一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种低启动风速的微风磁悬浮风力发电机。


背景技术：

2.煤炭石油作为传统常规能源，其过渡开发和使用带来了环境污染和能源短缺问题，在能源危机和环境污染的双重危机影响下，世界各国都在对清洁能源和可再生能源进行研究、开发和利用。随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，清洁能源的开发和利用势必会得到飞速发展，清洁能源占总能源的比重也在快速上升，作为开发清洁能源的装置也会不断地发展和创新。
3.风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源，风力发电凭借技术相对成熟、可大规模开发的优势，已成为我国实现“碳达峰、碳中和”目标的至关重要的支撑力量。据国家能源局最新发布统计数据显示，2020年我国风电新增装机容量71.67gw，占风能、光伏、火力发电等多种电源新增装机容量的37.55％。
4.但是我国风资源分布不均，风资源丰富地区主要分布在西北、西南和华北地区，主要通过大型风力发电机组进行统一大规模风力发电，而用电负荷中心主要分布在东部沿海和华南地区，大部分属于低风速地区且占地面积广，然而受低风速发电技术的限制，低风速风能未能得到充分的开发利用，存在较为严重的资源浪费情况。
5.为了满足低风速风电场的发电需求，以及兼顾城市和偏远农村等不适宜安装大型风力发电机的特点，小型风力发电机应运而生。目前传统小型风力发电机大多采用机械轴承支承，摩擦阻力大，启动风速达到3.5m/s以上，发电风速在4.2m/s以上，风能利用效率普遍不高。
6.为了解决传统风力发电机摩擦阻力比较大的问题，有学者将磁悬浮支承技术应用到小型风力发电机中，采用磁悬浮轴承替代传统机械轴承，减小摩擦阻力，提高风能利用率。目前磁悬浮风力发电机主要分为两类：一是采用永磁轴承结合机械轴承，利用永磁轴承的斥力减小机械轴承的负载从而达到减小摩擦阻力的效果；另一种是全部采用电磁轴承实现转子五自由度悬浮，实现无接触支承，完全消除机械摩擦。
7.以上方式都能够提高风能利用率，但是都存在一定的弊端，目前永磁轴承结合机械轴承的方法，永磁轴承磁路结构复杂，装配不便，且永磁材料用量较大，成本较高，不利于大规模应用；全电磁轴承的系统复杂，而且需要位置传感器提供位置信息，控制难度大，可靠性不高，而且电磁轴承需要消耗电能，整体的能源利用率优势并不大，同样会制约其大规模应用。因此简化永磁轴承结构，降低系统复杂度，减小永磁体用量是磁悬浮风力发电机大规模应用急需解决的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，针对现有技术的缺
陷，提供一种结构简单的垂直轴磁悬浮风力发电机，减小摩擦阻力，降低启动风速，提高微风资源的利用效率。
9.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
10.一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，包括：
11.风叶单元，旋转部件，用于采集风能、将风能转换为旋转机械能；
12.机壳，旋转部件，为内部中空的柱体，其顶部与所述风叶单元的底端固定，能够随所述风叶单元同步自转；
13.主轴，静止部件，为垂直设置的柱体，其顶端插入所述机壳的内部；
14.支承单元，环绕所述主轴设置于机壳与主轴之间，用于连接所述机壳与主轴，依托所述主轴为旋转部件提供支撑；
15.发电机本体，为外转子永磁同步发电机，包括套设固定于所述主轴上的发电机定子和固定于机壳内部的发电机转子，用于将所述旋转部件的机械能转换为电能。
