风力发电机按旋转轴的方向来分， 可分为水平轴和垂直轴两种。 目前 被广泛应用的是水平轴风力发电机， 但其存在设计制造复杂， 造价居高不 下等缺陷。 相比之下， 经过改进设计的垂直轴 H型风力发电机以启动风速 低、 风能利用率高和无噪声等众多优点， 具备更加广阔的市场应用前景。

在垂直轴风力发电机中， 发电机要承载风轮所受的重力， 受力部件集 中在发电机主轴和设置在主轴上的轴承上， 因此使发电机的阻力矩加大， 发电效率降低、 影响风轮的启动风速， 同时也会降低轴承的使用寿命。 为 了解决这一问题， 人们提出了利用磁斥力实现辅助支撑， 从而减小转动阻 力矩的技术方案。 例如在专利号为 ZL 200820126507. 1的中国实用新型专 利中， 公开了一种用于垂直轴风力发电机的磁悬浮装 置， 其中发电机转子 主轴设置在支座内， 主轴底部设置上磁体， 支座上与主轴底部围成的空腔 内设置下磁体， 下磁体设置在上磁体下方并与上磁体同极性相 对设置。 由 于磁悬浮装置设置在发电机主轴底部，所以上 磁体以及上磁体上方的发电 机主轴受到由于同极磁铁相斥所产生的相上的 磁场力，部分抵消了轴承上 所受压力， 使发电机的转动阻力矩减小， 发电效率得到提高、 风轮的启动 风速降低， 同时也会延长轴承的使用寿命。

另外， 在专利号为 ZL 200820024546. 0的中国实用新型专利中， 公开 了一种磁悬浮自调桨距垂直轴风力发电机。 它包括磁悬浮风力发电机， 磁 悬浮风力发电机的发电机轴与叶轮的叶轮轴一 体制成，发电机轴穿入电机 壳体内， 在发电机轴上安装发电机转子， 与之对应的电机壳体上设有发电 机定子， 同时在发电机轴上和电机壳体内还安装轴向磁 悬浮装置和径向磁 悬浮装置， 进行磁悬浮定位。 轴向磁悬浮装置包括设置在电机壳体内部顶 端的固定盘， 固定盘与发电机轴固联， 在固定盘上设有至少一个环形的轴 向上磁体， 与之对应的电机壳体上设有相应的轴向下磁铁 。 径向磁悬浮装 置包括设置在发电机轴上的至少一个径向内磁 铁，与之对应的电机壳体上 设有相应的径向外磁体。 发明内容 本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种 用于垂直轴风力发电 机的磁悬浮支撑装置。

本发明还要解决的另外一个技术问题在于提供 一种采用上述磁悬浮 支撑装置的垂直轴风力发电机。

为实现上述的发明目的， 本发明采用下述的技术方案：

一种用于垂直轴风力发电机的磁悬浮支撑装置 ， 其特征在于： 所述磁悬浮支撑装置包括至少三个磁悬浮支撑 机构， 其中第一磁悬浮 支撑机构设置在支撑风轮的主轴环形外缘位置 ，第二磁悬浮支撑机构设置 在电枢的环形外缘位置，第三磁悬浮支撑机构 设置在发电机的中心盘环形 外缘位置；

在各磁悬浮支撑机构中具有环状分布的多组磁 钢， 所述磁钢采用矩阵 式结构， 位置上下相对的磁钢的极性分布相反。

在各磁悬浮支撑机构中还具有轭铁，在所述轭 铁中设有多个呈矩阵分 布方式的凹槽， 在所述凹槽中固定放置所述磁钢。

所述第一磁悬浮支撑机构由安装在塔柱上的支 架提供支撑。

一种垂直轴风力发电机， 其特征在于：

所述垂直轴风力发电机采用上述的磁悬浮支撑 装置。

本发明所提供的磁悬浮支撑装置可以使垂直轴 风力发电机的转动阻 力矩减小， 风轮的启动风速降低， 从而使发电效率得到提高。 同时， 该磁 悬浮支撑装置也可以增加轴承的使用寿命，延 长垂直轴风力发电机的维修 周期。 附图概述 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步的详细说明。

图 1为采用本发明所提供的磁悬浮支撑装置的垂� �轴风力发电机的剖 视图；

图 2为本发明中的第一磁悬浮支撑机构的磁体分� �示意图； 图 3为本发明中的第二磁悬浮支撑机构的磁体分� �示意图； 图 4为本发明中的第三磁悬浮支撑机构的磁体分� �示意图； 图 5为本磁悬浮支撑装置中三个磁悬浮支撑机构� �安装位置示意图。 本发明的最佳实施方式 在本发明所提供的垂直轴风力发电机中， 所使用的永磁发电机为无铁 芯的盘式结构发电机。 如图 1所示， 该发电机封装在由中心轴 1和上、 下 端盖 6围合而成的封闭空间内，其中定子部分和转� �部分采用轴向布置方 式。 定子部分主要由电枢钳 2和电枢 4组成， 其中电枢钳 2固定在中心轴 1的周围， 电枢 4沿径向延伸。 转子部分包括上下对称的两个转子盘。 在 两个转子盘上面布置有多块磁极交替的永磁体 ，这些永磁体采用圓环状布 置方式， 从而形成轴向励磁磁场。上下两个转子盘的外 缘处还设有轭铁 5 , 以便构成封闭的磁路。 径向延伸的电枢 4位于两个转子盘之间。 转子盘随 着风力发电机的风轮旋转， 不断切割磁力线以产生电能。

