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1、微摩擦力全永磁悬浮轴承在风力发电机中的应用李国坤闻淑英李坷,,兰州环优磁机电科技有限责任公司甘肃兰州730030关健词电机与电器静滋能论拉推磁路全永磁悬浮曰.雀旨—.、J.`二J,,能源是社会经济发展的基础能源工业所面临的矿物资源减少及对环境污染等问题使世界各国都。,,强烈要求使用可再生能源随着《京都议定书》的签订我国《可再生能源法》的颁布开发可再生绿色能。,,。源成为重要任务之一在风力资源中低风速的地伏广所以切人风速越低越好(见图1)频率,h!以X)5佣风速.m八图1典喇的年风倾曲线,可利用风能是在切人风速到停机风速之间的风速段,这个范围内的风能在风力发电中即
2、为有效风,,,,,能降低启动风速和切人风速就增加了有效风能的利用量在相同风速下提高输出功率就能大大增,,:加有效风能利用率从而更充分地利用可再生的洁净风能但许多研制者面临的矛盾是当将启动限力,、,。矩启动风速切人风速降低时又把输出功率同时也降低了采用磁悬浮技术是解决这一困难的有效方法。、二技术方案论证:从目前的儿种磁悬浮系统中进行对比后选型(一)电磁悬浮系统,,一个利用电磁吸力与重力平衡获得悬浮力但因吸力是不稳定磁悬浮电磁悬浮轴承甚至使用多达··234,,,,,十二个控制器来维持其6个自由度的稳定悬浮技术复杂体积庞大维护困难价格昂贵在风力发电机等许多领域几乎无法
3、实用。(二)超导磁悬浮(超导)以及超导,利用超导体的磁绝缘性体是唯一的磁绝缘体体的磁钉扎现象采用永磁体和超导。,。磁体的联合悬浮超导状态的获得至少需要液氮冷却这一过程消耗的能量十分巨大整个超导悬浮,,,,。系统价格之高维护之难远甚于电磁悬浮因而更不是适宜方案(三)电磁与永磁组合的混合悬浮也存在控制系统复杂等缺点。(四)恩肖定理及全永磁全悬浮的不可能1.恩肖定理1842年(aw1:英国物理学家恩肖aErnhs)rz指出一个相互作用力服从距离平方反比规律的体系不可.,,一吕:。「1能实现三维空间的稳定平衡这一结论历经三个世纪发展成为恩肖定理全永磁全悬浮不可能,:当悬
4、浮体系中没有电流时静磁场的拉井拉斯方程为△一,:WO即JZW.JZW.JZW气:-二二州卜气:-气二州卜,:-飞尸一U(1)“““dxdydz式中W为体系的静磁能。.,,:式(l)为平衡的条件为了使体系稳定体系的静磁能的二阶微分必须大于零即Z_,JW产>。>。二丁-r)U(2)`一嘿“dX奖dydz,,。显然式(1)和式(2)不可能同时满足因此不叮能存在永磁体在永磁体L的稳定悬浮.2[,一传统的大库擦力全永磁愚浮系统川。,,:物体的刚度是指物体保持原有运动状态的能力xyz方向上的刚度分别为假定物体在J,,J,,J,-:,-一。,.八-xF,八一气凡寸`.八=-二
5、zF,-(3)`一dxJydz,,,z,,z.,式中FyF分别为作用在物体xy方向卜的力如果物体位移方向和作用力的方向相同则’kx,。;物体处于不稳定状态如果物体位移的方向和作用力的方向相反则物体处于稳定状态Z一K,,一二,JWK于是二对在式(”中因了~K塑奖-与妥口Z二,二K+K+K=o(4)z,:如果系统关于轴对称式(4)可简化为二,rK-一ZK或K(5)、,,,;,式(4)式(5)说明对于轴对称系统当在轴向上稳定则在径向方向不稳定当在径向方向上稳定则在。,。轴向方向会产生不稳定因而传统的全永磁悬浮轴承要想大幅度降低摩擦力是很难的3.传统的全永磁愚浮轴承(1
6、)结构介绍,Yonne’一”」,对于该种悬浮著名永磁轴承专家法国的tL做了大量的工作他提出很多种有支点的全,,、:永磁悬浮轴承种类很多但其基本型如图2图3所示235支撑板SS、NSN、习丫SN}飞}卜l卜(图2两个同极相斥的轴向充磁的磁环图3两个径向充磁的磁环。,,图2为两个同极相斥的轴向充磁的磁环在轴向转子受到定子的向上斥力随着转子重量的增,占的,,,。加磁隙减小定子对转子向上的斥力增加即此装置在轴向可得到稳定的悬浮此为轴向轴承其.,、,.二二扣_;二,,;二,,~~今~一一一1介~霞力G与悬浮力方向相反但绝对值相等即,。,成xL卞叹一户M)一UxL一户M1旦
7、仕侄同们厂一一下了户M倒`不稳定力作用于支撑板上。,,,图3为两个径向充磁的磁环定子磁环套于转子磁环之外当转子轴偏离轴心时转子磁环将受到,,:外磁环的斥力可得到稳定的悬浮其径向刚度,r·FB,B过S,.0了、-—e一4甲o—e-,,,,,,`式中F是轴承的径向承载能力S为相互作用面积B为外磁环的磁感应强度B为内磁环的磁感强,。—o,度哨为真空导磁率为两个磁体的偏心距(2)严重的缺点,。、、、对于小型风力发电机来说整机价格较低因此对于电磁悬浮超导悬浮电磁与水磁组合悬浮超、,。:导与永磁组合悬浮均是价格太高维护太难所以不予考虑而传统的全永磁悬浮轴承有严重的缺点,,,
8、,,。承载力小刚度小不稳
