CN215672544U - 一种采用磁悬浮轴承的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机领域，尤其涉及一种采用磁悬浮轴承的风力发电机。该风力发电机包括整流罩、电机轴、转子座、发电机风扇、发电机定子、发电机转子和磁轴承装置；发电机风扇包括轮毂和叶片，转子座内部设置有转子座内孔，磁轴承装置包括径向磁轴承和轴向磁轴承；径向磁轴承包括相对设置的径向轴承定子和径向轴承转子，轴向磁轴承包括推力盘和位于其轴向两端的多个轴向轴承定子；发电机定子、径向轴承定子和轴向轴承定子都固定套设在电机轴上，发电机转子、径向轴承转子和推力盘都固定嵌设在转子座内孔。该发电机避免了球轴承转动时产生摩擦损失，提高发电效率；同时，降低了设备的成本，减少安装时需要占用的空间。

Description

一种采用磁悬浮轴承的风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风力发电机领域，尤其涉及一种采用磁悬浮轴承的风力发电机。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的装置，主要由叶片，发电机，机械部件和电气部件组成。根据旋转轴的不同，风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类；风力发电机是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

中国发明专利申请（公开号CN101988472A，公开日：20110323）公开了一种风力发电机，包括发电机、输入轴、输出轴、风叶，输入轴与风叶相连接，输出轴与发电机相连接，其特征在于：所述风叶通过变速箱与发电机相连。它通过改变风叶与发电机之间的传动比，以实现对风能的高效转化。发电机主轴的转速比风叶的转速提高了70多倍，大幅度的提高了发电机主轴的转速，提高了发电机的工作效率。

现有技术存在以下不足：采用球轴承对发电机的转子座进行径向支撑和轴向限位，由于球轴承转动时存在机械接触产生摩擦，使得风能一部分转化为摩擦热能损失掉，降低了发电效率；同时，球轴承转动时转子座转速较低；而较低转速的转子座与高转速转子座相比转速低、体积大；同时，与高速转动的发电机相比，产生相同的压力和流量时低速转动的发电机也需要较大的叶片；进而导致整个发电机体积较大，增加了设备的成本和安装时需要占用的空间。

发明内容

本实用新型的目的是：针对上述问题，提出在发电机内设置径向磁轴承和轴向磁轴承，避免球轴承转动时产生摩擦损失，提高发电效率；同时，提高发电机的转子座转速；进而减小转子座的体积和发电机的叶片体积，降低设备的成本，减少安装时需要占用的空间的一种采用磁悬浮轴承的风力发电机。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，该风力发电机包括整流罩、电机轴、转子座、发电机风扇、发电机定子、发电机转子和磁轴承装置；电机轴一端与整流罩固定连接，发电机风扇包括轮毂和叶片，轮毂固定套设在转子座外壁，多个叶片固定设置在轮毂外壁；转子座内部设置有转子座内孔，磁轴承装置包括径向磁轴承和轴向磁轴承；径向磁轴承包括相对设置的径向轴承定子和径向轴承转子，轴向磁轴承包括推力盘和位于其轴向两端的多个轴向轴承定子；发电机定子、径向轴承定子和轴向轴承定子都固定套设在电机轴上，发电机转子、径向轴承转子和推力盘都固定嵌设在转子座内孔。

作为优选，多个径向磁轴承分别位于发电机定子两端，轴向磁轴承位于径向磁轴承外侧。

作为优选，发电机定子、径向轴承定子和位于推力盘内侧的轴向轴承定子通过与电机轴外表面过盈配合固定在电机轴上，位于推力盘外侧的轴向轴承定子与电机轴外表面间隙配合并且通过锁紧螺母固定至电机轴上；发电机转子、径向轴承转子通过与转子座内孔过盈配合固定在转子座上，推力盘与转子座内孔间隙配合并且通过螺钉固定至转子座上。