需要说明的是， 图 1所示的中间定子、 两侧转子的盘式结构发电机只 是垂直轴风力发电机的一种实现形式。 实际上， 该垂直轴风力发电机还可 以采用中间转子、 两侧定子的实现形式， 或者多个定子、 多个转子轴向交 替排列的实现形式。 类似的实现形式还有很多， 在此就不——赘述了。

现有技术中采用的磁悬浮装置大多是满足较小 型垂直轴风力发电机 的支撑需要， 因此磁钢往往采用单点分布方式， 产生的支撑力有限。 而对 于大型垂直轴风力发电机而言，磁悬浮装置需 要满足大平面薄形结构的支 撑需要， 因此采用单一的磁悬浮支撑机构是不够用的。 需要结合垂直轴风 力发电机的质量分布和转动阻力矩分布特点， 采用多点支撑方式， 由多个 磁悬浮支撑机构共同进行磁悬浮支撑。

为此， 本发明所提供的磁悬浮支撑装置包括至少三个 磁悬浮支撑机 构。 其中， 第一磁悬浮支撑机构用于实现风轮的磁悬浮支 撑， 该磁悬浮支 撑机构由轭铁 8和多块磁钢 9组成，并由安装在塔柱上的支架 7提供支撑。 第二磁悬浮支撑机构 10包括实现电枢磁悬浮支撑的轭铁和多组磁钢� �� 第 三磁悬浮支撑机构 11 包括实现发电机磁悬浮支撑的轭铁和多组磁钢 。 这 三个磁悬浮支撑机构使整个垂直轴风力发电机 的旋转部分工作在无阻力 的悬空状态， 显著减小了旋转力矩。

如图 2所示的径向剖视图， 上述的第一磁悬浮支撑机构中具有多组磁 钢。这些磁钢采用矩阵式结构，沿支撑风轮的 主轴环形外缘位置环状分布。 位置上下相对的磁钢的极性分布正好相反，从 而产生用于支撑风轮的磁斥 力。

如图 3所示的径向剖视图， 第二磁悬浮支撑机构 10中具有多组磁钢。 这些磁钢采用矩阵式结构， 沿电枢的环形外缘位置环状分布。 位置上下相 对的磁钢的极性分布正好相反， 从而产生用于支撑电枢的磁斥力。

同样地， 如图 4所示的径向剖视图， 第三磁悬浮支撑机构 11 中也具 有多组磁钢。 这些磁钢采用矩阵式结构， 沿发电机的中心盘环形外缘位置 环状分布。 位置上下相对的磁钢的极性分布正好相反， 从而产生用于支撑 发电机的磁斥力。

从垂直轴风力发电机的主轴方向看， 上述的三个磁悬浮支撑机构的磁 钢分布呈大小不同的三个环。 如图 5所示， 其中最内侧的环状体为第一磁 悬浮支撑机构， 中间的环状体为第三磁悬浮支撑机构 11， 而最外侧的环 状体为第二磁悬浮支撑机构 10。

每个磁悬浮支撑机构中的磁钢都采用矩阵式结 构， 具有体积小、 排布 方便、 易充磁、 同等单位面积磁力强等优点。在采用矩阵式结 构的过程中， 有一个技术难题在于很难避免磁钢在风力发电 机运行过程中出现错位， 而 一旦出现错位则磁悬浮支撑将无法实现，这也 是现有技术中往往不采用矩 阵式结构的主要原因。 为了解决这一技术难题， 本发明在轭铁中开设有多 个呈矩阵分布方式的凹槽，在这些凹槽中固定 放置用于实现磁悬浮支撑的 磁钢， 从而实现对磁钢的位置限位， 有效避免了磁钢错位的问题。

以上对本发明所提供的用于垂直轴风力发电机 的磁悬浮支撑装置进 行了详细的说明。 对本领域的技术人员而言， 在不背离本发明实质精神的 前提下对它所做的任何显而易见的改动， 都将构成对本发明专利权的侵 犯， 将承担相应的法律责任。 工业实用性 本发明的用于垂直轴风力发电机的磁悬浮支撑 装置，应用于风力发电 领域， 发电机主轴受到磁力的支撑， 使发电机的转动力矩减小， 发电效率 得到提高。