CN105141069A - 一种高性价比磁悬浮水平轴风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明揭示的水平轴半磁悬浮结构风力发电机，由发电机永磁转子体直接产生磁悬浮力，自动平衡风推力，从而消除了风推力在轴承中产生的摩擦损耗，提高了机组效率，可从风中获得更多能量，同时减少了轴承磨损和噪音，降低维修保养成本，提高机组寿命。风力发电机通常会受两种外力作用——重力和风推力，两种力都会产生摩擦损耗，半磁悬浮结构可用于消除水平轴机组的风推力摩擦损耗，或者消除垂直轴机组的重力摩擦损耗。但另一个力仍需由改进的轴承约束定位，使发电机磁场兼具磁悬浮功能，大幅降低磁悬浮改造成本，因此能在减少一半摩损，获得优异机械性能的同时，获得很高性价比，性能优异，具有很大实用价值。

Description

一种高性价比磁悬浮水平轴风力发电机组

技术领域

本发明属于涡轮发电机技术领域，具体地说，是提出一种具有磁悬浮特性的永磁风力发电机组结构。

背景技术

在风力发电技术领域，涡轮发电机将风中的动能转变为电能，涡轮机和发电机是必不可少的机电能量转换装置。为了从风中得到更多的能量，在涡轮机确定的前提下，希望机电系统有更小的摩擦阻力，更高的机组效率，更长的运行寿命，更低的机械噪声，更少的机械故障。带磁悬浮轴承的风力发电机能同时得到上述诸多优点。但是，增加通常的全磁悬浮装置后，整个风机的成本大幅上升，性价比下降，反而会增加度电成本，不利于风力发电机的推广应用，为此必须开发高性价比、低成本的新结构磁悬浮轴承风力发电机，以满足高端风电市场的需要。

发明内容

本发明的目的是通过所发明的半磁悬浮结构，来扭转风力发电机磁悬浮化困难的局面。半磁悬浮结构技术可以在有效消除轴承推力摩擦损耗的同时，大幅降低磁悬浮风力发电机组的成本，从而使磁悬浮风力发电机组提高效率多发电，并获得上述诸多种优点，还具有一个很高的性价比。

水平轴风力发电机组主要受两种外力作用——重力和风推力，全磁悬浮结构是无接触技术，能消除重力和风推力所产生的全部摩擦，但全磁悬结构复杂、制造成本相当高。本发明采用的是半磁悬浮结构，只消除风推力产生的摩擦，故有半磁悬浮(准磁悬浮)结构之称。

本发明的装置是这样实现的，一种磁悬浮水平轴风力发电机组，机组主要由涡轮机(1)、同步发电机组成，涡轮机(1)安装在转轴最前端，然后是制动器(2)、前轴承(3)和发电机转子轴(4)，最后端是后轴承(5)，发电机为永磁转子式，其特征为，转子磁场兼有磁悬浮结构的功能特性，轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承。

水平轴风力发电机组，采用通常径向磁场永磁同步发电机。在本发明的机组结构或者说发电机结构中，由于轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承，不需要也不可能由轴承来承受风推力，而是利用磁悬浮原理产生的磁悬浮力，来自动平衡风推力，消除了由风推力在轴承中产生的摩擦损耗，实现了风力发电机的磁悬浮化，并同时构筑了磁悬浮结构所带来的种种优点。同时，由于不再需要额外的磁体结构用来实现磁悬浮，所以其成本与原有非磁悬浮结构相当，造价增加有限，机组的性价比很高，有利于先进风电机组的磁悬浮化。

