CN105927485B - 一种风力发电机磁耦合轴承系统 - Google Patents

一种风力发电机磁耦合轴承系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种风力发电机磁耦合轴承系统，包括壳体、转轴系统和外磁环。所述壳体为两段式，其上设有壳体转轴通过孔、壳体润滑孔、壳体外磁环安装孔和壳体轴承盖法兰，用于安装转轴系统起到支撑传动的作用，两段壳体中间安装外磁环；所述转轴系统上安装在壳体之上，设有转轴、轴承、轴承盖和内磁环，安装后轴承位于壳体两端，内磁环处于转轴中部，与外磁环对应，磁性相同；外磁环包围在内磁环周围，当转轴系统转动时，由于内、外磁环的相斥磁力作用使得转轴系统的轴承受到较小的力，保护传动系统，减小风力发电机故障发生率，提高了经济效益。

Description

一种风力发电机磁耦合轴承系统
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体是一种风力发电机磁耦合轴承系统。
背景技术
根据目前对风力发电机故障诊断方面的研究发现，在风力发电机中轴承是故障率发生率较高的部位。由于风力发电机是由风能提供动力，当风力发电机运转时会造成脉动冲击，这样轴承系统会受到脉动载荷的作用，很容易损坏轴承。当轴承损坏后，维修成本非常大，这样就会造成较大的经济损失。所以对轴承系统进行结构改进，减小风力发电机故障发生率，对提高风力发电机的经济效益具有重要的意义。
现有风力发电机轴承系统均采用传统轴承结构，一般轴承均包括轴承外圈、轴承内圈。保持架和滚珠，现有技术多从轴承结构组成做改进，另外还有从轴承材料和加工工艺方面进行研究的。但是以上方式均没有很好的解决现有技术问题，并且会产生较大的成本。专利号为CN 102748395 A中国专利公开了一种风力发电机用变桨轴承，所述轴承的内圈和外圈均由铜基复合材料制造，铜基复合材料各成分的重量百分比含量为：2-6％石墨，2-4％纳米碳管，1-3％二硫化钼，余量为铜。通过石墨，纳米碳管，二硫化钼三种材料作为固体润滑剂制造的铜基复合材料极大的实现了变桨轴承良好的耐磨、耐压以及广泛的温度适应性。专利号为CN 105220076 A的中国专利公开了风力发电机用风电轴承，通过对风电轴承的组分和处理方式进行改进，使得风电轴承的强度尤其是耐久性得到大幅度提升，保证了风力发电机的使用寿命和可靠性，其中对轴承材料各成分含量做了具体公开。采用特殊材料配备不会在改善轴承性能上有较大的改进，通过改变加工工艺不仅不会明显改善轴承性能，同时还会增加制造成本。
发明内容
为了克服现有技术轴承故障率高的不足，本申请提供一种风力发电机磁耦合轴承系统。该轴承系统采用磁性耦合式，由传统轴承和磁环耦合而成，当风力发电机停止工作时，有传统轴承提供支撑作用；当风力发电机转动时磁环系统会产生支撑力，这样在传统轴承和磁环的共同作用下传动，传统轴承会受到较小的作用力，这样在很大程度上就减小了轴承的损害。
本申请提供一种风力发电机磁耦合轴承系统，其特征在于该轴承系统采用传统轴承和内外磁环耦合的形式，包括壳体、转轴系统和外磁环。所述壳体为两段式，两端壳体上均设有壳体转轴通过孔、壳体外磁环安装孔、壳体轴承盖法兰和壳体润滑孔，壳体在整个系统起到支撑的作用，壳体两端支撑传动轴承，壳体中间支撑外磁环；所述转轴系统是该轴承系统的主要传动部件，转轴系统分为转轴、轴承端盖、轴承和内磁环，轴承端盖依靠壳体轴承盖法兰安装在壳体上，系统在静止是起到支撑的作用，转轴系统中间部分套装内磁环，当转轴系统转动时候，由于内、外磁环的相互作用会对转轴起到一定的支撑作用，内磁环中在沿着径向呈一定角度方向设有内磁环磁块滑道，内磁环磁块可在其中滑动；所述外磁环安装在壳体上，外磁环由多个外环并排而成，每个外环由两个外磁环半环组成，外磁环半环中设有外磁环磁块滑道，滑道中设有外磁环磁块，可在外磁环磁块滑道中滑动，外磁环磁块挡销安装在外磁环磁块滑道口用以挡住外磁环磁块避免脱落；外磁环包围在内磁环周围，由于内磁环磁环和外磁环磁块为相同极性，所以他们之间具有相斥作用，当转轴系统转动时由于磁力的作用会将转轴托起，这样会一定程度上减小转轴系统上传统轴承的受力，很大程度上对轴承起到了保护作用。
与现有技术相比，本发明一种风力发电机磁耦合轴承系统的有益效果是：减小了传动轴承的受力，轴承和内、外磁环相互作用，共同支撑传动，具有传动效率高、传动摩擦小、稳定性好、制造成本低廉、使用寿命长等特点，适于实际应用推广。
附图说明
图1是本发明一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一种实施例的壳体结构示意图；
图3是本发明一种实施例的转轴系统结构示意图；
