风力发电经过几十年的发展，已经逐渐形成较为成熟的技术和市场。而随着风力发电机装机容量不断增大，随之而产生的内在问题逐渐显现。

传统的风机机舱内只安装了一个传输系统和发电机。一个2.5MW的风机变速箱传动机构需要承载50－70吨的压力，而这些风机的转子旋转得更慢，使转矩呈指数增长，从而产生很大的过载危险。因此，高负载运行将对风机变速箱和轴承产生很大的影响和问题。


新型“四电机”结构
美国Clipper Windpower公司采用不同的设计。并非仅仅增大风机每个部件的尺寸，而是通过多个小型的发电机达到同样的效果，显著地减小了风机的重量和压力，同时也减轻了维护的负担。Clipper的Liberty风机采用“四电机”设计，即采用了四个永磁电机，实现更有效地变速能力和电压特性，实现顺利并网。风机利用反馈控制减小在乱风中的负载漂移，同时还能优化叶片倾角以减少驱动链载荷，改进能量捕获。


驱动技术

这项新技术采用创新的多驱动变速箱对四个先进的永磁发电机进行传动。多驱动传动路径设计明显的减小了每个变速箱部件的负载，从而减小了变速箱的尺寸和重量。

多数风机制造商都采用单个大型行星齿轮来推动转子轴承转动。而Liberty风机用的是另一种技术，采用紧凑型双螺旋变速箱来承载转子轴承的转矩，驱动四个高速转轴。由于转矩是指数增长，将负载转矩分为四份意味着每个轴承只需要承受1/16的负载。每个输出轴承连接一个650kW发电机，因此，四个同样的部件输出相当于一个2.5MW的涡轮风机。

这一技术具有很多优势。首先可以减小组件尺寸。包括变速箱、刹车器和外罩重量仅为36吨，是采用行星齿轮传动的一半。由于采用了四个发电机，使得维护也变得更加简便。如在维修或更换其中一个发电机时，其他三个发电机仍然可以继续发电。另外，高速齿轮传动装置也可以进行更换，而无需移动变速箱。




永磁技术

然而，发电机并非仅仅是更小型化，它们采用了更加先进的永磁材料。大多数常规的风力发电机采用双反馈发电机，通过电流激励转子，从而产生一个电磁场。这种方法由于要从装置中获取电力而效率较低，同时还会产生电流泄漏。

由于永磁发电机经过磁化，可以不必从装置中获取电力，风机就可以更高效地运行，并承载更大范围的负载。每个Clipper公司的MegaFlux永磁发电机尺寸为3.5×3英尺，重量不到4000磅，可以通过龙门起重机提升运载。

其他的变速涡轮发电机采用双向转换系统和绝缘栅双极晶体管（IGBT）将电力存于线圈绕组，再输送到公用线路中。定子直接与公用电网连接。而转子与IGBT连接，在低风速时电流流经转子，高风速时电流流出，以此保持所需的输出频率。

在这样的技术中，电流通过集电环和电刷传导，泄漏电流感应将可能导致转子轴损坏。另外，泄漏电流还会在发电机轴承上产生电弧，导致蚀损斑。

Clipper公司的技术采用永磁体和单向转换系统，可以不必从电网中获取电流，因此不会产生泄漏电流对轴承造成损坏。电力直接由定子输速，并整流成直流电。IGBT将直流电转化成交流电，在风力变化时维持所需的电力功率因素。虽然转子和发电机速度可能变化，输出则可以保持电网需要的50或60Hz。

这种设计要比传统产品结构更加简单，采用更少的部件，转换器无须计算输入电力的频率，通过集电环输送并再与定子电力汇合。

另外，标准的感应发电机需要一个并网线路连接到定子，而Liberty发电机没有直接连接线路。电动机仅仅输出电力，在输入电网前流经一个转换器。使发电机与电网隔离，不会直接对电网产生干扰，可以进行高电压运行。

因此，“四电机”技术不但能使风力发电机在获取同等电力的情况下，有效地减小风机尺寸和重量，还避免了风机并网时对电网造成的干扰，提高了运行的可靠性和安全性。