磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计

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1、墨=三2轴承2010年1期CN41—1148／IHBearing2010，No．1磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计李丽君，房建成，韩邦成，蒋涛(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：为从根本上解决传统风机轴承的机械摩擦问题以有效提高风能利用率，提出了主、被动相结合的风力发电机全磁悬浮支承方案，在对小型水平轴磁悬浮风机轴承系统受力特性分析的基础上，将锥形被动磁轴承作为轴向轴承，利用有限元法分析了其力学特性，并在空间限定的情况下以刚度最大为优化目标对永磁体的尺寸、环数等进行了优化设计，最后给出了锥形被动磁轴承的实例设计结果。关键词：风力发电机；锥形被动磁轴

2、承；刚度；优化设计中图分类号：TH133．3；TK89；1Ml44文献标志码：A文章编号：1000—3762(2010)01—0010—05AnalysisandDesignofConicPassiveMagneticBearingforMagneticSuspensionWindTurbineULi—jan，FANGJian—cheng，HANBang—cheng，JIANGTao(SchoolofInstrumentScienceandOpto—electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，B

3、eijing100191，China)Abstract：Toellminatethemechanicalfrictionoftheconventionalwindturbinebearingandtoraisetheutilizationrate0fwindenergy，magneticsuspomionsupporting~hemewi山activeandpassivebearingsforwindturbineispresented．Basedonanalysisofmechanicalcharacteristicofbearingformagneticsuspensionwindt

4、urbine，conicpassivemagneticbearingisd~igned∞axialbealiIIganditsmechanicalcharacteristicisanMy~dbyfinitedementmethod(FEM)．TomaximizethestifnessofmagneticbeariⅡg，theparameterssuch88thesizeandringnumbersofpermanentmagnetareoptimizedunderthecircumstancedspace．Intheend，thedesignresultofconicpassivebea

5、ringusedinsmallsizehori-zontalaxiswindturbineisdeveloped鹊anexample．Keywords：windturbine；conicpaSsivemagneticbearing；stifness；optimizationdesign风能作为一种清洁的可再生能源，受到世界磁悬浮轴承具有无摩擦、无需润滑等优点，近各国的普遍重视，尤其是在德国、丹麦和美国等国年来在诸多领域得到应用J。磁悬浮支承特别家，风力发电得到了长足的发展。决定风力发电是永磁被动轴承一’J，具有无需控制系统，不消耗机(简称风机)性能的一个重要指标是其启动风功率，结构简单等

6、优点，更具在风机中推广应用的速，特指风机有效输出电能时的最低风速，启动风价值。美国研制的小型垂直轴磁悬浮风机，采用速越低，可利用的风速范围越广，风机的年发电时被动磁轴承轴向承重，启动风速降至1．8m／s。广问也越长。传统风机转子采用滚动轴承支承，机州中科恒源能源科技股份有限公司与中科院联合械摩擦和磨损严重uJ，导致风机的启动风速较研制出的风光互补型全永磁风机J，启动风速也高，一般在3—4m／s，年均有效发电小时数小于在2m／s以下，其转子采用滚动轴承结合永磁轴承2200h，风能利用率较低。支承，永磁轴承仅起卸载作用，滚动轴承仍承担转子重力。然而，上述风机系统中的磁悬浮轴承仅收稿日期：20

7、09—05—21；修回日期：2009—09—09是部分承载，风机中转动部分与非转动部分之间作者简介：李丽君(1985一)，女，硕士研究生，研究方向为磁悬浮风力发电机的电磁设计。的机械摩擦并未彻底消除；而只有在风机转子实E—mall：lilijun．1985@yahoo．corn．cn。现五自由度完全悬浮时，才能彻底消除机械摩擦，李丽君等：磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计从而大大降低风机的启动风速，提高发电效率。本文针对风机