作为优选，轮毂通过与转子座外壁过盈配合固定在转子座上。

作为优选，轴向轴承定子包括轴向定子座和轴向绕组线圈；轴向定子座设置有轴向定子孔，轴向定子孔与电机轴外表面过盈配合；轴向绕组线圈固定在轴向定子座内，并且轴向绕组线圈位于靠近推力盘一侧。

作为优选，发电机转子包括硅钢片和磁钢；硅钢片设置有磁钢孔，多个硅钢片在轴向相互堆叠并且磁钢孔相对齐，多个磁钢分别嵌入堆叠后的硅钢片磁钢孔中。

作为优选，磁轴承装置还包括前保护轴承和后保护轴承，前保护轴承和后保护轴承的内圈分别过盈套设在电机轴两端；前保护轴承和后保护轴承的外圈都与转子座之间存在间隙，并且此间隙的距离分别小于发电机定子与发电机转子之间间隙距离、径向轴承定子与径向轴承转子之间间隙距离、推力盘内孔与电机轴表面之间间隙距离。

作为优选，电机轴设置有径向方向的多个径向导线孔和轴向方向的轴向导线孔，多个径向导线孔两端分别与电机轴外部和轴向导线孔相连通。

作为优选，电机轴还固定设置有多个径向传感器和多个径向被测体，多个径向传感器分别位于电机轴两端并且分别与多个径向被测体相对设置，径向传感器用于检测转子座径向位移。

作为优选，转子座上固定设置有轴向被测体；电机轴上固定设置有轴向传感器座，轴向传感器座上固定设置有轴向传感器；轴向传感器与轴向被测体相对设置，轴向传感器用于检测转子座的轴向位移。

本实用新型采用上述技术方案的一种采用磁悬浮轴承的风力发电机的优点是：

风力发电机在工作时：叶片接收风力并且旋转进而带动转子座转动从而带动发电机发电；同时，径向轴承转子和推力盘随着转子座转动，径向轴承定子对径向轴承转子提供径向磁力支撑以对转子座进行径向限位，多个轴向轴承定子对推力盘提供轴向磁力支撑以对转子座进行轴向限位；而此种方式中，发电机风扇排风量巨大，可以给自身散热，无需冷却系统。同时，转子座转动时，其径向和轴向分别通过径向磁轴承和轴向磁轴承进行支撑限位；而径向磁轴承和轴向磁轴承由于利用磁力对转子座进行支撑限位没有机械接触，从而避免了球轴承转动时产生摩擦损失的情况，提高了发电效率；而且，转子座能够拥有较高的转速；进而导致转子座和叶片能够做的体积更小，从而降低了设备的成本，减少安装时需要占用的空间。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2、图3为发电机风扇的结构示意图。

图4为电机轴的结构示意图。

图5为轴向轴承定子的结构示意图。

图6、图7为轴向传感器座的结构示意图。

图8、图9为发电机转子的结构示意图。

L-空气流动方向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

实施例1

如图1-9所示的一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，该风力发电机包括整流罩1、电机轴2、转子座3、发电机风扇4、发电机定子5、发电机转子6和磁轴承装置7；电机轴2一端与整流罩1固定连接，发电机风扇4包括轮毂41和叶片42，轮毂41固定套设在转子座3外壁，多个叶片42固定设置在轮毂41外壁；转子座3内部设置有转子座内孔，磁轴承装置7包括径向磁轴承71和轴向磁轴承72；径向磁轴承71包括相对设置的径向轴承定子73和径向轴承转子74，轴向磁轴承72包括推力盘75和位于其轴向两端的多个轴向轴承定子76；发电机定子5、径向轴承定子73和轴向轴承定子76都固定套设在电机轴2上，发电机转子6、径向轴承转子74和推力盘75都固定嵌设在转子座内孔。风力发电机在工作时：叶片42接收风力并且旋转进而带动转子座3转动从而带动发电机发电；同时，径向轴承转子74和推力盘75随着转子座3转动，径向轴承定子73对径向轴承转子74提供径向磁力支撑以对转子座3进行径向限位，多个轴向轴承定子76对推力盘75提供轴向磁力支撑以对转子座3进行轴向限位；而此种方式中，发电机风扇4排风量巨大，可以给自身散热，无需冷却系统。同时，转子座3转动时，其径向和轴向分别通过径向磁轴承71和轴向磁轴承72进行支撑限位；而径向磁轴承71和轴向磁轴承72由于利用磁力对转子座3进行支撑限位没有机械接触，从而避免了球轴承转动时产生摩擦损失的情况，提高了发电效率；而且，转子座3能够拥有较高的转速；进而导致转子座3和叶片42能够做的体积更小，从而降低了设备的成本，减少安装时需要占用的空间。

