专利名称：磁悬浮水平轴小型风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小型风力发电机与磁悬浮支承技术，尤其是涉及一种能开发利用 国内广大地区低风速资源的磁悬浮水平轴小型风力发电机。
背景技术：
小型风力发电机设备成本低，无污染，能耗低，结构灵活多样，安装使用及维护十 分简便，故小型风力发电机特别适合于解决广大无法架设输电线的偏远牧区、山区、海岛、 边防哨所、气象台站、中转台站、路灯、草坪灯、公园、别墅等的用电问题。然而传统小型风 力发电机启动阻力矩大，起动风速在3. 5m/s以上，发电风速必须达到4. 2m/s。按中国气 象局的统计和计算，我国风能丰富区占全国面积的8%，风能较丰富区占全国面积的18%， 风能可利用区占全国面积的50%，其中风能可利用区风速大于3m/s的年累计小时数为 2000-4000，传统小型风力发电机无法有效开发利用国内广大地区的低风速资源。目前制约我国小型风力发电机普遍推广应用的重要原因之一就是传统风力发电 机启动阻力矩大。影响小型风力发电机起动阻力矩的因素有发电机转子磁极对定子的磁 拉力产生的阻力矩，发电机的同心度、气隙是否均勻、机械轴承的松紧度，以及支承发电机 转轴两端的机械轴承由于受力不均勻导致的摩擦阻力大等。因此，减小水平轴小型风力发电机的启动阻力矩，降低其起动风速是我国大规模 推广应用小型风力发电机迫切需要解决的问题。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁悬浮水平轴小型风力发电机，该 风力发电机启动阻力矩小，能够低风速起动。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是包括转轴、定子和转子。所述转轴 的一端采用滚动轴承支承，另一端采用永磁轴承支承，此端安装桨叶。所述定子和转子布置 在永磁轴承与滚动轴承之间。本实用新型主要用于解决传统小型风力发电机启动阻力矩大，导致其起动风速一 般在3. 5m/s以上，无法有效开发国内广大地区低风速资源的问题。针对传统小型风力发电 机的不足与缺陷，本实用新型将磁悬浮支承技术应用于传统小型风力发电机中，因此具有 以下的主要优点1.低风速起动采用永磁轴承支承和滚动轴承混合支承，既能有效减小启动阻力 矩，降低水平轴小型风力发电机起动风速，又能满足永磁轴承的加工和装配要求；2.操作方便通过轴向差动调节螺母控制动磁环组件和定磁环组件之间的轴向 偏移位移，因而易于调节永磁轴承的径向磁力与轴向磁力的大小；3.结构简单，易于装配，成本低；4.启动阻力矩小根据GB/T 10760. 2-2003中所述方法，针对500w水平轴小型风 力发电机进行了测试，在相同的实验条件下，传统风力发电机启动阻力矩为0. 452Nm，而本实用新型磁悬浮水平轴小型风力发电机的启动阻力矩为0. 260Nm。这样小的启动阻力矩，可 以使本实用新型磁悬浮水平轴小型风力发电机实现低风速起动，从而利于开发国内广大地 区的低风速资源。
图1是本实用新型提供的磁悬浮水平轴小型风力发电机的结构示意图。图2为图1中永磁轴承磁环磁化方向与叠加结构示意图(断面图)。图3为定磁环组件和动磁环组件中单片永磁环的结构示意图。图4为图3的左视图。图5为定磁环组件保持架结构示意图。图6为动磁环组件保持架结构示意图。图7为定磁环组件和动磁环隔磁环结构示意图。图8为图7的左视图。图9为轴向差动调节螺母结构示意图。图中1.动磁环组件保持架；2.转轴；3.锁紧螺母；4.动磁环组件；5.定磁环组 件保持架；6.压紧螺杆；7.定子；8.锁紧螺杆；9.发电机连接板；10.后支座连接板；11.轴 向差动调节螺母；12.轴承座；13.滚动轴承；14.后支座；15.定子外壳；16.导向套筒； 17.定磁环隔磁环；18.前支座；19.定磁环组件；20.键；21.动磁环隔磁环；22.键；23.端 盖；24.单片永磁环；25.大腔；26.