专利名称：巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机，特别是垂直轴磁悬浮稀土永磁风力发电机。
背景技术：
能源危机和气候异常正在威胁着人类生存和发展，寻找清洁替代能源已成为世界 各国最紧迫的根本战略目标。风力发电作为当代理想的清洁能源之一，正引起全世界的广 泛关注。在已公开的现有技术中，将风力发电机按轴的取向分成两种，其一为水平轴，其二 为垂直轴风力发电机。目前已运行的风力发电机大多数为水平轴风力发电机。水平轴风力 发电机有许多致命的缺欠，一是风能利用率低，二是维护成本高，三是生态危害大。因此，有 被近年逐步兴起的垂直轴风力发电机取代的趋势。垂直轴风力发电机按风轮形状可分为 H型、Δ型(达里厄型)、Φ型、S型、旋翼型等。现有的垂直轴风力发电机常采用传统的机 械式滚珠轴承结构。采用磁悬浮轴承的风力发电机装置较少。其典型结构在发明专利200520032497. 150、实用新型专利ZL200610122794. 4中
均有示意性描述，似难于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用的巨型垂直轴全磁悬浮的稀土永磁风力发电机， 无论是径向还是轴向均采用磁悬浮技术，不采用滚珠轴承，而且发电机转子采用永磁体镶 嵌结构使之真正成为稀土永磁风力发电机。本发明的目的是这样实现的所述的巨型垂直轴全磁悬浮的稀土永磁风力发电机由风力机(1)、驱动轴(2)、径 向磁力轴承(3)、磁力离合器(4)、发电机(5)、轴向磁力轴承(6)组成。上述所有部件均安 装在垂直驱动轴(2)上。所述的风力机径向磁力轴承(31)安装在驱动轴上部，所述的轴向 磁力轴承(61、62)和磁力离合器安装在风力机与发电机之间驱动轴中部，所述的发电机径 向磁力轴承(31、34)转子安装在磁分离器下面的驱动轴(2)上，所述的发电机轴向磁力轴 承(6)安装在驱动轴之最下部。所述的风力机由叶片、斜拉钢索、驱动轴法兰盘、中心架支管、驱动轴、叶片夹座， 上下两组径向磁力轴承和下部两组轴向磁力轴承组成。所述径向磁力轴承由内外双园筒结 构组成，内筒外壁和外筒内壁的相对应位置上镶嵌有磁极相同的永磁体，构成斥力型轴向 多环迭加结构的磁场，双圆筒的内筒与驱动轴固定连接，外筒与固定基座连接或与高架固 定点连接。进一步，所述上部径向磁力轴承在高架固定点处设防雨伞，防止磁隙进水；所述下 部径向轴承其上部亦装有相同的防雨伞，防止磁隙进水。所述斜拉钢索，有16根37股钢丝绳、上法兰吊耳和锁紧扣组成，此种结构可减轻 风力机重量。所述驱动轴由驱动轴法兰、竖向钢管和中心架下法兰盘组成。
所述叶片夹座由上夹座、中夹座和下夹座组成。所述发电机由定子、转子、一对径向磁力轴承和轴向推力轴承组成。所述定子，包括定子铁心、定子槽和定子绕组组成。所述转子包括发电机主轴、转子、径向斥力轴承和轴向推力轴承组成，转子由矽钢 片跌合而成的铁心、开槽并镶嵌一定数量的特殊性能永磁体所和加固铜条组成。转子固定 在发电机主轴上。进一步，所述铁心镶嵌的永磁体采用一定数量铜条加以固定。进一步，所述永磁体为含Co的NdFeB永磁体。所述发电机上径向磁力轴承，参比上述风力机按相同规格制成。其推力轴承采用 半球形轴向推力轴承。本发明由于采用轴向磁力轴承来承载风力机驱动轴、发电机转子的自重，并在径 向使用了径向磁悬浮轴承，使得整个风力发电机的转动部分完全实现了磁悬浮。永磁体采 用镶嵌式结构不仅解决了低成本制造巨型磁悬浮垂直稀土永磁风力发电机的工艺问题，而 且便于维修和更换磁体。本发明之巨型垂直轴全磁悬浮的稀土永磁风力发电机具有风能转 换率高、维护成本低、无噪音、无生态危害、结构相对简单、启动风速低(小于1%)的优点， 便于大力推广和实现产业化。
具体实施例巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机采用高强度轻质碳纤维复合材料制造风力机的叶片(11)及防雨伞(叶片长54m， 宽14m ；防雨伞直径50m)。采用发电机制造的常规工艺和材料制造驱动轴(含联轴节)、磁 离合器、永磁发电机定子、转子与外壳、以及径向和轴向磁悬浮轴承。采用稀土永磁材料制造形状与性能各异的永磁体，用于磁悬浮轴承及发电机转子 制造。整体安装时，采用固定塔式起重机依次完成风力机各节吊装，之后安装叶片和防 雨伞。发电机安装须首先固定定子，之后安装转子及径向磁力轴承与轴向磁力轴承。调 试好后，加装联轴节及磁力离合器。完成以上各步骤后进行系统全面统一调整和测试，达到 标准后，才可试车。待考核数周后，系统各参数均能平稳运行后，正式投产。
