CN101956760A - 一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承，由箍套在转轴上的具有轴向磁性的轴磁环和上方的固定在机壳内的异磁性的壳磁体组成，转轴受到向上吸拉的磁支承力，以平衡于转轴的总重量，另外，轴磁环和壳磁体相互处于横轴向的磁极耦合态，给转轴以横轴向的抵御劲风顶推的支承刚度，由于减小了机械轴承的纵径向和横轴向的压力负担，因而有效地减少了机械轴承的摩擦力与损耗及磨损，本结构：高效，简易，实用。

Description

一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承

技术领域：磁电，磁悬浮，风力发电机

技术背景：水平横向转轴的横轴风力发电机的机械轴承是最薄弱的环节，它既受到连有风叶和转子等的沉重的转轴的很大的纵径向的下压力，又受到风力顶推风叶而通过转轴对机械轴承形成横轴向顶推压力和角度扭变，引起机械轴承内的摩擦力增大，损耗加大，磨损加快，降低了发电效率，也降低了机械轴承和整机的寿命，所以使用寿命和质量远比理论的要小得多，这是急得解决的弊端；可采用非接触的磁性的轴承的解诀方法，国外的实验用：电磁轴承，但太复杂，不实用，国内的磁轴承的方法，如专利申请号：001136634.6和申请号：200610122794.9所述的，但结构也复杂，调节困难，成本高；另一种，既保留了原有机械轴承又加用了磁性的轴承以降低摩擦力，如专利200620022803.81所述，其纵径向采用耦合力作支承力，其磁力利用率不高，结构仍然复杂，成本高；而专利200620022804.2所述，其结构已简化，但在横轴向处于不稳定状态，性能不全面，而某些有关：垂立式风力发电机中的磁悬浮轴承之类的专利，因垂立式与横轴式的结构不同，无法进行相提并论地评述.

发明内容：

发明目的：

发明一种增设在横轴风力发电机中的磁悬浮轴承，用以给机械承承减负，减少磨擦力和损耗以及磨损，提高发电效率和寿命.

技术方案：

采用一种磁悬浮轴承，一方面给沉重的转轴施加向上吸拉的非接触磁吸力的：支承力，降低对机械轴承的下压力，另外，具有横轴向的：支承刚度，以抵御风力的横轴向的顶推压力和角度扭变；具体采用：由上下一对的相互吸引的永磁体组成；下方的永磁体是同轴地箍套在转轴上的轴磁环，上方的永磁体是固定地安装在机壳内的相应处的异磁性的壳磁体，轴磁环与壳磁体之间有一纵径向的间隙开距，套有轴磁环的转轴受到上方的壳磁体的向上吸拉的用以平衡于转轴的总重量的支承力，轴磁环和壳磁体在横轴向相互处于磁极耦合态，隐含具有定中心效应的耦合力，赋予转轴以横轴向的支承刚度.

轴磁环可采用具有横轴向磁性的磁环，即：具有横轴向的两个相背的互为异磁极性的磁极面.壳磁体可采用纵径向磁性和有纵径向磁极面的永磁体.壳磁体也可采用具有轴向磁性的永磁体；壳磁体也可采用：双联结构，即：两个外形相同的具有纵径向磁性的互为异磁性的磁体的各一个而互为异磁极性的磁极面，都贴装在一导磁的铁板面上，这两个磁体之间有一定的横轴向开距，该壳磁体的向下的开口端处的两个磁体的磁极面的磁极性也是互为异磁性.

本方案的磁悬浮轴承的方式之一是：在转轴上箍套有横轴向磁性的轴磁环，在它的正上方装有开口端朝下的双联结构的异磁性的壳磁体，则，上下共有两组异性相吸的磁力，因而有：支承力和耦合力各二股，形成：纵经向的支承合力和横轴向的耦合合力；纵径向的支承力采用二个永磁体的相对的异磁极性的磁极面之间的直接的磁吸力，此方案：磁力利用率高，简单；而横轴向用于抵御风力的顶推，因风力大小的不规则，采用横轴向的：支承刚度，是可取的方案；因转轴得到向上吸拉提升的磁支承力，用于平衡于转轴总的下落重力，经调整，可以使这上下二个力基本上相接近，转轴可以处于失重状态的准磁悬浮状态，此时机械转轴承受到转轴的纵径向下压力可以减小到最小的程度，减少了摩擦力与损耗及磨损，另外，磁极耦合态是能态最低的方位，则隐含的耦合力能作为轴磁环和转轴反抗因受外力而产生横轴向相对位移和角度扭变的稳定力源，因为风叶受劲风吹转而通过转轴向机械轴承施加横轴向顶推力和角度扭变时，轴磁环和转轴必然会由于偏离磁极耦合态的原位而发生横轴向的位移倾向，此时由于偏离原来的能态最低的磁极耦合态方位而使能态提高，势必会产生一股耦合力，它与外力是相反方向的，会驱使轴磁环和转轴，返回原位的能态最低的方位上去，形成了“反位移“的稳定力源，能够作为横轴向支承刚度，这就是能态定位效应，可缓释风力造成机械轴承内的顶推力与角度扭变的负担；上述的这种结构，既产生纵径向的向上的磁支承力，又有横轴向的支承刚度；调整的方法：如果增大永磁体的体积和磁场强度，减小上下磁体的间隙，增大磁极的面积，改变磁体形状等都可以增大磁支承力和支承刚度的大小值，以达到要求；

磁悬浮轴承在一台横轴风力发电机中可以不止一组被采用。

有益效果：

采用磁悬浮轴承可减轻机械轴承的负担，提高发电效率，延长机械轴承和整机的寿命，並优化运行性能，且结构简单，调试方便，成本低.