孔；27.小腔；28.贯通孔；29.安装孔；30.螺栓孔； 31.固定孔；32.内腔；33.盲孔。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的磁悬浮水平轴小型风力发电机，包括转轴、定子和转子，其中 如图1所示，该发电机的转轴2的一端采用滚动轴承13支承，另一端采用永磁轴承支承，此 端安装桨叶。该发电机的定子7和转子布置在永磁轴承与滚动轴承之间。所述的永磁轴承，其由动磁环组件4和定磁环组件19构成，动磁环组件通过动磁 环隔磁环21和压紧螺杆6固定在动磁环组件保持架1上，再由键22以及锁紧螺母3安装 在转轴2上。定磁环组件通过定磁环组件保持架5安装在发电机的前支座18中。工作时， 永磁轴承将承受本风力发电机的主要载荷。上述的动磁环组件4可由多片(例如8片)NdFeB永磁环沿轴向叠加，磁化方向为 轴向平行磁化；永磁环叠加方式以及磁化方向如图2所示，箭头表示磁化方向，单片永磁环 24的结构如图3和图4所示。所述永磁环与转轴2之间利用不导磁材料加工成的动磁环隔 磁环21和动磁环组件保持架1隔磁，该永磁环通过动磁环隔磁环21和压紧螺杆6固定在 动磁环组件保持架1上。动磁环组件保持架1与转轴2通过键22连接，并且由锁紧螺母3 完成轴向固定。上述的定磁环组件19可由多片(例如8片)NdFeB永磁环沿轴向叠加，磁化方向 为轴向平行磁化；永磁环叠加方式以及磁化方向如图2所示，箭头表示磁化方向，单片永磁 环24的结构如图3和图4所示。所述永磁环与转轴2之间利用不导磁材料加工成的定磁环隔磁环17和定磁环组件保持架5隔磁，该永磁环通过定磁环隔磁环17和压紧螺杆6固 定在定磁环组件保持架5上。定磁环组件保持架5与前支座18通过键20连接，并且由端 盖23完成轴向固定。上述的动磁环组件4的永磁环端部为不导磁材料做成的动磁环隔磁环21 (图2)。 如图7和图8所示，该隔磁环上面设有多个(例如4个)均勻分布的且与压紧螺杆6配合 相连的螺栓孔30。上述的定磁环组件19的永磁环端部为不导磁材料做成的定磁环隔磁环17 (图2)。 如图7和图8所示，该隔磁环与动磁环隔磁环21的结构相同，其上面也设有多个(例如4 个)均勻分布的且与压紧螺杆6配合相连的螺栓孔30。上述的不导磁材料均采用铝合金或者其它材料。上述的动磁环组件4和定磁环组件19之间的轴向偏移位移，可由轴向差动调节螺 母11控制，使永磁轴承主要提供径向磁力，同时也产生一定的轴向磁力，径向磁力支承作 用在转轴桨叶端的绝大部分风载荷、桨叶、转轴以及发电机转子的自重，消除桨叶端支承的 摩擦，减小滚动轴承之间摩擦，改善整个发电机转轴的受力不均，轴向磁力可平衡一部分轴 向风载。轴向差动调节螺母11安装在发电机的后支座14上。 所述后支座14可由螺栓与发电机连接板9相连，该发电机连接板由螺栓与后支座 连接板10相连。在轴向差动调节螺母11与后支座14之间设有轴承座12，它们依次由螺纹连接，且 两组螺纹连接中的螺距不同，旋转轴向差动调节螺母11时可实现轴承座12轴向位置的微调。所述的轴向差动调节螺母11的结构如图9所示其为带有轴肩的圆筒，该圆筒设 有内腔32，轴肩处设有多个用于放置旋转轴向差动调节螺母11的专用工具的盲孔33，轴肩 处还设有多个用于调整完成后锁定轴向差动调节螺母的固定孔31。所述的滚动轴承13安装在轴承座12中，该轴承座用来支承转轴2和实现该转轴 的轴向定位。所述的前支座18可由螺栓与导向套筒16相连，该导向套筒通过锁紧螺杆8与定 子外壳15相连。该前支座可由键20与定磁环组件保持架5相连。所述的定磁环组件保持架5的结构如图5所示其为圆筒状；其贯通孔腔由大腔 25和小腔27组成，大腔25与定磁环组件19以及定磁环隔磁环17配合相连，小腔27处有 动磁环组件保持架1穿过；其右侧周边设有多个孔26，这些孔用于压紧螺杆6的安装，并且 均勻分布在小腔27的周围。所述的动磁环组件保持架1的结构如图6所示其为带有轴肩的圆筒，该圆筒设有 与转轴2相连的贯通孔28，轴肩处设有多个用于安装压紧螺杆6的安装孔29。