小型低风速风力发电机永磁轴承的设计与分析

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1、小型低风速风力发电机永磁轴承的设计与分析★口张锦光口胡业发口王念先武汉理工大学机电工程学院武汉430070摘要：风能是重要的可再生能源，低风速风能的利用对风力发电的发展有重要意义。磁力轴承能有效地减小风力发电机的启动阻力矩、降低启动风速。永磁轴承具有体积小、无功耗、结构简单、零响应时间等优点而被广泛应用。对永磁轴承的结构设计进行了分析，并采用轴向磁化轴向叠加多环径向永磁轴承作为低风速风力发电机主轴支承，用有限元法分析计算了的永磁径向轴承的径向力，完成了实验样机，对比实验表明，该样机的启动阻力矩比传统的风力发电机降低了4O％。关键词：低风

2、速风力发电机永磁轴承有限元法中图分类号：TH133文献标识码：A文章编号：1000—4998(2010)05—0020—04Abstract：Windpowerisanimportantregenerativeenergy．Theutilizationoflowspeedwindissignificantforthedevelop—mentofwindpowergeneration．Featuringsmallvolume，nopowerconsumption，simplestructureandzeroresponsetime，the

3、per—manentmagneticbearingshavebeenwidelyused．Thestructureofthepermanentmagneticbearingsisanalyzedinthepaper．Theaxialplacementandaxialmagnetizationmulti—-annular—·shapedpermanentmagneticbeatingsareadoptedasthemainshaftbear-ingsofthelowspeedwindpowergenerator．Theradialforc

4、eofthepermanentmagneticbearingsiscalculatedwiththehelpoffiniteelementmethod．Asaresult，theexperimentalprototypeisproduced．Thestartresistancetorqueoftheprototypeis40％lowerthanthatofaconventionalwindpowergenerator．KeyWords：Low—speedWindPowerGeneratorPermanentMagneticBearing

5、FEM我国风能可利用区和欠缺区占国土面积的74％¨1，1小型低风速风力发电机的支承结构形式为了使风能资源真正成为不可缺少的战略替代能源，传统小型直驱式风力发电机支承结构如图1所示。必须开展低风速风能的利用策略与高效的先进风力发影响风力发电机电理论和技术的研究。低风速风力发电的关键技术包启动阻力矩的关键因括叶片设计和制造技术、发电机技术以及传动和支承素主要有：发电机定、技术。叶片技术是提高风能转化为机械能效率的关键；转子之间的磁阻力矩发电机技术是提高机械能转化为电能效率的关键；传及发电机转子支承系动和支承技术是减少机械能传递过程中损耗的关

6、键。统所采用的机械轴承风力发电系统中，存在着多种旋转机构，目前主要的周向摩擦力矩。采用传统的滚动轴承进行转子支承，滚动轴承在运动其中发电机定、转中会产生摩擦，导致功率损耗。磁力轴承是采用磁场力子之间的磁阻力矩产无接触地将转轴悬浮的轴承，采用磁力轴承不仅从根生的原因是电机气隙本上消除机械摩擦，减小功率损耗，降低启动阻力矩，中磁场储能的改变】，从而降低风力发电机起动风速，扩大风力发电机应用此部分的阻力矩可通区域，而且由于磁力轴承消除了机械摩擦，具有无磨过定子分数槽绕组等损、无需润滑等优势，可以减少轴承的维护成本，提高方法来减小；而实际工风力

7、发电系统的可靠性，从而从总体上降低风电成本。作中机械轴承的周向本文将磁力轴承应用于传统的小型风力发电机转摩擦力矩很难减小或子系统中，采用轴向磁化轴向叠加多环径向永磁轴承作消除，磁力轴承定、转子间可以实现无接触的运行，可为低风速风力发电机的主轴支承，用有限元法分析计算以使定、转子间无机械摩擦和机械摩擦力，能很好地减永磁径向轴承的径向力，并且加工了实验样机，对比实小或消除此部分的摩擦力矩。验表明，该样机的启动阻力矩小于传统风力发电机。磁力轴承系统工作原理可分为3类：主动磁力轴★武汉市学科带头人计划资助项目(编号：200951830557)承

8、、被动磁力轴承、混合磁力轴承。其中由永磁体构成收稿日期：201O年1月2010／5机械制造48卷第549期的被动磁力轴承以其低成本、无需控制、无功耗、体积径向永磁轴承结构进行研究。小、结构简单、零响应时间等