磁悬浮风力发电机组的制作方法

本发明属于发电机的技术领域，具体是涉及一种可适用于3000KW以下风力发电机的磁悬浮风力发电机组。

背景技术：

多年前我国就采用了风轮发电；现有的风轮发电大多数是采用风轮安装在垂直轴风力发电机上，通过风轮带动发电机发电；由于垂直轴风力发电机转子系统的主要重量是由轴承通过主轴传递给机座，然后传递给基础；风轮和发电机转子通过主轴连接在一起，由于风力发电机组的转动部分重量很大，存在机械摩擦和机械老化等的问题；特别是长期重负状态下的摩擦引起的机械磨损和发热问题非常突出，为了解决这些问题，只好维修处理，因而生产成本与运行维护成本很高；以上原因是导致风力发电规模小，垂直轴风力发电机大多是小型电机，100KW以上电机还没有大规模推广采用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁悬浮风力发电机组，该磁悬浮风力发电机组通过在发电机轴上、下两端设置有磁悬浮推力轴承、磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承，使风力发电机组转动部分悬浮于空中，使风力发电机组在没有任何机械摩擦的情况下运行，避免轴承机械摩擦，提高发电机组效率，使其可用于3000KW以下的风力发电机，降低了生产成本与运行维护成本，提高经济效益。

为了达到上述目的，本发明一种磁悬浮风力发电机组，包括塔筒、安装在塔筒顶部的发电机、励磁机、磁悬浮机构和悬吊式风轮；

所述发电机包括固定在塔筒顶部的发电机下支架、固定在发电机下支架上的发电机壳体和固定在发电机壳体上的发电机上支架，所述发电机壳体内设置有发电机轴、发电机转子和发电机定子，所述发电机壳体顶部设置有发电机盖板；

所述发电机盖板上设置有推力轴承座底板和推力轴承座，所述推力轴承座内设置有套装在发电机轴上的推力头，所述推力头顶部连接有励磁机；

所述励磁机包括与推力头连接的励磁机法兰盘和套装在励磁机法兰盘内的励磁机轴；

所述悬吊式风轮包括与发电机上支架固定连接的吊杆、设置在励磁机轴上的水平支撑架以及一对固定在水平支撑架下且水平平行设置的上换轮和下轮环，所述上换轮和下轮环之间固定连接有叶片轴，所述叶片轴上通过轴承套装有叶片，所述水平支撑架通过拉索固定在吊杆上；

所述磁悬浮机构包括套装在推力头上的磁悬浮上导定位轴承，通过下导轴承滑转子套装在发电机轴下端的磁悬浮下导定位轴承和套装在发电机轴上的磁悬浮推力轴承；

所述磁悬浮推力轴承包括支承在推力轴承座底板上的推力磁悬浮轴承下瓦支承板、设置在推力磁悬浮轴承下瓦支承板上的推力磁悬浮轴承下瓦和与推力磁悬浮轴承下瓦对应平行设置的推力磁悬浮轴承上瓦，所述推力头底部支承在推力磁悬浮轴承上瓦上。

进一步，所述磁悬浮推力轴承上瓦与磁悬浮推力轴承下瓦之间有的间隙设置为5～10mm。

进一步，所述磁悬浮推力轴承上瓦设置为强力磁铁或者永久磁铁和直流助磁线圈组合结构，所述磁悬浮推力轴承下瓦设置为强力磁铁或者永久磁铁和直流助磁线圈组合结构。

进一步，所述推力头上设置有用于使直流助磁线圈跟随永久磁铁旋转的磁悬浮推力轴承上瓦直流助磁线圈滑环。

进一步，所述磁悬浮上导定位轴承包括上导磁悬浮轴承轴颈和套装在上导磁悬浮轴承轴颈周围的上导磁悬浮轴承轴瓦；所述磁悬浮下导定位轴承包括下导轴承磁悬浮轴瓦和套装在下导轴承磁悬浮轴瓦周围的下导轴承磁悬浮轴颈。

进一步，在所述磁悬浮推力轴承、磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承的空腔内设置有直流助磁线圈，所述直流助磁线圈均设置有+X、-X，+Y、-Y方向供电加磁，所述磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承处设置有速度传感器。

本发明的有益效果在于：

1、本发明磁悬浮风力发电机组通过在发电机轴上、下两端设置有磁悬浮推力轴承、磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承，使风力发电机组转动部分悬浮于空中，使风力发电机组在没有任何机械摩擦的情况下运行，避免轴承机械摩擦，提高发电机组效率，使其可用于3000KW以下的风力发电机，降低了生产成本与运行维护成本，提高经济效益。