多个径向磁轴承71分别位于发电机定子5两端，轴向磁轴承72位于径向磁轴承71外侧。发电机定子5、径向轴承定子73和位于推力盘75内侧的轴向轴承定子76通过与电机轴2外表面过盈配合固定在电机轴2上，位于推力盘75外侧的轴向轴承定子76与电机轴2外表面间隙配合并且通过锁紧螺母固定至电机轴2上；发电机转子6、径向轴承转子74通过与转子座内孔过盈配合固定在转子座3上，推力盘75与转子座内孔间隙配合并且通过螺钉固定至转子座3上。轮毂41通过与转子座3外壁过盈配合固定在转子座3上。

如图5所示，轴向轴承定子76包括轴向定子座761和轴向绕组线圈762；轴向定子座761设置有轴向定子孔763，轴向定子孔763与电机轴2外表面过盈配合；轴向绕组线圈762固定在轴向定子座761内，并且轴向绕组线圈762位于靠近推力盘75一侧从而利用自身磁场对推力盘75提供磁力对其进行限位。

如图8、图9发电机转子6包括硅钢片61和磁钢62；硅钢片61设置有磁钢孔，多个硅钢片61在轴向相互堆叠并且磁钢孔相对齐，多个磁钢62分别嵌入堆叠后的硅钢片61磁钢孔中。

如图1所示，磁轴承装置7还包括前保护轴承77和后保护轴承78，前保护轴承77和后保护轴承78的内圈分别过盈套设在电机轴2两端；前保护轴承77和后保护轴承78的外圈都与转子座3之间存在间隙，并且此间隙的距离分别小于发电机定子5与发电机转子6之间间隙距离、径向轴承定子73与径向轴承转子74之间间隙距离、推力盘75内孔与电机轴2表面之间间隙距离。当发电机未通电或者突然断电时，径向磁轴承71和轴向磁轴承72由于不通电不能为转子座3提供支撑；此时转子座3下落分别与前保护轴承77和后保护轴承78的外圈接触并且发电机定子5与发电机转子6不接触，径向轴承定子73与径向轴承转子74不接触，推力盘75内孔与电机轴2表面不接触；从而使得转子座3被前保护轴承77和后保护轴承78支撑，防止轴流风机断电时转子座3突然下落没有支撑受损及转子座3下落时发电机定子5与发电机转子6、径向轴承定子73与径向轴承转子74、推力盘75内孔与电机轴2相互碰撞碰而损坏。

如图4所示，电机轴2设置有径向方向的多个径向导线孔21和轴向方向的轴向导线孔22，多个径向导线孔21两端分别与电机轴2外部和轴向导线孔22相连通。发电机定子5、径向磁轴承71和轴向磁轴承72等零件的线路穿过径向导线孔21汇集至轴向导线孔22后，从轴向导线孔22排出，有利于轴流风机的线路整理。

如图6、图7所示，电机轴2还固定设置有多个径向传感器23和多个径向被测体，多个径向传感器23分别位于电机轴2两端并且分别与多个径向被测体相对设置，径向传感器23用于检测转子座3径向位移，并且径向磁轴承71依据径向传感器23的信号控制转子座3的径向位置。转子座3上固定设置有轴向被测体31；电机轴2上固定设置有轴向传感器座24，轴向传感器座24上固定设置有轴向传感器25；轴向传感器25与轴向被测体31相对设置，轴向传感器25用于检测转子座3的轴向位移，并且轴向磁轴承72依据轴向传感器25的信号控制转子座3的轴向位置。