图1是本发明之巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机的结构示意2是本发明之巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机磁悬浮之风力机，结构示 意3是本发明之巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机结构示意图上述图中，1为风力机，2为驱动轴，3为径向磁力轴承，4为磁离合器，5为发电机， 6为轴向磁力轴承，11为叶片，12为斜拉钢索，13为驱动轴法兰，14为中心架支管，15为叶 片夹座，21为驱动轴竖向钢管，22为上轴端，23为中间轴，24为下轴端，25、26为变径锥形法 兰，31、32为1对径向磁力轴承，51为发电机转子，52为永磁体，53为铜条，54为导磁材料，61、62为风力机轴向推力磁力轴承，63为轴向推力磁力轴承。
权利要求
巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机由风力机(1)、驱动轴(2)、径向磁力轴承(3)、磁力离合器(4)、发电机(5)、轴向磁力轴承(6)组成。所述风力机(1)、径向磁力轴承(3)、轴向磁力轴承(6)均安装在竖直驱动轴(2)上。所述巨型指风力机风轮直径和高度≥50m、发电机功率≥5MW的风力发电机。
2.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于所述风力 机(1)，由叶片(11)、斜拉钢索(12)、驱动轴法兰(13)、中心架支管(14)、驱动轴竖向钢管 (21)、叶片夹座(15)、上下各两组径向磁力轴承(31,32)和轴向磁力轴承(61,62)组成；在 径向磁力轴承(31、32)双园筒之间的内外壁相对应位置上镶嵌有磁极相同的永磁体，构成 斥力型轴向多环叠加结构。
3.根据权利要求2所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于在风力机 径向磁力轴承上永磁体磁环间有较薄的(< Imm)隔磁材料相隔(33)。
4.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于所述风力机 驱动轴(2)由上轴端(21)、中间轴(22)、下轴端(23)、联轴节(24)组成，在上轴端(22)与 中间轴(23)，中间轴(23)与下轴端(24)之间采用变径锥形法兰(25、26)连接，并要保证其 同轴度，防止径向摆动。
5.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于风力机轴向 磁力轴承(6)由一个平板式推力磁悬浮轴承(61)和一个半球形推力轴承(62)组合而成， 可保证轴向稳定性。
6.根据权利2所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于发电机转子 (51)由永磁体(52)、铜条(53)和导磁材料(54)组成，所述永磁体(52)为钕铁硼永磁材料 制成。
7.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于发电机转子 (51)在径向由两个径向磁力轴承(33、34)支撑，在轴向由至少一个半球形推力磁力轴承 (63)支撑。
8.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于所述巨型磁 悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机还包括在超常风速情况下可自动离合的滑动式磁力离合 器⑷。
9.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于发电机定子 由特定槽形的矽钢片叠加结构和电磁线绕组所组成。
10.根据权利1所述巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，其特征在于所述风力机 上轴端磁力轴承(13)外圆筒，固定于塔式吊悬臂梁上，其位置可调并自动定位。
全文摘要
巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机，由风力机、驱动轴、磁分离器、发电机、径向和轴向磁悬浮轴承组成。采用磁悬浮轴承在轴向承载风力机、发电机转子、驱动轴的自重，而且在径向使用了径向磁悬浮轴承，使整个风力发电机转动部分完全实现了磁悬浮。由于风力机直径和高度均等于或大于50m，采用钢索斜拉结构自重大大降低，使如此巨大的风力机可在风速小于1m/s时启动，这样可以大大地提高风能利用率。同时也降低生产和运行成本。采用磁力离合器，可保证在超常风速下，安全运行。使用稀土永磁材料生产的稀土永磁发电机，可有效地提高发电能力。使用碳纤维复合材料生产的叶片，质量轻、强度高，提高了叶片的使用寿命。本发明巨型磁悬浮垂直轴稀土永磁风力发电机具有无机械摩擦阻力、无噪音、启动风力小、结构简单、维护成本低、易实现产业化的优点，便于推广应用。
文档编号H02K5/16GK101936256SQ20091006722
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者侯长荣, 刘学江, 和发, 李博识, 王忠玉, 王琪, 陈天亨 申请人:王忠玉;李博识;刘学江