附图说明

图1、本发明的半磁悬浮风力发电机组纵剖图

图2、发电机转子受风推力作用轴向移动示意图

图3、发电机定转子间磁力线变化图

图4、本发明可自制的一种特殊二自由度轴承简图

图5、带倾角转轴的风电机组外形图

图6、一种导风自动偏航的下风向型磁悬浮机机舱外形图

图7、可增大磁悬浮力的双定转子发电机结构示意图

图8、永磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图

图9、励磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图。

具体实施方式

水平轴风力发电机组，采用通常的径向磁场永磁同步发电机，利用发电机转子永磁体与定子磁轭间产生的径向磁吸力，形成准磁悬浮力，平衡风推力，使风推力不再作用在轴承上而直接转移到定子上。采用磁悬浮，风推力通过磁耦合直接转移到定子和机座上，从而消除了应用轴承产生的轴向推力来平衡风推力，减少轴承机械磨损和噪音，在不增加或很少增加成本的前提下，利用技术优势，达到最佳的磁悬浮技术效果。

首先需要说明本发明产生磁悬浮力的机理。

图1为本发明的半磁悬浮风力发电机组纵剖图。图中，风力发电机由前轴承(3)、发电机转子轴(4)、后轴承(5)、定子(6)、转子(7)和端盖(8)组成，发电机转子轴即为涡轮机转子轴或连接到涡轮机转子轴。发电机为传统的永磁体径向磁场同步发电机，定子(6)上有电枢绕组，转子(7)上布置永磁体产生固定的场激励，轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承，该结构看起来与现有传统风力发电机组结构极为相似。由图可以明显看出，本发明中的轴承是一种特殊结构的双自由度轴承，既像传统发电机那样允许转子轴转动；又不同于传统发电机，因为传统发电机是不允许转子轴在轴向移动的，而本发明的发电机转子轴恰恰允许转子轴作轴向自由移动。通过轴向自由移动，才能得到磁悬浮力，这就是本发明结构上区别于传统机组的最明显结构特征。

图2为发电机转子受风推力作用轴向移动示意图。图2中，由于发电机转子轴与风轮机转子轴是一体结构。假设风推力为F，如图中左端自左向右的箭头所示，则由于转子轴可在轴向自由移动，风推力将直接作用在发电机转轴上，轴肯定会向右偏移一段距离，这位移又是怎样影响转子磁场呢。

图3为发电机定转子间磁力线变化图。图3a)为风推力为零时定、转子位置下的磁场图，此时，由于铁磁吸力作用，定、转子对齐，磁力线都垂直于转轴轴线，其各向磁合力相等且互相抵消，所以并没有轴向力。

图3b)为风推力作用时定、转子产生位移位置下的磁力线图。此时，由于风推力的作用，转子轴向右移动，使定、转子间的磁力线被拉长，磁力线被拉长而不再与轴线垂直，拉长的磁力线虽然沿径向的各向分力仍可抵消，但它们在轴向会产生一个新的合力P，P的方向如箭头所指自右向左，这可以看作一种新产生的磁悬浮力，与风推力的方向相反，自然会减小风推力的影响；且该磁悬浮力本身来源于风推力，所以能达到与风推力的自然平衡。合力P也可称为回复力，因为它总是趋向回复到转子未受外力作用时的位置。

以上作用过程与弹簧的机理类似，当没有外力作用时，弹簧不产生形变，也就没有位移；但当向其施加外力时，弹簧被压缩而产生位移，弹簧的位移量与外力成正比，外力越大，位移量也越大。弹簧的形变或称位移会产生一个弹力，也是一种回复力。弹力来源于外力，弹力与外力产生平衡时，弹力的大小即等于外力。

以上为磁悬浮力产生的原理性说明，本发明的磁悬浮结构原理，已为实验样机所验证。

在本发明中，风推力越大，转子的位移越多。这样，通过转子位移，就产生出一个对抗风推力的轴向力，所以风推力不可能再作用在轴承中，轴承也不承担外力平衡的作用，因此，轴承运转时也就没有了相应的摩擦力，自然也不存在风推力摩擦损耗。

