CN111878328A - 用于垂直轴风力发电装置的悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及风力发电技术领域，提供了一种用于垂直轴风力发电装置的悬浮轴承。本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承包括：传动轴系，传动轴系的上方设置有与其连接的中心支撑柱；转子和定子，定子位于转子外部，转子与传动轴系和中心支撑柱连接并能够随中心支撑柱旋转；至少一组磁悬浮单元，磁悬浮单元能够在电磁吸引力的作用下带动转子相对于定子悬浮；至少一组气动力悬浮单元，气动力悬浮单元连接转子和中心支撑柱并且能够产生促使转子相对于定子悬浮的升力。本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，将磁悬浮单元的电磁力和气动力悬浮单元的气动力结合，产生了巨大的浮力，扩大了风机相对于风速变化的做功范围。

Description

用于垂直轴风力发电装置的悬浮轴承

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于垂直轴风力发电装置的悬浮轴承。

背景技术

随着全球气候变暖，减少CO₂的排放量已是全世界关心的问题，可再生能源的开发是一个在全球备受瞩目的新课题。特别是风能的利用，开辟了一个降低二氧化碳排放量的绿色通道。风能的蕴藏量巨大，且分布广泛，就地可取，无需运输，利用方便。风能的利用已从最初的风力提水，风力助航等发展到今天的风力发电。

由于中东南部的风力资源远低于“三北”地区，中东南部的年平均风速能达到5m/s以上的风资源有9亿kw，这部分资源如能开发出来，将是一个巨大的财富。由此，开发适用于中东南部低风速区的风力发电机已成为目前风电行业的热门。

通常，开发适用于中东南部低风速区的风力发电机主要从两方面改进：一是改进风力机的结构，适应低风速区风力发电特点的要求；二是提高风力发电的效率。而提高风力发电的效率是一个快速提升风力发电适用于低风速区的关键技术点，而提高效率中很重要的一点就是降低风力发电机运转中风能的损失，而造成风能损失的最大原因来源于风力发电的轴承。所以业内人员下了很大的功夫来降低轴承损失，并取得了很好的成绩。但随着风力发电机单机功率的增加，轴承的承载力在加大，其结构尺寸也在加大，这样就给轴承的制造带来了很多困难，加大了投资成本。特别是近几年垂直轴风力发电装置快速发展，对轴承的技术要求越来越高，也出现了各种各样的解决方案，但是，降低轴承的损失还是不够理想，由此，如何设计一种新的轴承，让风力发电的涡轮转子悬浮起来，使其无接触运转，可消除轴承的机械摩擦损失，使垂直轴风力发电装置更适用于低风速成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种用于垂直轴风力发电装置的悬浮轴承。

根据本发明的一个实施例，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承包括：传动轴系，所述传动轴系的上方设置有与其连接的中心支撑柱；转子和定子，所述定子位于所述转子外部，所述转子与所述传动轴系和所述中心支撑柱连接并能够随所述中心支撑柱旋转；至少一组磁悬浮单元，所述磁悬浮单元能够在电磁吸引力的作用下带动所述转子相对于所述定子悬浮；至少一组气动力悬浮单元，所述气动力悬浮单元连接所述转子和所述中心支撑柱并且能够产生促使所述转子相对于所述定子悬浮的升力。

根据本发明的一个实施例，至少一组所述磁悬浮单元包括：第一磁悬浮单元，所述第一磁悬浮单元围绕所述传动轴系设置，并与所述传动轴系固定连接。

根据本发明的一个实施例，至少一组所述磁悬浮单元还包括：第二磁悬浮单元，所述第二磁悬浮单元分别设置在所述转子的不同高度上，并与所述转子固定连接，其中，所述第二磁悬浮单元与所述气动力悬浮单元对应设置。

根据本发明的一个实施例，所述磁悬浮单元包括：轨道支架，所述轨道支架的上方设置有磁悬浮轨道；电磁铁，所述电磁铁与所述磁悬浮轨道对应设置；转向架，所述转向架的两端分别连接所述电磁铁，其中，所述电磁铁能够在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道，以使所述电磁铁经由所述转向架带动所述转子悬浮。

根据本发明的一个实施例，还包括驱动单元，所述驱动单元包括：滚轮机构，所述滚轮机构连接在所述转向架的下方，且所述滚轮机构能够与所述磁悬浮轨道滚动摩擦产生电力，以使所述电磁铁在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道；供电单元，所述供电单元与所述电磁铁电连接，以使所述电磁铁在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道。

