[發明專利]一種高性價比磁懸浮水平軸風力發電機組

在審

• 申請號: 201510415074.6
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN105141069A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 於岳亮;瑞秋
• 申請（專利權）人: 上海穩得新能源科技有限公司
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K16/00;H02N15/00;F03D9/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于渦輪發電機技術領域，具體地說，是提出一種具有磁懸浮特性的永磁風力發電機組結構。

背景技術

在風力發電技術領域，渦輪發電機將風中的動能轉變為電能，渦輪機和發電機是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，在渦輪機確定的前提下，希望機電系統有更小的摩擦阻力，更高的機組效率，更長的運行壽命，更低的機械噪聲，更少的機械故障。帶磁懸浮軸承的風力發電機能同時得到上述諸多優點。但是，增加通常的全磁懸浮裝置后，整個風機的成本大幅上升，性價比下降，反而會增加度電成本，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，以滿足高端風電市場的需要。

發明內容

本發明的目的是通過所發明的半磁懸浮結構，來扭轉風力發電機磁懸浮化困難的局面。半磁懸浮結構技術可以在有效消除軸承推力摩擦損耗的同時，大幅降低磁懸浮風力發電機組的成本，從而使磁懸浮風力發電機組提高效率多發電，并獲得上述諸多種優點，還具有一個很高的性價比。

水平軸風力發電機組主要受兩種外力作用——重力和風推力，全磁懸浮結構是無接觸技術，能消除重力和風推力所產生的全部摩擦，但全磁懸結構復雜、制造成本相當高。本發明采用的是半磁懸浮結構，只消除風推力產生的摩擦，故有半磁懸浮(準磁懸浮)結構之稱。

本發明的裝置是這樣實現的，一種磁懸浮水平軸風力發電機組，機組主要由渦輪機(1)、同步發電機組成，渦輪機(1)安裝在轉軸最前端，然后是制動器(2)、前軸承(3)和發電機轉子軸(4)，最后端是后軸承(5)，發電機為永磁轉子式，其特征為，轉子磁場兼有磁懸浮結構的功能特性，軸承(3和5)為轉向和軸向雙自由度軸承。

水平軸風力發電機組，采用通常徑向磁場永磁同步發電機。在本發明的機組結構或者說發電機結構中，由于軸承(3和5)為轉向和軸向雙自由度軸承，不需要也不可能由軸承來承受風推力，而是利用磁懸浮原理產生的磁懸浮力，來自動平衡風推力，消除了由風推力在軸承中產生的摩擦損耗，實現了風力發電機的磁懸浮化，并同時構筑了磁懸浮結構所帶來的種種優點。同時，由于不再需要額外的磁體結構用來實現磁懸浮，所以其成本與原有非磁懸浮結構相當，造價增加有限，機組的性價比很高，有利于先進風電機組的磁懸浮化。

附圖說明

圖1、本發明的半磁懸浮風力發電機組縱剖圖

圖2、發電機轉子受風推力作用軸向移動示意圖

圖3、發電機定轉子間磁力線變化圖

圖4、本發明可自制的一種特殊二自由度軸承簡圖

圖5、帶傾角轉軸的風電機組外形圖

圖6、一種導風自動偏航的下風向型磁懸浮機機艙外形圖

圖7、可增大磁懸浮力的雙定轉子發電機結構示意圖

圖8、永磁型磁懸浮同步/異步二次發電機結構示意圖

圖9、勵磁型磁懸浮同步/異步二次發電機結構示意圖。

具體實施方式

水平軸風力發電機組，采用通常的徑向磁場永磁同步發電機，利用發電機轉子永磁體與定子磁軛間產生的徑向磁吸力，形成準磁懸浮力，平衡風推力，使風推力不再作用在軸承上而直接轉移到定子上。采用磁懸浮，風推力通過磁耦合直接轉移到定子和機座上，從而消除了應用軸承產生的軸向推力來平衡風推力，減少軸承機械磨損和噪音，在不增加或很少增加成本的前提下，利用技術優勢，達到最佳的磁懸浮技術效果。

首先需要說明本發明產生磁懸浮力的機理。

圖1為本發明的半磁懸浮風力發電機組縱剖圖。圖中，風力發電機由前軸承(3)、發電機轉子軸(4)、后軸承(5)、定子(6)、轉子(7)和端蓋(8)組成，發電機轉子軸即為渦輪機轉子軸或連接到渦輪機轉子軸。發電機為傳統的永磁體徑向磁場同步發電機，定子(6)上有電樞繞組，轉子(7)上布置永磁體產生固定的場激勵，軸承(3和5)為轉向和軸向雙自由度軸承，該結構看起來與現有傳統風力發電機組結構極為相似。由圖可以明顯看出，本發明中的軸承是一種特殊結構的雙自由度軸承，既像傳統發電機那樣允許轉子軸轉動；又不同于傳統發電機，因為傳統發電機是不允許轉子軸在軸向移動的，而本發明的發電機轉子軸恰恰允許轉子軸作軸向自由移動。通過軸向自由移動，才能得到磁懸浮力，這就是本發明結構上區別于傳統機組的最明顯結構特征。