编号：

1，转轴  2，风叶  3，转子  4，机壳  5，机械轴承

6，轴磁环  7，双联结构  9，铁板  10，定子

11，具有轴向磁性的壳磁体

附图：

图1，装有：壳磁体为双联结构以及轴向磁性的轴磁环的磁悬浮轴承的横轴风力发电机的总图

图2，壳磁体是轴向磁性的永磁体的磁悬浮轴承的图形

具体实例：

实例1：总结构及原理见：图1

横轴风力发电机的转轴1上装有：风叶2和转子3，机壳4内装有：定子10；所述的定子10和转子3之间，用机械轴承5作滑动连接；在转轴1上箍套有：轴磁环6，在轴磁环6的纵向的正上方的机壳4的相应处，装有：双联结构7，轴磁环6和上方的双联结构7之间，有一纵径向的开距；所述的轴磁环6是具有轴向磁性的並在横轴向有两个相背的而互为异磁性的磁极面(N极，S极)，而双联结构7的开口端向下的两个磁极面也是互为异磁极性的(S极，N极)；因为轴磁环6和上方的双联结构8相互也是互为异磁性，而各自的相对应的横轴向的两侧都同时地相互有异磁性的磁吸力，则，箍套有轴磁6的转轴1，受到上方的异磁性的双联结构7的两侧的共两股同时作用的向上吸拉的磁性的支承合力，当所述的支承合力调整到很接近于转轴1的总重量(包重量(包括：风叶2，转子1，转轴1的自重，轴磁环6)时，转轴1处于：准磁悬浮状态，则，转轴1对于机械轴承5的纵径向的下压力得以缓释，磨擦力和损耗以及磨损都显著减小；另外，轴磁环6和上方的作为壳磁体的双联结构7是：两侧都相互处于横轴向的磁极耦合态，都隐含具有中心定位的作为耦合力的稳定力，並且，具有两侧的共两股同时作用的耦合力而形成了耦合合力，並形成了：拉维磁路，因而，赋于箍套有轴磁环6的转轴1以横轴向的具有强刚性的支承刚度，能抵御不规则的风向和风力的不规则的顶推而对机械轴承5的造成的横轴向的推压力和角度扭变，也缓释了机械轴承5的这方面的负担，减少了磨擦力和损耗以及磨损，采用：双联结构7，能增大磁力的出力.

实例2：轴向磁性的轴磁环和轴向磁性的壳磁体组成的磁悬浮轴承见：图2

在转轴1上箍套有轴向磁性的轴磁环6，它6在横轴向具有两侧的两个相背的互为异磁极性的磁极面(N极，S极)，其6的正上方的机壳内的相应处装有：异磁性的具有轴向磁性的壳磁体11，它11具有横轴向的两个相背的互为异磁极性的磁极面(S极，N极)，所述的轴磁环6和上方的壳磁体11之间，有一纵径向的间隙开距；所述的轴磁环6的轴向的两个磁极面的磁极性，都是分别地和上方的壳磁体11的轴向的两个相对应的磁极面的磁极性都是互为异磁性而都是相互吸引的，套有轴磁环6的转轴1受到两股向上吸拉的：支承合力；同样地，也具有两股磁极耦合态的横轴向的耦合合力而形成的具有强刚性的支承刚度；具体原理，同于：实例1所述。

Claims (6)

1.一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承，由上下一对的相互吸引的永磁体组成；其特怔在于，下方的永磁体是指：同轴地箍套在转轴上的轴磁环，上方的永磁体是指：固定地安装在机壳内的相应处的异磁性的壳磁体，轴磁环与壳磁体之间有一纵径向的间隙开距，套有轴磁环的转轴受到上方的壳磁体的向上吸拉的用以平衡于转轴的总重量的磁性的：支承力，轴磁环和壳磁体在横轴向相互处于磁极耦合态，隐含对转轴具有中心定位效应的：耦合力，赋予转轴以横轴向的：支承刚度.

2.根据权利要求1所述的一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承，其特怔在于所述的轴磁环是指具有横轴向磁性的磁环，即：具有横轴向的两个相背的互为异磁极性的磁极面.

3.根据权利要求1所述的一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承，其特怔在于所述的壳磁体是具有纵径向磁性和有纵径向磁极面的永磁体.

4.根据权利要求1，其特怔为壳磁体是具有轴向磁性的永磁体.

5.根据权利要求1所述的一种横轴风力发电机的磁悬浮轴承，其特怔在于所述的壳磁体是指：双联结构，即：两个外形相同的具有纵径向磁性的互为异磁性的磁体的各一个而互为异磁极性的磁极面，都贴装在一导磁的铁板面上，这两个磁体之间有一定的横轴向开距，该壳磁体的两个磁体的向下的开口端处的磁极面的磁极性也是互为异磁性的.

6.根据权利要求1和5，其特怔在于所述的磁悬浮轴承是指：在转轴上箍套有横轴向磁性的轴磁环，在它的正上方装有开口端朝下的双联结构的异磁性的壳磁体，则，上下共有两组异性相吸的磁力，因而有：支承力和耦合力各二股，形成：纵经向的支承合力和横轴向的耦合合力。

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