没有了风推力摩擦，也就意味着，风电机组的效率会有所提高，同样的风况下，风轮机将获得更多的风能量。

风推力摩擦的消除减少了轴承磨损，轴承保养和修换的成本降低。

风推力摩擦的消除，减少了轴承噪音，风力发电机运转更平稳安静。

风推力摩擦的消除，提高了机组的可靠性，减少了机组故障率，延长了机组寿命。

可见，磁悬浮结构对风力发电有着诸多优点。

众所周知，在传统磁悬浮概念中，不管是磁悬浮电机还是磁悬浮高速铁路，要创造任何一种磁悬浮力，通常都要增加磁体，最简单的方法是采用斥力型磁悬浮。要产生同性相斥的磁悬浮力，必须要二组磁铁，所以成本较高，但斥力型磁悬浮本身可以自己保持平衡，这是其优点。

吸力型磁悬浮即利用铁磁吸力产生的磁悬浮力，只需一组磁体就够了，磁体的成本较斥力型低。但是，吸力型磁悬浮没有自稳定能力，通常得靠外加控制才能维持平衡状态，所以实施起来，并不容易。

总之，传统的磁悬浮，对风力发电机来说，其重大缺陷是结构复杂、制造困难、价格高昂。

如何降低磁悬浮风力发电机的造价，成为磁悬浮结构能否在市场中取代普通风力发电机的决定性因素。根据对市场需求的分析，本发明的半磁悬浮结构是能达到提高机电性能和性价比双重目标的合理选择。

风力发电机中通常有两种相互垂直的外部作用力——转子重力和风推力。全磁悬浮能同时消除两个力的摩擦损耗，但制造难度大、成本高。半磁悬浮结构则只能消除一种力的摩擦，但对另一个外力，则仍需要保留轴承，给予平衡约束。由于半磁悬浮结构简单，制造成本低，性价比比较高，非常适合风电领域使用。

半磁悬浮结构机组，只消除一个摩擦阻力而利用双自由度的轴承约束另一个力，这样可降低大约一半的摩擦损耗，故有半磁悬浮之称。例如在水平轴机组中，半磁悬浮结构可以消除风推力产生的摩擦损耗，而无法消除重力产生的摩擦损耗。在垂直轴机组中则恰好相反，半磁悬浮结构可以消除重力产生的摩擦损耗，而无法消除风推力产生的摩擦损耗。半磁悬浮总只能消除一种或大致认为一半的摩擦损耗，故有半磁悬浮之称。

本发明的特点是，一种直接利用发电机本身的磁体，不再需要外加控制的铁磁吸力型磁悬浮，而且是无需外加控制就能达到随遇平衡的磁悬浮，产生自平衡的磁悬浮力。本发明的磁悬浮结构，制造也很容易，制造成本与非磁悬浮的普通发电机相当，所以就达到了其它磁悬浮都不易达到的高性价比，有着巨大的市场经济前景。

在本发明的水平轴机组中，可以消除风推力产生的摩擦损耗，但是不可能消除转子重力所带来的摩擦损耗，所以不能像全磁悬浮那样取消轴承。

仔细分析还可以发现，在微风下，风推力比较小，所以磁力线拉长的程度也较小，电动机气隙磁场的变化不大。而在大风中，风推力随风速的增强而显著增大，所以转子位移较大，磁力线越来越长。磁力线被拉长时，相当于空气中磁路变长，磁阻增大，所以气隙磁场有一定的降低，相对于现有传统发电机磁场始终不变而言，意味着磁悬浮发电机电压也有一定降落，这一特性与现有传统发电机相比，在风速变化过程中，本发明机组在高低风速变化下，发电机电压差比传统机组将有所降低，这相对于在不同风速下，电压变化率减小，有利于电力变流系统的稳定工作。

本发明的轴承与传统机组不同，通常有两种商品可从市场直接购买，也可自制或定制。第一种就是图中所示的轴瓦型，轴瓦型既可以提供转动自由度，又能提供轴向移动自由度，满足本发明的需要。也可购置滚珠型轴承，与传统滚珠轴承不同的是，本发明中的双自由度滚珠轴承有多排滚珠均布在径向和轴向，所以既能像传统滚珠轴承一样满足转动的需要，也能沿轴平滑移动，而后者在传统滚珠轴承中是不允许的。