根据本发明的一个实施例，所述气动力悬浮单元包括：上翼板和下翼板，所述上翼板和所述下翼板彼此相对设置；双翼加强板，所述双翼加强板的上表面与所述上翼板连接，且下表面与所述下翼板连接；连接板，所述连接板分别连接在所述上翼板和所述下翼板的两端；其中，所述连接板分别与所述转子和所述中心支撑柱连接。

根据本发明的一个实施例，所述传动轴系包括：联轴器，所述联轴器内套设有传动轴，所述传动轴的一端连接有法兰；中心磁悬浮支撑板，所述中心磁悬浮支撑板套设在所述传动轴上，且两端分别与所述第一磁悬浮单元连接；突肩连接板，所述突肩连接板套设在所述传动轴上，并与所述中心磁悬浮支撑板的下表面相连接；加强筋板，所述加强筋板设置在所述传动轴的四周，且与所述传动轴的外壁和所述法兰的下表面连接，其中，所述法兰与所述转子连接。

根据本发明的一个实施例，还包括：减震器，所述第一磁悬浮单元的所述减震器设置在所述转向架与所述中心磁悬浮支撑板之间，以将电磁浮力经由所述中心磁悬浮支撑板传递给所述转子；所述第二磁悬浮单元的所述减震器设置在所述转向架与所述转子的转子下卫带之间，以将电磁浮力经由所述转子下卫带传递给所述转子。

根据本发明的一个实施例，还包括：旋转轴，所述旋转轴贯穿所述转向架的中间部位，且所述转向架可围绕所述旋转轴进行圆周运动，其中，所述第一磁悬浮单元的所述旋转轴与所述中心磁悬浮支撑板连接，所述第二磁悬浮单元的所述旋转轴与所述转子下卫带连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一磁悬浮单元的所述供电单元的一端设置在所述中心磁悬浮支撑板上，且另一端设置在中心磁悬浮支架上；所述第二磁悬浮单元的所述供电单元的一端设置在所述转子下卫带上，且另一端设置在所述定子的定子下卫带上。

本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，将磁悬浮单元的电磁力和气动力悬浮单元的气动力巧妙地结合，产生了巨大的浮力，构成了一个使转子脱离轨道、无摩擦的、多功能的悬浮轴承，可使风力机的切入风速降低到1m/s左右，扩大了风机相对于风速变化的做功范围。同时，大大提高了风能的转换系数，有效地增加了风电机组的等效满发小时数，大大降低了每千瓦时的投资成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承的结构示意图；

图2为图1示出的传动轴系的结构示意图；

图3为图1示出的第一磁悬浮单元的结构示意图；

图4为图1示出的第二磁悬浮单元的一种结构示意图；

图5为图1示出的第二磁悬浮单元的另一种结构示意图；

图6为图3示出的转向架的结构示意图；

图7为图3示出的磁悬浮轨道的结构示意图；

图8为图3示出的滚轮机构的结构示意图；

图9为图3示出的供电单元的结构示意图；

图10为图1示出的气动力悬浮单元的结构示意图；

图11为图10示出的气动力悬浮单元的A-A剖面图；

图12为图1示出的中心磁悬浮支撑架的结构示意图。

附图标记说明：

1-传动轴系；2-第一磁悬浮单元；3-第二磁悬浮单元；5-气动力悬浮单元；6-中心支撑柱；7-定子；8-转子；9-中心磁悬浮支架；11-联轴器；12-传动轴；13-突肩连接板；14-中心磁悬浮支撑板；15-加强筋板；16-法兰；21-轨道支架；22-电磁铁；23-转向架；24-磁悬浮轨道；25-滚轮机构；26-减震器；27-供电单元；28-旋转轴；51-上翼板；52-下翼板；53-双翼加强板；54-连接板；71-定子下卫带；81-转子下卫带；91-支撑梁；92-内立柱；93-斜拉筋；94-供电单元支撑板；95-筋板；96-外立柱；231-固定架；232-转向架支撑板；233-自润滑轴套；241-轨道枕铁；242-绝缘垫块；243-轨道；251-滚轮；252-滚轮轴；253-螺帽；254-吊架；255-轴承；271-零线；272-零线输入端子；273-零线动态支撑架；274-接线子；275-绝缘板；277-火线动态支架；278-火线输出端子；279-火线静止支撑架；280-火线；282-配电柜；284-零线输入支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