16.优选地，所述支承单元包括：
17.第一机械轴承，环绕所述主轴设置于主轴与机壳的靠下端之间，其内圈、外圈分别与所述主轴和机壳固定，用于对所述机壳的靠下端进行径向和轴向约束；
18.永磁轴承，环绕所述主轴设置于主轴与机壳的靠上端之间，其包括沿所述主轴的径向分布的具有径向磁场斥力的内磁环组件和外磁环组件，所述内磁环组件套设在主轴的外部、所述外磁环组件插入设置于机壳的内部，通过所述内磁环组件与外磁环组件之间的径向斥力提供对机壳的靠上端的径向支承。
19.优选地，所述支承单元还包括：
20.用于保护所述永磁轴承的第二机械轴承，环绕所述主轴设置于机壳与主轴之间，且位于所述永磁轴承的上方，其外圈与所述机壳固定，内圈与所述主轴的外壁之间具有径向的保护间隙，所述保护间隙小于永磁轴承的内磁环组件与外磁环组件之间的间隙。
21.优选地，所述垂直轴外转子磁悬浮风力发电机还包括：
22.刹车保护单元，包括电磁铁、刹车盘和摩擦片；其中，所述电磁铁套设固定在主轴上；所述刹车盘和摩擦片固定在机壳上且与电磁铁相对设置；当所述风力发电机的旋转速度超过阈值时，所述电磁铁通入电流产生电磁力而与摩擦片吸附降速；当所述风力发电机的旋转速度低于阈值时，所述电磁铁的通入电流切断，所述电磁铁与摩擦片分离。
23.优选地，所述支承单元还包括：
24.轴向距离调整机构，用于调整所述外磁环组件与内磁环组件之间的轴向相对位置，以产生轴向电磁力抵消所述旋转部分的重力载荷，包括调距件和波形垫圈；其中，所述调距件与机壳及外磁环组件的第一端分别连接，用于调整、定位所述外磁环组件的第一端相对于机壳的轴向位置；所述波形垫圈具有轴向弹性，其轴向的第一端与所述外磁环组件的第二端抵接，轴向的第二端与所述机壳固定，用于弹性支撑所述外磁环组件并定位其第二端的轴向位置。
25.优选地，所述机壳上设置有沿径向向内突出的壳唇和沿径向向外凹陷的壳壁定位槽，所述壳唇上设置有调距通孔；
26.所述轴向距离调整机构还包括沿机壳的周向设置于机壳内部的孔用挡圈，其外缘插入所述壳壁定位槽以定位，其轴向的一端抵接所述波形垫圈的第二端，用于所述波形垫
圈的第二端的轴向定位；
27.所述调距件为与调距通孔相适配的调整螺栓，所述调整螺栓螺纹配合地插入各调距通孔，且其底端抵接所述外磁环组件的第一端。
28.优选地，所述内磁环组件包括：
29.轴向充磁的内磁环，以及不导磁材质的、用于固定所述内磁环的内磁环骨架和内磁环压环；其中，所述内磁环骨架套设固定在主轴上，其轴向的一端设有沿径向向外突出的内磁环定位部，所述内磁环套设在内磁环骨架上，所述内磁环轴向的一端被内磁环定位部定位，另一端被套设在所述内磁环骨架上的内磁环压环定位。
30.优选地，所述外磁环组件包括：
31.轴向充磁的外磁环，以及不导磁材质的、用于固定所述外磁环的外磁环骨架和外磁环压环；其中，所述外磁环骨架轴向的一端设有沿径向向内突出的外磁环定位部，所述外磁环插入设置在外磁环骨架内部，所述外磁环轴向的一端被外磁环定位部定位，另一端被插入所述外磁环骨架的外磁环压环定位。
32.优选地，所述风叶单元包括：
33.风叶组件和垂直设置的风叶转轴，所述风叶组件与风叶转轴刚性连接，所述风叶组件能够在风力作用下带动风叶转轴自转；其中，所述风叶组件包括2片相同的阻力型叶片，二者相对且水平错位安装。
34.优选地，所述发电机转子为halbach型(海尔贝克，一种磁体结构)转子。
35.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，具有如下有益效果：
36.1、通过采用永磁轴承与第一机械轴承混合支承的方式，并以第二机械轴承辅助保护，在保证安全的前提下，极大降低了摩擦力矩，降低了启动风速，启动风速最低可达2m/s，解决了磁悬浮风力发电机大规模应用的难题，非常适合在风能资源匮乏的地区进行微风发电应用；