图4为本发明可自制的一种特殊二自由度轴承简图。图中，轴承内圆环(31)的外表面放滚珠(32)，滚珠外端为轴承外圆环(33)，轴承外圆环的内表面为圆形，而外表面为非圆形(不易转动的形状)，这样的轴承，与传统轴承的制造方法基本相同，仅区别于轴承外环外缘的不同。

所以本发明的自制轴承也不难，这可从传统的滚珠轴承中得到启示。例如，只要将传统轴承的外环外端改变形状，使其不易转动就可以了，例如外环外端可以采用三角形、矩形、多边形或带线凸、键槽的圆形，等等都可根据具体机组的配合方式设计。图中轴承外环外端为矩形，将该轴承安置在一个同样是矩形的配合机座槽内，转轴就可以在轴向自由移动。采用本节推荐的外环为非圆形双自由度轴承时，滚珠就可以改成滚柱，滚柱是线接触，其承载力比点接触的滚珠大得多，适合在大重量的风力发电机上使用。

所述非圆形外环外端的双自由度轴承牢固安装在转子轴上，使转子获得转动自由度，轴承外环则位于基座凹槽中，获得轴向自由度。槽中充放润滑油剂，以提高位移润滑的获得度。

在一定的机组设计中，如果前轴承两边的重力相等或接近相等，则可适当放宽前轴承尺度，而省略后轴承，使机组成为仅有前轴承的单轴承结构。

本发明的机组可以在不同功率等级的风电产品中广为使用，从小至几瓦级的微型机至几兆瓦级的大型机，都可采用本发明的结构实现磁悬浮化。

在小型机中，一般不设机械制动器，强风制动可由发动机电枢绕组短接产生的制动力矩实现。

在大型机中，一般都设置机械制动器，由于在直驱机组中，涡轮机转轴与发电机转轴连成一体，整个转轴产生的轴向移动可能影响制动器，所以制动器应该采用允许轴向移动的新结构。

此外，大型机的转轴通常不采用全水平轴上风向涡轮机，而是采用带有一定倾角的结构，以防止大风推力产生的叶片变形，避免叶尖碰撞塔筒。考虑到塔筒或支撑杆对涡轮机的影响，水平轴机组通常采用上风向布置，即风先吹到涡轮机，然后经塔筒成为尾流。但为利于偏航系统的设计或为了取消小风机中的尾翼，也有采用下风向布置的涡轮机。

图5为带倾角转轴的风电机组外形图。图5a)为上风向涡轮机，图5b)为下风向涡轮机。在这些机型中，由于重力分力的影响，即使无风，受转子重力分力作用，转轴也会有一个初始位移。当风力涡轮机正对风向时，风推力与重力的分力叠加共同作用，对上风向涡轮机，将增加轴向位移，所以磁悬浮机组在减小不同风况下发电机电压差的同时，也会降低发电机输出容量，在系统设计中应该对此有所考虑。

在下风向涡轮机组中，可以采用全水平轴布置，也可以采用带有一定水平倾角的结构。如图所示，如果采用带有一定倾角的结构，则受重力分力产生的转轴初始位移方向，与风推力产生的位移方向相反。当风力发电机转动时，风推力与重力分力叠加共同作用的结果，起始端将增加发电量，这有利于增加微风发电量，而越过平衡点后将降低发电量，其实际对发电机输出容量的影响比较复杂，在系统设计中更应该充分考虑，以对此特性有更好的开发利用。

图6为一种导风自动偏航的下风向型磁悬浮机机舱外形图。

下风向型磁悬浮风力发电机的偏航性能比上风向型优越，偏航稳定性良好。如果采用本发明的导风偏航机舱，则可实现自动偏航，省略一套偏航系统的配置，降低机组成本。当然，现有大型风电系统在超速风况中必须依靠偏航侧风，以降低机组损毁的风险。如果因采用本发明的自动导风偏航完全取消偏航系统的配置，则可采用调桨成顺桨的方法防止大风对涡轮机可能产生的破坏。另外，采用自动导风偏航后，机舱向地面输电也要改由滑环电刷来解决，这样一来，电缆缠绕的问题也可迎刃而解。