图4是本发明一种实施例的外磁环结构示意图；
图5是外磁环局部结构放大图；
图6是本发明一种实施例的内磁环单环结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
本发明设计的一种风力发电机磁耦合轴承系统(简称轴承系统，参见图1-6)，该轴承系统主要包括壳体1、转轴系统2和外磁环3；壳体1(参见图2)上设有壳体转轴通过孔1.1、壳体润滑孔1.2、壳体外磁环安装孔1.3和壳体轴承盖法兰1.4，壳体转轴通过孔1.1与转轴系统2上的轴承2.2配合，起到支撑作用，壳体润滑孔1.2是润滑液注入孔，轴承2.2在运作过程中所需润滑液由此注入，壳体外磁环安装孔1.3用于安装外磁环3，壳体1分为两段式，每段均设有以上装置；转轴系统2(参见图3)上设有轴承端盖2.1、轴承2.2、内磁环2.3和转轴2.4，其中转轴2.4为一个阶梯轴，两端均套装轴承2.2、轴承端盖2.1，中间部位套装内磁环2.3，内磁环2.3和转轴2.4无相对转动，转轴系统2穿过壳体1后，壳体1通过两个轴承端盖2.1固定在转轴系统2上；所述外磁环3(参见图4)上设有外磁环安装孔3.1、外磁环磁块滑道3.2、外磁环磁块挡销3.3、外磁环磁块3.4和外磁环半环3.5，三个外磁环安装孔3.1沿着外磁环3轴向呈120°设置，用以和壳体配合来安装外磁环3；每组外磁环由两个外磁环半环3.5构成，每个外磁环半环3.5上均设有多个外磁环磁块滑道3.2，每个滑道口设有外磁环磁块挡销3.3，在外磁环磁块滑道3.2中均装有外磁环磁块3.4，外磁环磁块3.4可在其中滑动，具体参见图5。
所述内磁环2.3(参见图6)设有内磁环磁块滑道2.5和内磁环转轴通过孔2.6，内磁环磁块滑道2.5中安装磁块，该磁块可在其中滑动；内磁环转轴通过孔2.6用以通过转轴2.4，外磁环3上的外磁环磁块3.4与内磁环2.3中的磁块为同极，具有相斥作用，外磁环3与壳体1固定无相对转动，当转轴系统2转动时由于磁力的作用外磁环3就会对转轴系统2起到一定的支撑作用，这样就起到了保护两端轴承的作用。
本发明提供的一种风力发电机磁耦合轴承系统，具有不需要消耗额外能源、传动摩擦小、提高传动效率、稳定性好等优点。
本发明一种风力发电机磁耦合轴承系统的工作原理和过程如下：当风力发电机静止时候，依靠两端轴承2.2提供支撑作用；当转轴2.4转动时候，会带动内磁环2.3一同转动，由于轴承端盖2.1的作用会限制转轴2.4使其不会产生轴向运动；外磁环3包围在内磁环2.3周围，内磁环2.3中的磁块与外磁环3中的磁块具有相斥作用，这样当转轴系统2转动时，由于离心力和磁力的共同作用会使得转轴系统2达到一个力平衡状态，这样就使轴承2.2受到相对较少的力的作用。由于风力发电机由风能提供动力，所以动力输入具有不连续性，内磁环2.3与外磁环3的设计使得动力变化瞬间产生的冲击载荷也不会对轴承2.2产生较大的冲击作用，这样就较好的保护了轴承。采用本装置结构形式可以直接应用于风力发电机的主轴传动，当本申请所述原理的应用不仅限于此，对风力发电机的各个传动部分均可采用此装置，同样具有减小冲击、减小故障率、提高使用寿命的效果。
利用本发明所述的技术方案或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种风力发电机磁耦合轴承系统，其特征在于，该轴承系统主要包括壳体、转轴系统和外磁环；壳体上设有壳体转轴通过孔、壳体润滑孔、壳体外磁环安装孔和壳体轴承盖法兰，壳体转轴通过孔与转轴系统上的轴承配合，起到支撑作用；壳体润滑孔是润滑液注入孔，轴承在运作过程中所需润滑液由此注入，壳体外磁环安装孔用于安装外磁环，壳体分为两段式，每段均设有以上装置；转轴系统上设有轴承端盖、轴承、内磁环和转轴，其中转轴为一个阶梯轴，两端均套装轴承、轴承端盖，中间部位套装内磁环，内磁环和转轴无相对转动，转轴系统穿过壳体后，壳体通过两个轴承端盖固定在转轴系统上；所述外磁环上设有外磁环安装孔、外磁环磁块滑道、外磁环磁块挡销、外磁环磁块和外磁环半环，三个外磁环安装孔沿着外磁环轴向呈120°设置，用以和壳体配合来安装外磁环；每组外磁环由两个外磁环半环构成，每个外磁环半环上均设有多个外磁环磁块滑道，每个滑道口设有外磁环磁块挡销，在外磁环磁块滑道中均装有外磁环磁块，外磁环磁块可在其中滑动；
所述内磁环设有内磁环磁块滑道和内磁环转轴通过孔，内磁环磁块滑道中安装磁块，该磁块可在其中滑动；内磁环转轴通过孔用以通过转轴，外磁环上的外磁环磁块与内磁环中的磁块为同极，具有相斥作用；外磁环与壳体固定无相对转动，当转轴系统转动时由于磁力的作用外磁环就会对转轴系统起到一定的支撑作用。
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