现参照图1至图11，对本发明提供的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

图1为本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承的结构示意图。如图1所示，在本发明的一个实施例中，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，包括：传动轴系1，传动轴系1的上方设置有与其连接的中心支撑柱6；转子8和定子7，定子7位于转子8外部，转子8与传动轴系1和中心支撑柱6连接并能够随中心支撑柱6旋转；至少一组磁悬浮单元，磁悬浮单元能够在电磁吸引力的作用下带动转子8相对于定子7悬浮；至少一组气动力悬浮单元5，气动力悬浮单元5连接转子8和中心支撑柱6并且能够产生促使转子8相对于定子7悬浮的升力。

具体地，转子8套设在定子7的外部，且转子8与定子7无机械连接。中心支撑柱6设置在转子8的中心位置，转子8能跟随中心支撑柱6旋转。传动轴系1位于中心支撑柱6的下方，并与中心支撑柱6连接，同时传动轴系1还与转子8的底面相连接。

磁悬浮单元与转子8连接，磁悬浮单元能够在电磁吸引力的作用下带动转子8相对于定子7悬浮，进而在风能的作用下，转子8可无摩擦旋转。进一步地，磁悬浮单元可以为多组。

气动力悬浮单元5的一端与转子8连接，另一端与中心支撑柱6连接。在磁悬浮单元产生电磁力，促使转子8悬浮起来后，当转子8转动时，在气动力悬浮单元5上产生了向上的浮力，进而将转子8浮起到一定的高度。气动力悬浮单元5将转子8的动力单元和中心支撑柱6连接在一起，形成了一个整体的转子8。气动力悬浮单元5具备两个作用，一是连接作用；二是气动力悬浮作用。进一步地，在本发明的一个实施例中，气动力悬浮单元5为多组，且每组均有数个气动力悬浮单元5，因此，气动力悬浮单元5承接浮力的能力很大。

本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，将磁悬浮单元的电磁力和气动力悬浮单元的气动力巧妙地结合，产生了巨大的浮力，构成了一个使转子脱离轨道、无摩擦的、多功能的悬浮轴承，可使风力机的切入风速降低到1m/s左右，扩大了风机相对于风速变化的做功范围。同时，大大提高了风能的转换系数，有效地增加了风电机组的等效满发小时数，大大降低了每千瓦时的投资成本。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，至少一组磁悬浮单元包括：第一磁悬浮单元2，第一磁悬浮单元2围绕传动轴系1设置，并与传动轴系1固定连接。在本发明的一个实施例中，至少一组磁悬浮单元还包括：第二磁悬浮单元3，第二磁悬浮单元3分别设置在转子8的不同高度上，并与转子8固定连接，其中，第二磁悬浮单元3与气动力悬浮单元5对应设置。

具体地，第一磁悬浮单元2围绕传动轴系1设置，并与传动轴系1固定连接，在第一磁悬浮单元2产生的电磁吸引力的作用下，第一磁悬浮单元2向上运动带动传动轴系1向上运动，进而传动轴系1带动转子8悬浮。进一步地，在本发明的一个实施例中，可选地，第一磁悬浮单元2为一组，一组第一磁悬浮单元2内第一磁悬浮单元的数量为数个或数十个。

具体地，在本发明的一个实施例中，第二磁悬浮单元3为多组，且每组分别设置在转子8的不同高度上，并与转子8固定连接。在第二磁悬浮单元3产生的电磁吸引力的作用下，第二磁悬浮单元3向上运动，进而带动转子8悬浮。并且第二磁悬浮单元3与气动力悬浮单元5对应设置，即，每组第二磁悬浮单元3均在与其同等高度上对应设置一组气动力悬浮单元5。进一步地，在本发明的一个实施例中，可选地，第二磁悬浮单元3共有4组，且每组内第二磁悬浮单元3的数量为数个或数十个。

需要说明的是：第一磁悬浮单元2和第二磁悬浮单元3的设置位置和组数可根据具体工况而定，而不仅限于本发明实施例中所述的情形。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，磁悬浮单元包括：轨道支架21，轨道支架21的上方设置有磁悬浮轨道24；电磁铁22，电磁铁22与磁悬浮轨道24对应设置；转向架23，转向架23的两端分别连接电磁铁22，其中，电磁铁22能够在电磁吸引力的作用下被吸引移向磁悬浮轨道24，以使电磁铁22经由转向架23带动转子8悬浮。