图6所示机舱外形形如一把竖置的钝斧，斧口对准来风，机舱与塔架的连接处设在机舱后部，这样，任何方向的风都能使机舱带动涡轮机自动转到下风向，完成自动导风偏航的功能。

图7为可增大磁悬浮力的双定转子发电机结构示意图。

为了增大磁悬浮力，可将定转子拆分成两个部分，中间留有足够空间。因为对于直径确定的发电机，磁悬浮力的大小主要决定于轴向位移，而与定转子轴向长度关系较小。为此，将定转子分成两段后，同样大小的轴向位移，所产生的磁悬浮力将有效增大。定转子磁轭分成两段后，但电枢绕组也可仍为一组，不必拆分成两组。在该结构中，两个定子磁轭齿槽可以错开半个齿，这样可以降低发电机的齿槽效应，发电机转动更轻巧稳定，发电机的齿槽损耗也将有所减少。

根据图7的双定转子发电机结构，图8为另一种双定转子发电机结构，称为永磁型同步/异步二次发电风力发电机结构的示意图。

图8为永磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图。

同步/异步二次发电机又称PCT发电机。图中，PCT的左半部定转子构成一台转枢式永磁型同步发电机，不同于大量生产的转场式同步机的是，磁场在定子端，转子上的电枢绕组将输出一个与转速方向相反的三相交流功率。图8右半部定转子为一台双馈发电机，与传统的双馈异步风力发电机相似，转子绕组为输入端，定子绕组为输出端。

也就是说，本发明所述的永磁型同步发电机也可以用永磁同步/异步二次发电机代替。永磁同步/异步二次发电机又称PCT发电机，它的设计思路是考虑到在大型直驱风力发电机中，太多的磁极分布在一个电机体中，将使电机直径大幅增加，而电机直径增加后，也会使庞大的机舱体增加迎风阻力并降低有效扫风面积，太大直径的发电机也会招致运输困难、成本上升。

为克服现有直驱发电机的缺点，PCT直驱机应运而生。

PCT发电机的学名为：极组合技术(PolesCombinationTechnology)发电机，即通过电机中磁极转移组合的结构改革，使同种或不同种电机的功能相互补偿以获得新功能，例如，完全不需要电刷的电机；例如既能作电动机发电机，又能作变频机应用的电机。

本发明所介绍的PCT直驱同步机，则是将同一发电机的磁极从圆周向增加转移到轴向扩展，针对大型直驱机必须采用多极结构，低速机又必须增大电机直径，致使发电机变成粗胖饼形，致使机舱空气动力特性恶化、重心偏离塔筒所带来的不利结构影响。PCT首先将电机极从一个定子转子改变为二个定子转子，而这双定子双转子相加的极对数，恰巧等于原有直驱机的极对数，例如，原本84极的直驱机，可以分拆为40极和44极的双定子双转子的PCT发电机。经过PCT技术改进，发电机还是低速直驱的，但每台电机的直径自然可以因为极对数的减半而大为缩小，相反地，沿轴向分布的二个定子二个转子，却在电机径向缩减的同时，使轴向长度增加了3-4倍，PCT技术可使直驱机的外形又从扁平如饼的形状恢复为高速电机的传统细长体型。如采用PCT技术，直驱机先导Enercon公司的E-40型500kw无齿轮直驱发电机，直径可从4.8m缩减到约2.9m，而西门子的SWT3.6-107型3.6MW直驱机，直径可由5.5m减为约3.3m。采用PCT技术，即使是5MW直驱式风力发电机的直径也不会超过4米，直驱机的机舱宽度也可缩小约30％，使直驱机机舱的空气动力特性大为改观，机舱迎风阻力将有效降低。