本实用新型提供的磁悬浮水平轴小型风力发电机(简称发电机)的工作过程是 通过调节后端的轴向差动调节螺母11，使永磁轴承的定磁环组件19和动磁环组件4间的轴 向位置重合，从而使发电机的启动阻力矩达到最小；当桨叶叶片提供的转矩大于发电机中 的阻力矩时，桨叶叶轮在永磁轴承和机械轴承的共同支承下开始转动，动磁环组件4在磁 场力的支承下随转轴2—起转动，并带动发电机转子旋转，使发电机定子中的线圈切割磁 力线产生感应电动势，将机械能转化为电能。
5[0039] 本实用新型可广泛应用于广大无法架设输电线的偏远牧区、山区、海岛、边防哨 所、气象台站、中转台站，风能资源不丰富的地区或城市中，以及作为一种景观安装应用于 路灯、草坪灯、公园、别墅等解决其用电问题。
权利要求一种磁悬浮水平轴小型风力发电机，包括转轴、定子和转子，其特征是该发电机的转轴(2)的一端采用滚动轴承(13)支承，另一端采用永磁轴承支承，此端安装桨叶；该发电机的定子和转子布置在永磁轴承与滚动轴承之间。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于永磁轴承由动 磁环组件(4)和定磁环组件(19)构成，动磁环组件(4)通过动磁环组件保持架(1)由锁紧 螺母(3)安装在转轴(2)上，定磁环组件(19)安装在发电机的前支座(18)中。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于动磁环组件(4) 由多片NdFeB永磁环沿轴向叠加，磁化方向为轴向平行磁化，所述永磁环与转轴(2)之间利 用不导磁材料加工成的保持架和永磁环端部的隔磁环隔磁，该永磁环通过压紧螺杆固定在 保持架上。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于定磁环组件(19) 由多片NdFeB永磁环沿轴向叠加，磁化方向为轴向平行磁化，所述永磁环与转轴(2)之间利 用不导磁材料加工成的保持架和永磁环端部的隔磁环隔磁，该永磁环通过压紧螺杆固定在 保持架上。
5.根据权利要求2所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于动磁环组件(4) 和定磁环组件(19)之间的轴向偏移位移由轴向差动调节螺母(11)控制，该螺母安装在发 电机的后支座(14)上。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于在轴向差动调 节螺母(U)与后支座(14)之间设有轴承座(12)，它们依次由螺纹连接。
7.根据权利要求1或6所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于轴承座 (12)中安装的轴承为滚动轴承(13)。
8.根据权利要求2所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于前支座(18)由 螺栓与导向套筒(16)相连，该导向套筒通过螺栓与定子外壳(15)相连。
9.根据权利要 8所述的磁悬浮水平轴小型风力发电机，其特征在于前支座(18)由 键(20)与定磁环组件保持架(5)相连。
专利摘要本实用新型是一种磁悬浮水平轴小型风力发电机，包括转轴、定子和转子，其中转轴(2)的一端采用滚动轴承(13)支承，另一端采用永磁轴承支承，此端安装桨叶；其定子和转子布置在永磁轴承与滚动轴承之间。本实用新型将磁悬浮支承技术应用于传统小型风力发电机中，因此具有启动阻力矩小、结构简单、成本低、低风速起动和易于装配等优点。
文档编号F03D9/00GK201621017SQ20102012545
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者张锦光, 王晓光, 胡业发 申请人:武汉理工大学