37.2、整体结构简单，永磁轴承的外磁环和内磁环设计有支承骨架，以组件形式进行安装，避免磁性部件安装困难；
38.3、通过两片曲率相同的阻力型叶片相对安装，以及调整两个叶片之间的重叠距离，以能够实现较高的风能利用率；
39.4、通过刹车保护单元设计，以摩擦片电磁制动器通电制动来实现发电机转子的限速运行，将大风天气超出的风能通过摩擦形式释放，从而保证发电机转子运行在安全范围内；
40.5、通过采用halbach型外转子电机，实现较高的发电机功率密度。
附图说明
41.图1为本发明的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机的结构示意图；
42.图2a为本发明的阻力型叶片的俯视示意图；
43.图2b为图2a的下斜视示意图；
44.图3a为本发明的永磁轴承的内磁环组件的结构示意图；
45.图3b为本发明的永磁轴承的外磁环组件的结构示意图；
46.图4为本发明的外磁环组件和轴向距离调整机构的结构示意图；
47.图5为本发明的永磁同步发电机halbach型外转子的结构示意图；
48.图6为本发明的刹车保护单元结构示意图。
具体实施方式
49.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
50.需要说明的是，在本发明中，诸如和等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
51.结合附图1～6，本发明提供一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，如附图1所示，其包括：风叶单元、机壳15、主轴3、支承单元、发电机本体和刹车保护单元；其中，
52.风叶单元是旋转部件，用于采集风能、将风能转换为旋转机械能，包括风叶组件和垂直设置的风叶转轴2，所述风叶组件与风叶转轴2刚性连接，风叶组件能够在风力作用下带动风叶转轴2自转。本实施例中，如附图2a、2b所示，风叶组件包括2片相同的阻力型叶片1，二者相对且水平错位安装。进一步，优选地，叶片安装后，2个阻力型叶片1的水平重叠距离l占该风叶组件的风力发电机回转直径d(指风叶组件的水平最宽距)的1/4，经过气动分析，该设计能够获得最大的风能利用率。进一步，本实施例中，每个阻力型叶片1通过多根水平设置的金属支架26与风叶转轴2连接固定。
53.机壳15是旋转部件，为内部中空的柱体，其顶部与风叶单元的风叶转轴2的底端同轴固定，能够随风叶转轴2同步自转；在一些实施例中，其由环形侧壁及位于环形侧壁两端的上端盖15a和下端盖15b组装构成，便于安装维护；在一些实施例中，上端盖15a与风叶转轴2一体成型，能够简化安装结构、增加连接强度。
54.主轴3是静止部件，为垂直设置的柱体，其底端通过法兰盘18与风力发电机安装基座(未示出)固定，其顶端自机壳15的底部同轴插入机壳15的内部；在设置有下端盖15b的实施例中，下端盖15b上同轴设置一垂直通孔，主轴3的顶端自该垂直通孔插入机壳15的内部。
55.支承单元环绕主轴3设置于机壳15与主轴3之间，用于连接机壳15与主轴3，依托主轴3为旋转部件提供支撑；其包括：
56.第一机械轴承8，环绕主轴3设置于主轴3与机壳15的靠下端之间，其内圈、外圈分别与主轴3和机壳15固定，用于对机壳15的靠下端进行径向和轴向约束；在设置有下端盖15b及垂直通孔的实施例中，第一机械轴承8的内圈、外圈分别与主轴3的外壁和下端盖15b的垂直通孔的内壁固定。