Claims (10)

1.一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，该风力发电机包括整流罩（1）、电机轴（2）、转子座（3）、发电机风扇（4）、发电机定子（5）、发电机转子（6）和磁轴承装置（7）；电机轴（2）一端与整流罩（1）固定连接，发电机风扇（4）包括轮毂（41）和叶片（42），轮毂（41）固定套设在转子座（3）外壁，多个叶片（42）固定设置在轮毂（41）外壁；转子座（3）内部设置有转子座内孔，磁轴承装置（7）包括径向磁轴承（71）和轴向磁轴承（72）；径向磁轴承（71）包括相对设置的径向轴承定子（73）和径向轴承转子（74），轴向磁轴承（72）包括推力盘（75）和位于其轴向两端的多个轴向轴承定子（76）；发电机定子（5）、径向轴承定子（73）和轴向轴承定子（76）都固定套设在电机轴（2）上，发电机转子（6）、径向轴承转子（74）和推力盘（75）都固定嵌设在转子座内孔。

2.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，多个径向磁轴承（71）分别位于发电机定子（5）两端，轴向磁轴承（72）位于径向磁轴承（71）外侧。

3.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，发电机定子（5）、径向轴承定子（73）和位于推力盘（75）内侧的轴向轴承定子（76）通过与电机轴（2）外表面过盈配合固定在电机轴（2）上，位于推力盘（75）外侧的轴向轴承定子（76）与电机轴（2）外表面间隙配合并且通过锁紧螺母固定至电机轴（2）上；发电机转子（6）、径向轴承转子（74）通过与转子座内孔过盈配合固定在转子座（3）上，推力盘（75）与转子座内孔间隙配合并且通过螺钉固定至转子座（3）上。

4.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，轮毂（41）通过与转子座（3）外壁过盈配合固定在转子座（3）上。

5.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，轴向轴承定子（76）包括轴向定子座（761）和轴向绕组线圈（762）；轴向定子座（761）设置有轴向定子孔（763），轴向定子孔（763）与电机轴（2）外表面过盈配合；轴向绕组线圈（762）固定在轴向定子座（761）内，并且轴向绕组线圈（762）位于靠近推力盘（75）一侧。

6.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，发电机转子（6）包括硅钢片（61）和磁钢（62）；硅钢片（61）设置有磁钢孔，多个硅钢片（61）在轴向相互堆叠并且磁钢孔相对齐，多个磁钢（62）分别嵌入堆叠后的硅钢片（61）磁钢孔中。

7.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，磁轴承装置（7）还包括前保护轴承（77）和后保护轴承（78），前保护轴承（77）和后保护轴承（78）的内圈分别过盈套设在电机轴（2）两端；前保护轴承（77）和后保护轴承（78）的外圈都与转子座（3）之间存在间隙，并且此间隙的距离分别小于发电机定子（5）与发电机转子（6）之间间隙距离、径向轴承定子（73）与径向轴承转子（74）之间间隙距离、推力盘（75）内孔与电机轴（2）表面之间间隙距离。

8.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，电机轴（2）设置有径向方向的多个径向导线孔（21）和轴向方向的轴向导线孔（22），多个径向导线孔（21）两端分别与电机轴（2）外部和轴向导线孔（22）相连通。

9.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，电机轴（2）还固定设置有多个径向传感器（23）和多个径向被测体，多个径向传感器（23）分别位于电机轴（2）两端并且分别与多个径向被测体相对设置，径向传感器（23）用于检测转子座（3）径向位移。

10.根据权利要求1所述一种采用磁悬浮轴承的风力发电机，其特征在于，转子座（3）上固定设置有轴向被测体（31）；电机轴（2）上固定设置有轴向传感器座（24），轴向传感器座（24）上固定设置有轴向传感器（25）；轴向传感器（25）与轴向被测体（31）相对设置，轴向传感器（91）用于检测转子座（3）的轴向位移。

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