具体地，轨道支架21是磁悬浮轨道24的支撑体，可用来调整磁悬浮轨道24的高度，同时，轨道支架21还承受着磁悬浮轨道24的静载荷，以及电磁铁22和磁悬浮轨道24相吸引的电磁吸引力的反作用力，轨道支架21将这些静载荷和动载荷传递给中心磁悬浮支架9。

当电磁铁22通电后，左右对称布置的两个电磁铁22组成一个磁悬浮电磁铁单元，产生了强大的电磁场。电磁铁22与磁悬浮轨道24对应设置，产生了强大的吸引力，在电磁吸引力的作用下，电磁铁22相对于磁悬浮轨道24向上移动，进而带动转向架23向上移动，转向架23通过减震器26将电磁浮力传递给转子8，使得转子8悬浮。

在此，之所以采用电磁铁22获得磁场，是因为磁场强度可以通过电磁铁22的电流强度来调节，改变电流的大小，可以改变磁场强度，磁场强度的改变，一方面可以改变磁悬浮单元的悬浮高度，另一方面可以控制转向架23的径向位置。在垂直轴风力发电装置的悬浮轴承的圆周方向设置有多个磁悬浮单元，如果磁铁22在相对磁悬浮轨道24运动的过程中，转向架23偏离了中心，改变磁场强度，可以使转向架23回归到和磁悬浮轨道24相对应的位置上，也就是说磁悬浮单元中的磁场还具有校正转子8的作用。

进一步地，如图6所示，在本发明的一个实施例中，转向架23包括：固定架231、转向架支撑板232和自润滑轴套233，其中，左右两个固定架231分别固定连接在转向架支撑板232的下部，且左右两个固定架231分别与电磁铁22以具有强力绝缘的方式相连接。转向架支撑板232的中间位置形成有自润滑轴套233，旋转轴28穿过自润滑轴套233与中心磁悬浮支撑板14连接，转向架23可通过中心磁悬浮支撑板14跟随转子8相对磁悬浮轨道24进行自由转向的圆周运动。进一步地，在本发明的一个实施例中，自润滑轴套233采用材料为聚四氟乙烯或其他具有自润滑作用的材料。

由于磁悬浮轨道24是一个大圆环轨道，转向架23在转动过程中是一个连接转弯的过程。因此，旋转轴28和转向架支撑板232需采用滑动连接，以保证转向架23连续转弯。中心磁悬浮支撑板14和转向架支撑板232之间装设有减震器26以保证磁悬浮单元的震动不会传递给传动轴系1，进而传递给转子8。转向架23的转向架支撑板232的下方还悬吊有滚轮机构25。

进一步地，如图7所示，在本发明的一个实施例中，磁悬浮轨道24包括：轨道枕铁241、绝缘垫块242和轨道243。轨道枕铁241与轨道支架21固定连接，绝缘垫块242设置在轨道枕铁241的两端，并分别连接有轨道243。

轨道枕铁241的上表面平整，在风机停止转动时，轨道枕铁241支撑滚轮结构25，轨道枕铁241的上平面是垂直轴风力发电装置的悬浮轴承的“0”位置，轨道枕铁241上安装有测距遥感传感器，用以时刻监控轨道枕铁241的上平面和滚轮251之间的距离，也即磁悬浮高度。两个轨道243相对于轨道枕铁241的中心对称设置，形成一个大圆环结构。绝缘垫块242一方面用作调整轨道243和电磁铁22之间的距离，另一方面可调整轨道243的储磁能力。进一步地，在本发明的一个实施例中，可选地，轨道243的材料选用Q235或其他储磁能力高的材料。

轨道243上的动静载荷通过轨道枕铁241和轨道支架21传递给中心磁悬浮支撑架9。选择挑担式布置的左、右轨道243，是为了使磁悬浮力能平衡稳定地作用在转向架23上。磁悬浮轨道24和电磁铁22对应设置，其二者之间的距离选择为：在磁悬浮单元处在“0”位置时，二者之间的距离为10mm，在磁悬浮单元处在“悬浮点”位置时，其二者之间的距离为2mm，也就是说转向架23上浮8mm，即整个转子8上浮8mm。