2、本发明磁悬浮风力发电机组通过在在磁悬浮推力轴承上瓦的空腔内设置有直流助磁线圈与发电机转子线圈并联，使其电流随发电机电压的变化而变化；在磁悬浮推力轴承下瓦；磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承的的空腔内均设置有直流助磁线圈，其设置方向为+X、-X，+Y、-Y方向；由专门的直流电源通过可控硅二极管供电；由安装在发电机上部、下部定位轴承上部的传感器、红外线等检测装置检测到的发电机组的中心的变化信号通过计算机控制可控硅改变线圈中电流的大小和方向以改变磁场强度，保持风力发电机组在最佳设计状态下运行。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明磁悬浮风力发电机组的结构示意图；

图2为本发明磁悬浮风力发电机中发电机的结构示意图；

图3为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承的结构示意图；

图4为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承第一种实施方式的结构示意图；

图5为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承第二种实施方式的结构示意图；

图6为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承第三种实施方式的结构示意图；

图7为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承第四种实施方式的结构示意图；

图8为本发明磁悬浮风力发电机中导向轴承轴颈和轴瓦的结构示意图；

图9为本发明磁悬浮风力发电机中风轮的结构示意图；

图10为本发明磁悬浮风力发电机中心控制示意图；

附图标记：1-励磁机轴；2-磁悬浮上导定位轴承；3-推力轴承座；4-磁悬浮推力轴承；5-推力轴承座底板；6-发电机上支架；7-发电机盖板；8-发电机转子；9-发电机定子；10-发电机壳体；11-刹车装置；12-磁悬浮下导定位轴承；13-发电机轴；14-励磁机法兰盘；15-推力头；16-上导磁悬浮轴承轴颈；17-上导磁悬浮轴承轴瓦；18-推力磁悬浮轴承上瓦；19-推力磁悬浮轴承下瓦；20-推力磁悬浮轴承下瓦支承板；21-发电机下支架；22-下导轴承磁悬浮轴瓦；23-下导轴承磁悬浮轴颈；24-下导轴承滑转子；25-避雷针；26-吊杆；27-励磁机；28-发电机；29-水平支撑架；30-叶片轴；31-叶片；32-塔筒；33-拉索；34-下轮环；35-挡油圈；36-卡环；37-磁悬浮推力轴承上瓦直流助磁线圈滑环；38-磁悬浮推力轴承上瓦直流助磁线圈；39-磁悬浮推力轴承下瓦直流助磁线圈；40-磁悬浮推力轴承上瓦支承板；44-水冷却器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示为本发明磁悬浮风力发电机组的结构示意图；如图2所示为本发明磁悬浮风力发电机中发电机的结构示意图；如图3所示为本发明磁悬浮风力发电机中推力轴承上瓦和下瓦结构示意图；本发明一种磁悬浮风力发电机组，包括塔筒32、安装在塔筒32顶部的发电机28、励磁机27、磁悬浮机构和悬吊式风轮；

所述发电机28包括固定在塔筒32顶部的发电机下支架21、固定在发电机下支架21上的发电机壳体10和固定在发电机壳体10上的发电机上支架6，所述发电机壳体10内设置有发电机轴13、发电机转子8和发电机定子9，所述发电机壳体10顶部设置有发电机盖板7；

所述发电机盖板7上设置有推力轴承座底板5和推力轴承座3，所述推力轴承座3内设置有套装在发电机轴13上的推力头15，所述推力头15顶部连接有励磁机27；

所述励磁机27包括与推力头15连接的励磁机法兰盘14和套装在励磁机法兰盘14内的励磁机轴1，发电机轴13与励磁机法兰盘14之间设置有卡环36，；

所述悬吊式风轮包括与发电机上支架6固定连接的吊杆26、设置在励磁机轴1上的水平支撑架29以及一对固定在水平支撑架29下且水平平行设置的上换轮和下轮环34，所述上换轮和下轮环34之间固定连接有叶片轴30，所述叶片轴30上通过轴承套装有叶片31，所述水平支撑架29通过拉索33固定在吊杆26上，优选的所述吊杆26顶部设置有避雷针25，该结构通过拉索、吊杆、水平支撑杆固定在无刷励磁机的轴上，大大减轻了风轮的重量，上轮环为钢缆组成多边形，下轮环为钢管组成多边形结构，使叶片均匀分布，叶片轴30两端轴承设置限位杆起限位及支撑作用；叶片可以绕叶片轴转20度左右，以保证叶片处于最佳迎风状；

所述磁悬浮机构包括套装在推力头15上的磁悬浮上导定位轴承2，通过下导轴承滑转子24套装在发电机轴13下端的磁悬浮下导定位轴承12和套装在发电机轴13上的磁悬浮推力轴承4，推力头15内与发电机轴13之间间隙处设置有挡油圈35，推力轴承座3内设置有水冷却器44，发电机转子8底部设置有刹车装置11；