57.永磁轴承，环绕主轴3设置于主轴3与机壳15的靠上端之间，其包括沿主轴3的径向分布的具有径向磁场斥力的内磁环组件4和外磁环组件5，内磁环组件4套设在主轴3的外部、外磁环组件5插入设置于机壳15的内部，通过内磁环组件4与外磁环组件5之间的径向斥力提供对机壳15的靠上端的径向支承，实现其相对于主轴3无摩擦的径向悬浮，承担风力发电机工作时大部分的径向动负载。
58.其中，在一些实施例中，如附图3a所示，内磁环组件4包括：钕铁硼高性能永磁材质的、轴向充磁的内磁环21，以及不导磁材质的、用于固定内磁环21的内磁环骨架22和内磁环压环20，内磁环21、内磁环骨架22和内磁环压环20均为环体；其中，内磁环骨架22套设固定在主轴3上，其轴向的一端设有沿径向向外突出的内磁环定位部22a，另一端设有外螺纹22b；内磁环21套设在内磁环骨架22上，内磁环21轴向的一端被内磁环骨架22的内磁环定位部22a定位，另一端被与外螺纹22b螺纹配合套设在内磁环骨架22上的内磁环压环20定位，从而实现内磁环21的固定。
59.如附图3b所示，外磁环组件5包括：钕铁硼高性能永磁材质的、轴向充磁的外磁环24，以及不导磁材质的、用于固定外磁环24的外磁环骨架25和外磁环压环23，外磁环24、外磁环骨架25和外磁环压环23均为环体；其中，外磁环骨架25轴向的一端设有沿径向向内突出的外磁环定位部25a，另一端设有内螺纹25b；外磁环24插入设置在外磁环骨架25内部，外磁环24轴向的一端被外磁环骨架25的外磁环定位部25a定位，另一端被与内螺纹25b螺纹配合插入外磁环骨架25的外磁环压环23定位，从而实现外磁环24的固定。
60.其中，内磁环组件4与外磁环组件5之间具有径向的永磁轴承间隙；本实施例中，该永磁轴承间隙为1mm左右。进一步，在一些实施例中，内磁环21可以由多片单体内磁环以轴向叠装形式组合构成，且外磁环24由多片与各单体内磁环相适配的单体外磁环以轴向叠装形式组合构成。
61.进一步，本发明不限制内磁环组件4固定在主轴3上的具体方式，作为示例的，在本实施例中，如附图3a所示，主轴3上设置有沿径向向外突出的轴肩3a和沿径向向内凹陷的轴壁定位槽3b，且轴肩3a和轴壁定位槽3b分别位于内磁环组件4的安装位置的轴向两端，安装后的内磁环组件4的轴向一端被轴肩3a定位，另一端被套设在主轴3外部且插入轴壁定位槽3b的第一轴用挡圈33定位，从而实现内磁环组件4相对于主轴3的固定。
62.进一步，如附图4所示，外磁环组件5插入设置于机壳15的内部，优选地，在一些实施例中，永磁轴承还包括与机壳15和外磁环组件5相连接的轴向距离调整机构，用于外磁环组件5的轴向位置调整、定位。机壳15上设置有沿径向向内突出的壳唇15c和沿径向向外凹陷的壳壁定位槽15d，且壳唇15c和壳壁定位槽15d分别位于外磁环组件5安装位置的上、下端，壳唇15c上设置有多个沿周向均匀分布的调距通孔，例如为间隔90
°
分布的4个调距通孔；轴向距离调整机构包括自上而下依序设置的调整螺栓12、波形垫圈13和孔用挡圈14；其中，调整螺栓12的数量、规格与调距通孔相适配，各调整螺栓12螺纹配合地插入各调距通孔，且其底端抵接外磁环组件5的顶端；波形垫圈13具有弹性，其顶部与外磁环组件5的底部抵接，用于支撑外磁环组件5，并可在外力作用下沿轴向进行压缩和回复运动；孔用挡圈14沿机壳15的周向设置于机壳15内部，且其外缘插入壳壁定位槽15d以定位，其顶部抵接波形垫圈13的底部，用于波形垫圈13的底部定位。轴向距离调整机构还可以采取其他形式，例如上下反向地设置，例如采取现有技术的其他的调距方式等等。其工作原理是，通过同幅度地
旋进或旋退各调整螺栓12，推动外磁环组件5沿轴向压紧或释放波形垫圈13，从而调整外磁环组件5与内磁环组件4之间的轴向相对位置，进而使外磁环组件5与内磁环组件4之间产生轴向电磁力以抵消风力发电机的旋转部分的重力载荷，减小其下方的第一机械轴承8的重力载荷。