在本发明的一个实施例中，轨道243为U型轨道、电磁铁22也为U型磁铁。需要说明的是：轨道243和电磁铁22可为任意形状，而不仅限于本发明实施例中所限定的形状，但二者必须满足为对应形状设置。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承还包括驱动单元，驱动单元包括：滚轮机构25，滚轮机构25连接在转向架23的下方，且滚轮机构25能够与磁悬浮轨道24滚动摩擦产生电力，以使电磁铁22能够在电磁吸引力的作用下被吸引移向磁悬浮轨道24；供电单元27，供电单元27与电磁铁22电连接，以使电磁铁22能够在电磁吸引力的作用下被吸引移向磁悬浮轨道24。

具体地，如图8所示，滚轮机构25包括：滚轮251、滚轮轴252、螺帽253、吊架254和轴承255。其中，滚轮251设置在滚轮轴252的中间位置并通过轴承255相连接，进一步地，轴承255可以是滚动轴承也可以是滑动轴承。吊架254设置在滚轮轴252的两端并用螺帽253进行固定，吊架254悬吊在转向架23的下方。

进一步地，在垂直轴风力发电装置的悬浮轴承处至“0”位时，滚轮251和磁悬浮轨道24相接触，滚轮251支撑着转子8的静载荷，当垂直轴风力机接受一定量的风能后，此时，如果电磁铁22的用电是本体电，但风能机电组并未运转，此时无法进行供电，此时风能吹动转子8，滚轮251在滚动摩擦的状态下，支撑着转子8转动起来，产生本体电后，电磁铁22产生了磁场，使滚轮251上浮起来，此时转子8依靠电磁浮力悬浮起来进行运转。如果电磁铁22采用外接电源或本体电的储电电源，可先给电磁铁22供电产生磁场，此时，转向架23浮起，带动滚轮251浮起，脱离磁悬浮轨道24。风具有很少的风能密度就可以使转子8转动起来，所以先给电磁铁22通电使滚轮251上浮和以滚轮251为低摩擦起动，切入风速前者要比后者的状态低很多。

滚轮251的作用有三个，一是在磁悬浮单元处在“0”位置时，它是转子8的支撑体；二是当电磁悬浮出现故障时，滚轮251可以在磁悬浮轨道24上以滚轮摩擦的方式产生电力，使电磁铁22相对磁悬浮轨道24运动，进而使转子8悬浮，而不会使转子8停机。当磁悬浮单元处在“悬浮点”位置时，滚轮251脱离轨道，提高8mm，处在“悬浮点”高度。三是，如果电磁铁22是本体供电，当本体没有发电时，此时无法进行供电，只有本体启动起来才能供电，此时滚轮机构25可以支撑转子8启动，滚轮机构25在磁悬浮轨道24上支撑转子8进行发电。当产生电力之后磁悬浮单元开始工作，滚轮251向上移动8mm，滚轮251的启动支撑任务完成。

如图9所示，供电单元27包括：零线输入支撑架284，零线271，零线输入端子272，零线动态支撑架273，接线子274，绝缘板275，火线动态支架277，端子压紧弹性体，火线输出端子278，火线静止支撑架279，火线280，配电柜282。

对于磁悬浮轴承而言，很大一个难点就是供电单元27，因为电源是处在静止桁架上，而使用电的部位-电磁铁22是处在转动部分上，由于动静两部分没有很好的接触点，所以，以轨道或其他部位作零线无法实现供电的循环。本发明的实施例解决了上述问题，发明了具有完整的实用性磁悬浮供电单元27。

第一磁悬浮单元2的供电单元27是坐落在相互对应，相距一定距离的中心磁悬浮支撑板14和中心磁悬浮支撑架9上。中心磁悬浮支撑架9处于静止状态，中心磁悬浮支撑板14处于运动状态。供电单元27中静止的部分和配电柜282设置在中心磁悬浮支撑架9上，供电单元27中运动的部分设置在中心磁悬浮支撑板14上。

第二磁悬浮单元3的供电单元27的一端设置在转子8上，另一端设置在定子7上。具体地，第二磁悬浮单元3的供电单元27中运动的部分设置在转子下卫带81上，供电单元27中静止的部分和配电柜282设置在定子下卫带71上。

具体地，如图9所示，电磁铁22用电来自于装设在供电单元支撑板94上的配电柜282。配电柜282出电通过接线子274送入架设在火线静止支撑架279的火线280上，火线280上的电线输给火线输出端子278，火线输出端子278可以沿火线围成的圆形供电轨道滑动。为确保火线输出端子278受电的质量的稳定性，保证火线输出端子278和火线280能始终紧密结合，采用了能够将火线输出端子278压紧在火线280上的端子压紧弹性体，调节压紧，始终保持火线输出端子278和火线280的紧密结合，以防止跳火和端子脱线。