所述磁悬浮推力轴承4包括支承在推力轴承座底板5上的推力磁悬浮轴承下瓦支承板20、设置在推力磁悬浮轴承下瓦支承板20上的推力磁悬浮轴承下瓦19和与推力磁悬浮轴承下瓦19对应平行设置的推力磁悬浮轴承上瓦18，所述推力头15底部支承在推力磁悬浮轴承上瓦18上，推力磁悬浮轴承下瓦支承板20和推力磁悬浮轴承上瓦18是两个强力磁铁，间隙间两个强力磁铁具有同名磁性，(S极或N极)根据两个磁铁同极相斥原理，这个相斥力克服风力发电机和风轮转动部分重量和风的推力，让整个风力发电机组悬浮于一定空中，使风力发电机组在轴向没有机械摩擦力下运行。

进一步，所述磁悬浮推力轴承上瓦18与磁悬浮推力轴承下瓦19之间有的间隙设置为5～10mm，磁悬浮上导轴承轴颈16与磁悬浮上导轴承轴瓦17之间有5～10mm的间隙，所述磁悬浮推力轴承上瓦与推力头15之间设置有磁悬浮推力轴承上瓦支承板40，磁悬浮下导定位轴承的作用是：固定机组中心，使机组转动部分摆幅在一定范围内，磁悬浮下导轴承轴颈23与磁悬浮下导轴承轴瓦22之间有5～10mm的间隙，磁悬浮下导定位轴承的作用是：固定机组中心，使机组转动部分摆幅在一定范围内。

进一步，如图4-图7所示，优选的所述磁悬浮推力轴承上瓦18设置为强力磁铁或者永久磁铁和直流助磁线圈组合结构，所述磁悬浮推力轴承下瓦19设置为强力磁铁或者永久磁铁和直流助磁线圈组合结构，本实施例中磁悬浮推力轴承有以下几种配置方式：

1、全永久磁铁磁悬浮推力轴承；

2、上瓦为永久磁铁；下瓦为永久磁铁+直流助磁线圈的磁悬浮推力轴承；

3、上瓦为永久磁铁+直流助磁线圈，但直流助磁线圈不跟随永久磁铁旋转，下瓦为永久磁铁+直流助磁线圈的磁悬浮推力轴承；

4、上瓦为永久磁铁+直流助磁线圈，且直流助磁线圈跟随永久磁铁旋转，通过滑环输入直流电流，此助磁电流也可以由发电机转子励磁电流提供，这样还可以随发电机的电压的变化而变化；下瓦为永久磁铁+直流助磁线圈的磁悬浮推力轴承；

其中通过磁悬浮推力轴承上瓦直流助磁线圈38和磁悬浮推力轴承下瓦直流助磁线圈39，可以调节直流助磁线圈中电流的大小来调节上、下瓦斥力的大小，使间隙发生变化，通过传感器、电脑自动控制使水轮发电机运行于最佳状态。

进一步，优选的所述推力头15上设置有用于使直流助磁线圈跟随永久磁铁旋转的磁悬浮推力轴承上瓦直流助磁线圈滑环37。

进一步，如图8所示，优选的所述磁悬浮上导定位轴承2包括上导磁悬浮轴承轴颈16和套装在上导磁悬浮轴承轴颈16周围的上导磁悬浮轴承轴瓦17；所述磁悬浮下导定位轴承12包括下导轴承磁悬浮轴瓦23和套装在下导轴承磁悬浮轴瓦23周围的下导轴承磁悬浮轴颈22，。

进一步，如图10所示为本发明磁悬浮风力发电机中心控制示意图，优选的在所述磁悬浮推力轴承、磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承的空腔内设置有直流助磁线圈，所述直流助磁线圈均设置有+X、-X，+Y、-Y方向供电加磁，所述磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承处设置有速度传感器，本实施例采用磁悬浮技术，取消了机械轴承，就不存在轴承磨损问题；针对随着发电机负荷的变化、永磁体雌性的变化，其间隙间的距离也要发生变化，这将引起发电机中心发生变化，发电机就不能保持在理想中心下运行的技术问题，该结构在磁悬浮推力轴承上瓦的空腔内设置有直流助磁线圈与发电机转子线圈相互关联，直流助磁线圈的电流随发电机电压的变化而变化；在磁悬浮推力轴承下瓦；磁悬浮上导定位轴承、磁悬浮下导定位轴承的的空腔内设置有直流助磁线圈，其设置方向为+X、-X，+Y、-Y方向；由专门的直流电源通过可控硅二极管供电；由安装在发电机上部、下部定位轴承上部的传感器、红外线等检测装置检测到的发电机组的中心的变化信号通过计算机控制可控硅改变线圈中电流的大小和方向以改变磁场强度，保持风力发电机组在最佳设计状态下运行。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。