63.进一步，为了保护永磁轴承，避免其外磁环组件5与内磁环组件4发生碰撞而损坏，支承单元还包括第二机械轴承11。如附图1所示，第二机械轴承11环绕主轴3设置于机壳15与主轴3之间，且位于永磁轴承的上方，其外圈与机壳15的壳唇15c的內缘固定、内圈与主轴3的外壁之间具有径向的保护间隙，该保护间隙小于永磁轴承间隙；本实施例中，保护间隙为永磁轴承间隙一半，即0.5mm左右。当永磁轴承的外磁环组件5与内磁环组件4之间发生径向接近时，由于保护间隙小于永磁轴承间隙，首先会使第二机械轴承11的内圈接触主轴3的外壁，进而防止外磁环组件5与内磁环组件4碰撞而受损；并且在接触后，机壳15能够带动第二机械轴承11的外圈相对于其内圈及主轴3转动，不影响风力发电机的正常工作，不损坏各部件。
64.发电机本体，为外转子永磁同步发电机，用于将旋转部件的机械能转换为电能；其轴向位置位于永磁轴承与第一机械轴承8之间，使风力发电机的重心靠下、具有较好的稳定性；其包括位于内圈的发电机定子6和位于外圈的发电机转子7，其中，发电机定子6套设固定于主轴3上，主轴3内部设有中心孔，发电机定子6的引出线17通过主轴3的中心孔引出与负载(未示出)相连；发电机转子7固定于机壳15的内部，采用halbach型(海尔贝克，一种磁体结构)转子，如附图5所示，该型转子的结构特点是不需要导磁体，其由60块磁钢19组成一个圆环，每5块磁钢19为一组，沿顺时针方向各组的充磁方向按照沿径向向外
→
沿周向顺时针
→
沿径向向内
→
沿周向逆时针
→
沿径向向外的顺序循环，从而通过各磁钢19就可以形成完整的闭合磁路，由于省去了导磁体，极大降低了发电机本体的质量，同时减少发电机本体的零件数量，简化了结构。
65.刹车保护单元，为电磁制动器，如附图6所示，其包括与静止部件相连接的电磁铁10，以及与旋转部件相连接的刹车盘9和摩擦片29；具体地，电磁铁10为轴式安装的环体，其套设在主轴3上，电磁铁10的内孔和主轴3的外壁分别开有键槽(未示出)，通过安装键31与键槽的配合来固定电磁铁10；同时，电磁铁10通过位于其下方的、套设于主轴3外部的第二轴用挡圈32实现其轴向的底部定位；电磁铁10包括其内部的导电线圈30，导电线圈30的导线通过主轴3的中心孔引出至控制电路(未示出)。刹车盘9和摩擦片29也为环体，其中，刹车盘9与下端盖15b通过螺钉28固定，刹车盘9底部安装摩擦片29。该刹车保护单元的工作原理是：当风力发电机的旋转速度超过预先设置的阈值时，控制电路向电磁铁10的导电线圈30通入电流，使电磁铁10产生电磁力而向上运动与摩擦片29吸附接触，由于摩擦片29随风力发电机的旋转部分旋转，其与电磁铁10之间的摩擦阻力增加，从而可以降低旋转部分的旋转速度；当风力发电机的旋转速度低于阈值时，切断电磁铁10的导电线圈30电流，电磁力消失，电磁铁10因重力下降而与摩擦片29分离，风力发电机的转速会逐渐升高。刹车保护单元可以根据风力发电机的旋转速度的变化，实时调整电磁铁10的导电线圈30的通电状态，从而控制电磁铁10与摩擦片29的分离和接触，实现风力发电机的限速刹车保护，由于其只限速不刹停，所以在刹车保护单元工作时仍可以进行微风发电，适应恶劣工况。
66.本发明的工作原理是：风力发电机的主轴3为静止部件，作为旋转部件的风叶单元
和机壳15套设在主轴3的外部，自然风的气流通过时在风叶单元的叶片两面产生的不同推力，从而产生旋转部件相对于静止部件的旋转力矩。当旋转力矩大于阻力矩时，旋转部件带动发电机转子7开始旋转，从而将风能转换为旋转机械能。随着风速增加，发电机转子7旋转速度加快，通过发电机定子6和发电机转子7之间的电磁感应，旋转机械能又转化为发电机定子6的线圈的电能，最后通过引出线17输出给负载。当发电机转子7旋转速度继续增加超出设定的安全转速时，刹车保护单元开始工作，通过增加电磁制动器的制动力矩来增加阻力矩，从而对发电机转子7进行减速，使发电机转子7旋转速度维持在安全转速范围内并且能够进行动态调整。