火线输出端子278穿过火线动态支架277，火线输出端子278可在火线动态支架277的支撑孔中滑动，但又保持着火线输出端子278的尾轴和火线动态支架277上的孔的紧密接触，以保证火线输出端子278输来的电安全可靠地传输给火线动态支架277，由接线子274将电经过电线送给电磁铁22的磁力线圈上。由电磁铁22出来的电经电线送给接线子274并传输给零线动态支撑架273，零线动态支撑架273上的孔中穿过了零线输入端子272，零线输入端子272和零线动态支撑架273之间同样设端子压紧弹性体，使零线输入端子272和零线271始终紧靠，由零线271传输给零线输入支架284经接线子274回到配电柜282，完成向电磁铁22的供电循环。

进一步地，在本发明的一个实施例中，零线271或火线280可以是线形，也可以是具有一定宽度的环带形。零线输入端子272和火线输出端子278可以是和呈圆周形的火线280或零线271的曲率半径相当的条形曲面、纵条形曲面或横条形曲面中的任意一种，以保持零线输入端子272和零线271的接触面积，以及火线输出端子278和火线280的接触面积。

进一步地，如图12所示，中心磁悬浮支撑架9包括：支撑梁91、内立柱92、斜拉筋93、供电单元支撑板94、筋板95和外立柱96。其中，供电单元支撑板94通过筋板95与外立柱96连接。第一磁悬浮单元2的供电单元27的配电柜282设置在供电单元支撑板94上，同时，供电单元支撑板94上设置有供电的滑线轨道。

支撑梁91与外立柱96相连接，与供电单元支撑板94形成阶梯形状，内立柱92连接在支撑梁91的下部，用以对支撑梁91起到支撑作用，斜拉筋93用于固定支撑梁91和内立柱92，第一磁悬浮单元2的轨道支架21固定在支撑梁91上。

如图10和图11所示，在本发明的一个实施例中，气动力悬浮单元5包括：上翼板51和下翼板52，其中，上翼板51和下翼板52相对设置；双翼加强板53，双翼加强板53的上表面与上翼板51固定连接，且下表面与下翼板52固定连接，使上翼板51和下翼板52形成一个牢固的双翼连接板；连接板54，连接板54分别连接在上翼板51和下翼板52的两端；其中，连接板54分别与转子8和中心支撑柱6连接，使之整体构成双翼两侧分别挑起转子8和支撑柱6的呈待起飞状的样式。

具体地，最下层的一组气动力悬浮单元5为一层翼形连接板，其作用原理和双翼板相同。其余各组气动力悬浮单元5均为双翼连接板。随着转子8的转速升高，连接板54的前缘的线速度在增加，在达到一定线速度时，双翼连接板的上翼板51和下翼板52上产生了升力，线速度越大，升力越大。特别是上部气动力悬浮单元5均是双翼连接板，产生升力的面积比较大。更重要的是这些翼形板的升力是产生在转子8的中心带，它配合外围的磁悬浮力，使整个转子8具有一个平衡稳定的上浮力，这个平衡的浮力必然使转子8处于平衡稳定的运行状态中。

具体地，当转子8转动时，在下翼板52和上翼板51上均产生了向上的浮力，这个浮力随着翼板的线速度的增加而加大。它和飞机能快速升空高速飞行的原理是相同的，飞机是靠机翼产生的浮力升入空中，本发明中采用了可用于低速产生浮力的翼板机构，将转子8浮起到一定的高度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上翼板51和下翼板52的线型为机翼流线型，翼板的上平面为流线型弧面，下平面为平板型平面，以获得大的升力。作为一种可选的实施例，翼板的上平面和下平面均可以是流线型弧面，当翼板的上平面和下平面均为流线型弧面时仅需保证上平面和下平面的流线型弧面的曲率度是不一样的即可。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，传动轴系1包括：联轴器11，联轴器内套设有传动轴12，传动轴的一端连接有法兰16；中心磁悬浮支撑板14，中心磁悬浮支撑板14套设在传动轴12上，且两端分别与第一磁悬浮单元2连接；突肩连接板13，突肩连接板13套设在传动轴12上，并与中心磁悬浮支撑板14的下表面相连接；加强筋板15，加强筋板15设置在传动轴12的四周，且与传动轴12的外壁和法兰16的下表面连接，其中，法兰16与转子8连接。

