環形磁體軸向磁懸浮軸承的磁路圖。

圖5為利用發電機轉子磁場產生磁懸浮力的直接式風力發電機軸向剖面結構示意圖。

圖6為能增加磁懸浮力的多繞組的二段直接式風力發電機軸向剖面結構示意圖。

圖7為能增加磁懸浮力的單繞組的二段直接式風力發電機軸向剖面結構示意圖。

具體實施方式

不管是小型風力發電機還是大型風力發電機，發電機組中的機械結構一直是一個薄弱環節，由于風力狀況變幻莫測，又受到高低懸殊的環境溫度變化的影響，以及維護保養方面的困難，軸系軸承、齒輪的磨損非常嚴重。對于大型風力發電機而言，變化的軸向力一直困擾著整個傳動系統。

在圖1中所示的軸向力F可能是一個由風力變化而呈現的變量。如果使軸能在前后二個水平軸承間自由移動，那么一旦有軸向力，軸就可以按軸向力所示方向移動；而一旦產生移動，在永磁轉子體(1)和定子鐵芯體(2)間的徑向磁力線都會被拉長，所有被拉長的磁力線形成一個軸向合力，這個合力就是磁懸浮力，磁懸浮力的方向與推力F方向相反。在一定的F范圍內，位移量與F成正比，而所產生的磁懸浮力剛好抵消F力的影響。與普通發電機中原有的軸向推力軸承相比，磁懸浮軸承是非接觸的，在用磁懸浮軸承替代有機械接觸的推力軸承后，由于沒有機械接觸，也就沒有機械磨損，沒有機械噪聲，沒有機械阻力，可以得到更低的起動轉速、更長的運行壽命、更高的運行可靠性，和更高的機電效率。