众所周知，4米是陆上超高超宽大件运输的一道难以逾越的坎，超过此限，运输成本将成倍增加。首先，超高超宽物件无法采用经济快速的铁路运输，公路运输也受到立交桥高度的限制，运输难度大、成本高，而我国的许多风机制造厂集中在经济力量强、制造业发达的中东部地区，而大风电场处于西部或北部偏远地区的强风带，机组不得不经过陆路运输，成本很高，缩减发电机直径对降低风电场建设成本意义重大。

此外，细长的PCT发电机使机舱重心大幅度后移，直至回归塔筒范围，重心分布结构合理，机组的稳定性提高，将进一步改善塔筒和基础的结构力学状况，进一步降低二者的工程成本。

PCT风力发电机在机型结构上的改进有许多优越性，更因为其在电气性能上的创新，对机组发电效能产生良性影响。PCT发电机的发电机理也是一种创新。

PCT组合式发电机的电气构思实际上形成一个同步发电机和一个双馈发电机串联运行的电路格局，从而产生了一种称为同步——异步二次发电的新理论。

在图8的PCT发电机中，在未发电时，只有左半个定转子能产生磁悬浮力，右边的定转子只有在左半个发电机发出电后，才可能随着励磁电流的增大逐渐加大磁悬浮力。

图9为励磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构示意图。

图中，PCT的左半部定转子构成一台转枢式励磁型同步发电机，其它结构与图8类似。

从图8或图9中可以看出，如果将同步机转子绕组与双馈机转子绕组反相序连接，那么由同步机输出的电功率将在异步机转子中产生一个与转速同方向的旋转磁场，该旋转磁场将加速切割双馈发电机定子的电枢绕组，定子绕组将输出加倍的电功率，二次发电的机理得以实现。这时，如果二台发电机的极对数分别为P1和P2，那么该PCT发电机就相当于一台极对数为(P1+P2)的普通同步发电机。

虽然本发明中的PCT风力发电机在电气外特性上等同于德国Enercon公司的励磁同步机种，但是德国E型发电机是必须用电刷滑环，将励磁电流送到转子的有刷机，而PCT同步机的磁场在定子上，无需电刷滑环传送励磁电流，而其转子电能可以通过后面双馈异步机的定子输出；对于后面的双馈异步机而言，虽然现有的传统双馈发电机的转子上也必须有电刷滑环，用来输送转差功率，但在PCT发电机中，双馈异步机转子部分的馈电，恰巧可以通过前面的同步发电机转子绕组直接供电，当然也无需电刷滑环。所以不难看出，PCT风力发电机的转子功能，都被转移到串联机组另一半的定子上了，即左边定子为磁场，右边定子为输出绕组。所以从本质上讲，PCT发电机具有天然的无刷功能优势，而且这一无刷功能，比目前最先进的无刷同步发电机更先进，因为后者转子上必须增添旋转整流器等电子器件才能形成直流励磁电流，而电子器件的价格高、可靠性低，极易损坏。但是，PCT发电机中却无需任何电子器件，就能实现无刷，所以PCT电机的可靠性远比现有的无刷发电机更胜一筹。

PCT风力发电机的在电气上的另一特点是，虽然PCT机内也有一个双馈发电机，但与当前作为主流机型的现有双馈异步机不同，在PCT的双馈机中，不再存在低电压穿越的技术障碍。

众所周知，双馈异步机的致命弱点是存在低电压穿越的技术弱点，其产生原因是，当电网电压出现不正常降落时，希望任何一台并网发电机都能增加输出以维持电网电压稳定，但是由于双馈机的转子励磁和转子有功功率均取自电网侧，定子要求转子输送更大功率，又遇到电网电压低的困境，使转子变频器雪上加霜，只有用增加电流的办法加以弥补，从而造成变频器严重过流，极易过载损坏。而对PCT机中的双馈异步机言，转子电能取自同步发电机，与电网电压降落无直接因果关系，只要风轮透平机所提供的机械能足够，只要电网能满足PCT所需微小的直流励磁，PCT机就能向电网输送超额的暂态电功率，不存在低电压穿越问题，所以PCT机有利于帮助电网恢复电压稳定，双馈异步机的低电压穿越问题被PCT技术从源头上得以克服。