具体地，如图1所示，中心磁悬浮支撑板14与第一磁悬浮单元2连接，第一磁悬浮单元2的上浮力通过中心磁悬浮支撑板14传递给传动轴12，传动轴12经法兰16将浮力传递给转子8，作为转子8的中心浮力。转子8在最下部的中心处受到一个强大的上浮力，可使转子8平稳运转。

进一步地，在本发明的一个实施例中，可选地，联轴器11为花键套筒，传动轴12为花键轴。花键轴和花键套筒为滑动配合，花键轴可以在花键套内沿轴心线作上下有限滑动，它既可以传递功率，又可以给垂直轴风力发电装置的悬浮轴承一个沿轴心线上下移动的空间。中心磁悬浮支撑板14与传动轴12紧密相连，使中心磁悬浮支撑板14可以绕传动轴12旋转。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承还包括：减震器26，第一磁悬浮单元2的减震器26设置在转向架23与中心磁悬浮支撑板14之间，以将电磁浮力经由中心磁悬浮支撑板14传递给转子8；第二磁悬浮单元3的减震器26设置在转向架23与转子8的转子下卫带81之间，以将电磁浮力经由转子下卫带81传递给转子8。

具体地，电磁铁22在电磁吸引力的作用下相对磁悬浮轨道24运动，进而带动转向架23向上移动，减震器26在转向架23的作用下向上移动，进而促使中心磁悬浮支撑板14或转子下卫带81向上移动，进而促使转子8悬浮起来。

继续参照图3，在本发明的一个实施例中，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承还包括：旋转轴28，旋转轴28贯穿转向架23的中间部位，且转向架23可围绕旋转轴28进行圆周运动，其中，第一磁悬浮单元2的旋转轴28与中心磁悬浮支撑板14连接，第二磁悬浮单元3的旋转轴28与转子下卫带81连接。

如图4和图5所示，需要说明的是：第一磁悬浮单元2和第二磁悬浮单元3结构相同，不同之处在于：首先，第一磁悬浮单元2和第二磁悬浮单元3的设置位置不同，第一磁悬浮单元2设置在转子8的下方中间位置；第二磁悬浮单元3设置在转子8的侧壁不同高度上。其次，第一磁悬浮单元2与传动轴系1的中心磁悬浮支撑板14连接，第二磁悬浮单元3与转子8的转子下卫带81连接。最后，供电单元27的支撑体不同，第一磁悬浮单元2的供电单元27的支撑体是中心磁悬浮支撑架9，第二磁悬浮单元3的供电单元27的支撑体是定子下卫带71。

最底层的第二磁悬浮单元3和第一磁悬浮单元2共同构成了一个转子8处在底部的转动支撑体系，是转子8的基石，保证了转子8下部的水平，从而保证了整个转子8的运行稳定性。位于最底层的第二磁悬浮单元3之上的多组第二磁悬浮单元3和最底层的第二磁悬浮单元3的结构完全相同，但由于所处位置不同，功能作用也有所差异，上部的第二磁悬浮单元3所处位置是一个多层布置，随着转子8的层数增加，上部第二磁悬浮单元3的布置层数也在增加，这样上部第二磁悬浮单元3的多层结构，使它们承载着转子8绕着其中心，在允许的倾斜度范围内进行平稳运转。

第一磁悬浮单元2和位于转子8不同高度上的第二磁悬浮单元3均是由沿圆周方向设置的数个或数十个磁悬浮单元构成的，但每层的控制系统是独立的，以方便以层为单位进行控制，但每层的控制系统又是连锁的，以便在最紧急工况之时，各个磁悬浮单元能够统一动作。

本发明实施例提供的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承是一个三合一的创新概念，通过将电磁悬浮、气动力悬浮、滚轮机构合为一体，构成了一个互补的悬浮轴承，在风力机启动时，垂直轴风力发电机本体供电，由于本体无电，垂直轴风力发电装置的悬浮轴承无法产生电磁力和气动力，转子8无法浮起。此时，滚轮机构25可以在风速很小的情况下，支撑转子8进行运转，使本体发出电力，给电磁铁22供电产生电磁浮力，使转子8进入无摩擦悬浮状态运转，随着转子8的转速快速提高，在达到一定的转速时，气动力悬浮力产生，当气动力的悬浮力达到一定值时，电磁悬浮由自动控制系统调整电磁铁22的供电量，降低磁悬浮的浮力，降低的磁悬浮浮力由气动力悬浮来补充，大大降低了磁悬浮的耗电量，这样使垂直轴风力机的电量输出大大增加，增加了机组的满发小时数。此外，电磁铁22供电也可以采用本体外供电或本体蓄电池供电。此时可先将转子8浮起，仅需风速在1m/s以下机组就可以启动，大大降低了机组的切入风速。此时，滚轮机构25的作用是：在停机时是转子8的支撑体，在电磁悬浮发生故障时，滚轮机构25可以使转子8短期内继续运转而不停机。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，包括：

