图1  最常使用的是垂直转子轴的小型风力发电设备

因此在风力较弱的地区，小型风力发电设备的启动功率往往太高。SKF轴承公司采取措施减小了滚动轴承的摩擦，以降低风电设备的启动功率。

为了使小型风力发电设备也能够在风力较弱时有效地发电，优化风力发电机的滚动轴承方案是非常重要的前提条件。而且这对于风力较强地区的家用风力发电设备来讲，也是非常有意义的。

目前，这种小型风力发电设备已经在美国和亚洲地区发展起来。另外，在英国和德国等风力发电也是蒸蒸日上，发展得非常迅速。利用水平或者垂直的旋转轴旋转，根据功率、位置和设计的不同，其每年可以提供数千千瓦的电力。在风力较大的地区，这种家用风力发电设备提供的电力足够一个家庭一年的耗电。有时甚至还可以向电网系统馈送一些电力。

最佳配置提高小型设备的发电力

合理的技术以及合适的零部件，例如摩擦优化了的滚动轴承，就能够提高小型风力发电设备的发电能力。SKF公司认为这里有着很大的市场潜力可以挖掘，而且其已经证实：通过滚动轴承的优化改进能够明显提高小型风力发电设备的发电能力。

在风力发电领域，SKF公司也有着悠久的历史和丰富的经验。2010年该公司在风力发电设备领域中的销售收入大约有68亿欧元。他们的主要产品是主轴、塔机齿圈、变速机构的轴承、密封系统以及润滑系统等，另外，其还提供多种多样的技术服务以及在线监控。现在，SKF将其在配套大型风电设备中所获得的宝贵经验应用到家用小型风力发电设备中，希望能够更大程度地提高设备的发电能力。

与大型风力发电设备相比，小型风力发电设备的启动速度较高。例如，首先风速要达到2.5～3m/s，风力发电设备才能启动发电。在弱风地区和每年有风季节较少的地区，都很难满足对风速的要求。较低的启动速度和更高的发电能力会使小型风力发电设备在更多的家庭中得到应用。除此以外它也对提高风力发电设备在部分负载时的效率也有积极意义。

以一个垂直转子的风力发电设备为例（图1），对减少主轴滚动轴承摩擦的可能性进行了试验。这一小型风力发电设备的技术参数是：转子的额定功率5kW，发动机和轴的直径140mm，以常规的圆锥滚子轴承作为主轴的固定支承点，单列球轴承作为主轴的游动支承点。

阻力消耗掉发电设备的功率

为了能够获得更多有效的电能，对转子轴承进行了监控。监控过程中可以调整的元器件是滚动轴承、滚动轴承的密封件和润滑材料。圆锥滚子轴承和球轴承都带来了较大的功率损失。风速为1m/s时，理论计算得出的发电量全部被轴承的摩擦阻力所消耗掉了；风速达到2m/s时，仅滚动轴承消耗的能源就达到了所发电力的40％。风速为2m/s时圆锥滚子轴承所消耗的能源占整个滚动摩擦阻力消耗能源的90％（滚动体和滚道），占总能量消耗的9％（轴承端面接触）。

图2  降低摩擦：作为主轴固定支承点的圆锥滚子轴承（左上）被角接触球轴承所代替（右）。作为游动支承点的球轴承保持不变，但采用了非接触式的密封。主轴的直径也减小了30mm

但密封球轴承的情况有所不同：它在这种风速条件下所产生的滚动摩擦只占全部损耗的3%；其余97%是由接触式密封件所产生的。

迷宫式密封的角接触球轴承减少摩擦

根据上面的观察，解决方案变得非常明了：一方面是去掉球轴承的接触式密封件，用非接触的迷宫式密封件来代替；另一方面是改变固定支承点处的轴承类型，可以代替圆锥滚子轴承的是角接触球轴承。同时，轴径以及孔径也从140mm减小到了110mm（图2）。此轴承规格尺寸的减小不仅缩减了原材料的消耗，也降低了整个风力发电设备的重量，同时也是设备制造商降低成本费用的有利保障。另外，较小的轴承也意味着较低的摩擦力。

仅此一项优化措施就能很好地改进风力发电设备的效率：滚动轴承在风速为1m/s的条件下所消耗的能源不超过总消耗的20%；而原来的设计方案则达到了130%。换而言之：市场上常规的小型风力发电设备在经过滚动轴承优化之后就能够获得更多的电能。

这也就为高效利用风能提供了很好的前提条件。但根据SKF公司的专业人员估算：提高风力发电设备效率的方法还有许多潜力可以挖掘，例如合适的润滑材料以及为发电机选择合适的轴承，若有变速机构时也包括为变速机构选择合适的轴承。试验表明，仅仅选择使用SKF公司研发生产的E2型滚动轴承一项措施就可以减少30%的轴承摩擦。