从以上分析中不难看出，PCT同步风力发电机是集中直驱机技术和双馈机技术各自优点，经过优势互补而集成为一体的先进技术机种。

PCT同步发电机的发电机理是同步/异步二次发电，这一机理既来源于现有的同步发电原理和异步发电原理，又区别于现有任何一种应用中的发电机，是一种新发电机理。按PCT的同步/异步二次发电原理，机械能首先驱动同步发电机，将部分机械能转化为电能，然后这部分电能被输送到双馈异步机转子上产生一个旋转磁场，由于其旋转方向与转轴方向一致，这个旋转磁场被加速，以加倍的速度对双馈异步机定子切割进行第二次发电，又有部分机械能转化为电能，这部分机械能与由同步机输送过来的电能一起通过异步机定子向外输出。在分析异步发电机的能流时，可以把其输出的全部电能分成二部分，一部分是由同步机输入的电能，这部分电能实际上相当于用变压器原理输送到异步机定子，相当于转差功率，而另一部分电能是由转轴提供的机械能转化过来的。由于同步/异步二次发电的过程发生在PCT机的内部，从外部效果来看，PCT同步电励机与传统电励磁型同步发电机相似，但是，经过PCT的二次发电，电刷都被取消了，电机直径变小了，机组重心后移了，PCT的种种技术效果也突出显现了。

本节所介绍的内容，也适用于采用励磁型而不是永磁型发动机的情况。

关于励磁型磁悬浮同步/异步二次发电机结构对于磁悬浮特性的影响，有必要强调的是，在不发电时，左右两边电机均无磁场，所以不可能产生磁悬浮力，因此在机组设计中，应充分考虑到在遇到大风情况下，很大的风推力将迫使转轴移动情况的发生，应该设置轴向限位，以提高机组的安全性。同时，类似于现有大型风机的安全处置措施，即模仿在超过风速时，传统机组仍保证偏航系统供电的做法，在本发明的励磁型磁悬浮同步/异步二次发电机中，保持对励磁绕组的供电，使该机左半个电机有足够强的磁场实现磁悬浮功能，以抵挡强风推力的影响，保证设备安全。

有关PCT发电机的其它详述，可参见中国实用新型专利ZL200420091099.2。

以磁悬浮结构为先导，本说明书已对风力发电机组中的涡轮机、转轴、发电机、制动器、轴承、机舱、偏航装置、发电特性等作了披露说明，特别是新结构产生磁悬浮力的机理作了详细描述，并有实验样机的实践；对其优缺点和技术的实施要点和难度也作了客观分析。相信任何读懂本说明书的实践者，将有足够能力制造出新结构的、性能卓著的磁悬浮风力发电机整机产品。

Claims (10)

1.一种磁悬浮水平轴风力发电机，机组主要由涡轮机(1)、同步发电机组成，涡轮机(1)安装在转轴最前端，然后是制动器(2)、前轴承(3)和发电机转子轴(4)，最后端是后轴承(5)，发电机为永磁转子式，其特征为，转子磁场兼有磁悬浮结构的功能特性，轴承(3和5)为转向和轴向双自由度轴承。

2.权利要求1所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，轴承(3和5)为轴瓦型或滚珠型。

3.权利要求1或权利要求2所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，轴承(3和5)的外环外端为非圆形的滚柱或滚珠轴承。

4.权利要求1或权利要求3所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，机组为单轴承(3)结构。

5.权利要求1所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，机组为从几瓦级的微型机至几兆瓦级的大型机的全功率范围。

6.权利要求1所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，涡轮机为上风向型或下风向型。

7.权利要求1或权利要求6所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，采用导风自动偏航机舱的下风向型涡轮机。

8.权利要求1所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，发电机为双定转子结构。

9.权利要求1或权利要求8所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，发电机为永磁型同步/异步二次发电风力发电机结构。

10.权利要求1或权利要求8所述的磁悬浮水平轴风力发电机，其特征为，发电机为励磁型同步/异步二次发电风力发电机结构。