传动轴系，所述传动轴系的上方设置有与其连接的中心支撑柱；

转子和定子，所述定子位于所述转子外部，所述转子与所述传动轴系和所述中心支撑柱连接并能够随所述中心支撑柱旋转；

至少一组磁悬浮单元，所述磁悬浮单元能够在电磁吸引力的作用下带动所述转子相对于所述定子悬浮；

至少一组气动力悬浮单元，所述气动力悬浮单元连接所述转子和所述中心支撑柱并且能够产生促使所述转子相对于所述定子悬浮的升力。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，至少一组所述磁悬浮单元包括：第一磁悬浮单元，所述第一磁悬浮单元围绕所述传动轴系设置，并与所述传动轴系固定连接。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，至少一组所述磁悬浮单元还包括：第二磁悬浮单元，所述第二磁悬浮单元分别设置在所述转子的不同高度上，并与所述转子固定连接，

其中，所述第二磁悬浮单元与所述气动力悬浮单元对应设置。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮单元包括：

轨道支架，所述轨道支架的上方设置有磁悬浮轨道；

电磁铁，所述电磁铁与所述磁悬浮轨道对应设置；

转向架，所述转向架的两端分别连接所述电磁铁，

其中，所述电磁铁能够在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道，以使所述电磁铁经由所述转向架带动所述转子悬浮。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，还包括驱动单元，所述驱动单元包括：

滚轮机构，所述滚轮机构连接在所述转向架的下方，且所述滚轮机构能够与所述磁悬浮轨道滚动摩擦产生电力，以使所述电磁铁在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道；

供电单元，所述供电单元与所述电磁铁电连接，以使所述电磁铁在电磁吸引力的作用下被吸引移向所述磁悬浮轨道。

6.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，所述气动力悬浮单元包括：

上翼板和下翼板，所述上翼板和所述下翼板彼此相对设置；

双翼加强板，所述双翼加强板的上表面与所述上翼板连接，且下表面与所述下翼板连接；

连接板，所述连接板分别连接在所述上翼板和所述下翼板的两端；

其中，所述连接板分别与所述转子和所述中心支撑柱连接。

7.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，所述传动轴系包括：

联轴器，所述联轴器内套设有传动轴，所述传动轴的一端连接有法兰；

中心磁悬浮支撑板，所述中心磁悬浮支撑板套设在所述传动轴上，且两端分别与所述第一磁悬浮单元连接；

突肩连接板，所述突肩连接板套设在所述传动轴上，并与所述中心磁悬浮支撑板的下表面相连接；

加强筋板，所述加强筋板设置在所述传动轴的四周，且与所述传动轴的外壁和所述法兰的下表面连接，

其中，所述法兰与所述转子连接。

8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，还包括：减震器，

所述第一磁悬浮单元的所述减震器设置在所述转向架与所述中心磁悬浮支撑板之间，以将电磁浮力经由所述中心磁悬浮支撑板传递给所述转子；

所述第二磁悬浮单元的所述减震器设置在所述转向架与所述转子的转子下卫带之间，以将电磁浮力经由所述转子下卫带传递给所述转子。

9.根据权利要求8所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，还包括：

旋转轴，所述旋转轴贯穿所述转向架的中间部位，且所述转向架可围绕所述旋转轴进行圆周运动，

其中，所述第一磁悬浮单元的所述旋转轴与所述中心磁悬浮支撑板连接，所述第二磁悬浮单元的所述旋转轴与所述转子下卫带连接。

10.根据权利要求8所述的垂直轴风力发电装置的悬浮轴承，其特征在于，

所述第一磁悬浮单元的所述供电单元的一端设置在所述中心磁悬浮支撑板上，且另一端设置在中心磁悬浮支架上；

所述第二磁悬浮单元的所述供电单元的一端设置在所述转子下卫带上，且另一端设置在所述定子的定子下卫带上。

Images