67.综上所述，本发明提供的一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，通过采用永磁轴承和第一机械轴承混合支承方式，并辅助第二机械轴承保护，在保证安全的前提下，极大降低了摩擦力矩，降低了启动风速，启动风速最低可达2m/s，解决了磁悬浮风力发电机大规模应用的难题，非常适合在风能资源匮乏的地区进行微风发电应用；整体结构简单，永磁轴承的外磁环和内磁环设计有支承骨架，以组件形式进行安装，避免磁性部件安装困难；通过两片曲率相同的阻力型叶片相对安装，以及调整两个叶片之间的重叠距离，保证其能够实现较高的风能利用率；通过刹车保护单元设计，以摩擦片电磁制动器通电制动来实现发电机转子的限速运行，将大风天气超出的风能通过摩擦形式释放，从而保证发电机转子运行在安全范围内；通过采用halbach型外转子电机，发电机的功率密度比较高。
68.本发明说明书中未作详细说明的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明广泛应用于城市、偏远农村、海岛等风资源匮乏地区，利用微风进行发电。
69.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，包括：风叶单元，旋转部件，用于采集风能、将风能转换为旋转机械能；机壳，旋转部件，为内部中空的柱体，其顶部与所述风叶单元的底端固定，能够随所述风叶单元同步自转；主轴，静止部件，为垂直设置的柱体，其顶端插入所述机壳的内部；支承单元，环绕所述主轴设置于机壳与主轴之间，用于连接所述机壳与主轴，依托所述主轴为旋转部件提供支撑；发电机本体，为外转子永磁同步发电机，包括套设固定于所述主轴上的发电机定子和固定于机壳内部的发电机转子，用于将所述旋转部件的机械能转换为电能。2.如权利要求1所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述支承单元包括：第一机械轴承，环绕所述主轴设置于主轴与机壳的靠下端之间，其内圈、外圈分别与所述主轴和机壳固定，用于对所述机壳的靠下端进行径向和轴向约束；永磁轴承，环绕所述主轴设置于主轴与机壳的靠上端之间，其包括沿所述主轴的径向分布的具有径向磁场斥力的内磁环组件和外磁环组件，所述内磁环组件套设在主轴的外部、所述外磁环组件插入设置于机壳的内部，通过所述内磁环组件与外磁环组件之间的径向斥力提供对机壳的靠上端的径向支承。3.如权利要求2所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述支承单元还包括：用于保护所述永磁轴承的第二机械轴承，环绕所述主轴设置于机壳与主轴之间，且位于所述永磁轴承的上方，其外圈与所述机壳固定，内圈与所述主轴的外壁之间具有径向的保护间隙，所述保护间隙小于永磁轴承的内磁环组件与外磁环组件之间的间隙。4.如权利要求1所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，还包括：刹车保护单元，包括电磁铁、刹车盘和摩擦片；其中，所述电磁铁套设固定在主轴上；所述刹车盘和摩擦片固定在机壳上且与电磁铁相对设置；当所述风力发电机的旋转速度超过阈值时，所述电磁铁通入电流产生电磁力而与摩擦片吸附降速；当所述风力发电机的旋转速度低于阈值时，所述电磁铁的通入电流切断，所述电磁铁与摩擦片分离。5.如权利要求2所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述支承单元还包括：轴向距离调整机构，用于调整所述外磁环组件与内磁环组件之间的轴向相对位置，以产生轴向电磁力抵消所述旋转部分的重力载荷，包括调距件和波形垫圈；其中，所述调距件与机壳及外磁环组件的第一端分别连接，用于调整、定位所述外磁环组件的第一端相对于机壳的轴向位置；所述波形垫圈具有轴向弹性，其轴向的第一端与所述外磁环组件的第二端抵接，轴向的第二端与所述机壳固定，用于弹性支撑所述外磁环组件并定位其第二端的轴向位置。6.如权利要求5所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述机壳上设置有沿径向向内突出的壳唇和沿径向向外凹陷的壳壁定位槽，所述壳唇上设置有调距通孔；所述轴向距离调整机构还包括沿机壳的周向设置于机壳内部的孔用挡圈，其外缘插入
所述壳壁定位槽以定位，其轴向的一端抵接所述波形垫圈的第二端，用于所述波形垫圈的第二端的轴向定位；所述调距件为与调距通孔相适配的调整螺栓，所述调整螺栓螺纹配合地插入各调距通孔，且其底端抵接所述外磁环组件的第一端。7.如权利要求2所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述内磁环组件包括：轴向充磁的内磁环，以及不导磁材质的、用于固定所述内磁环的内磁环骨架和内磁环压环；其中，所述内磁环骨架套设固定在主轴上，其轴向的一端设有沿径向向外突出的内磁环定位部，所述内磁环套设在内磁环骨架上，所述内磁环轴向的一端被内磁环定位部定位，另一端被套设在所述内磁环骨架上的内磁环压环定位。8.如权利要求7所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述外磁环组件包括：轴向充磁的外磁环，以及不导磁材质的、用于固定所述外磁环的外磁环骨架和外磁环压环；其中，所述外磁环骨架轴向的一端设有沿径向向内突出的外磁环定位部，所述外磁环插入设置在外磁环骨架内部，所述外磁环轴向的一端被外磁环定位部定位，另一端被插入所述外磁环骨架的外磁环压环定位。9.如权利要求1所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述风叶单元包括：风叶组件和垂直设置的风叶转轴，所述风叶组件与风叶转轴刚性连接，所述风叶组件能够在风力作用下带动风叶转轴自转；其中，所述风叶组件包括2片相同的阻力型叶片，二者相对且水平错位安装。10.如权利要求1所述的垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于，所述发电机转子为halbach型转子。

技术总结
本发明提供一种垂直轴外转子磁悬浮风力发电机，包括：风叶单元，旋转部件，用于采集风能、将风能转换为旋转机械能；机壳，旋转部件，为内部中空的柱体，其顶部与所述风叶单元的底端固定，能够随所述风叶单元同步自转；主轴，静止部件，为垂直设置的柱体，其顶端插入所述机壳的内部；支承单元，环绕所述主轴设置于机壳与主轴之间，用于连接所述机壳与主轴，依托所述主轴为旋转部件提供支撑；发电机本体，为外转子永磁同步发电机，包括套设固定于所述主轴上的发电机定子和固定于机壳内部的发电机转子，用于将所述旋转部件的机械能转换为电能。本发明具有结构简单、布置合理，摩擦阻力小，启动风速低的优点，适合于微风发电领域。适合于微风发电领域。适合于微风发电领域。


技术研发人员：张国奇 范伊雯 林芳如 张郁 夏莉莉 刘梓雯
受保护的技术使用者：烽光新能（上海）科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/6/3