小型风力发电机永磁轴承承载特性研究

作     者：徐波 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡业发

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：小型风力发电机 低风速发电 永磁轴承 承载特性 ANSYS 

摘      要：小型风力发电机设备成本低,无污染,能耗低,结构灵活多样,安装使用及维护十分简便,故小型风力发电机特别适合于解决广大无法架设输电线的偏远牧区、山区、海岛、边防哨所、气象台站、中转台站以及作为一种景观安装应用于路灯、草坪灯、公园、别墅等的用电问题。由于传统小型风力发电机启动阻力矩大,起动风速在3.5m/s以上,发电风速必须达到4.2m/s,无法开发利用国内广大地区的低风速资源。因此,小型风力发电机低风速发电技术难点是迫切需要解决的问题。 本文提出将磁悬浮技术应用于小型风力发电机中,采用永磁轴承替代机械轴承,从根本上消除机械轴承间摩擦力,从而降低小型风力发电机的启动阻力矩。 永磁轴承是利用永磁材料产生的磁场力将转轴悬浮起来的磁浮轴承。由于它具有体积小、结构简单、无接触、无磨损、能耗低、噪声小、寿命长、高可靠性、无需润滑、无油污染等优点,在许多领域具有广阔的应用前景,被公认为极有前途的新型轴承。因此,对其承载特性进行研究就显得越来越重要。 根据国内外对小型风力发电机与永磁轴承研究进展情况,以及针对实验室第一轮设计的磁悬浮水平轴小型风力发电机所出现的不足,本文以磁悬浮小型风力发电机为研究对象,对以下问题进行了研究: 1.将主动、被动(永磁)、混合、超导磁悬浮支承作对比,采用永磁悬浮支承,然后设计出五种永磁轴承支承小型风力发电机转轴的结构方案,并分析了各自的利弊;2.研究了永磁轴承的基本结构、分类、工作原理以及材料的选择,给出轴向平行磁化的径向永磁轴承的承载力数学模型,然后分别研究磁环轴向平行磁化,磁环轴向叠加和径向叠加的径向永磁轴承的承载特性,最后分别将29°旋转磁化与轴向平行磁化时,磁环轴向叠加径向永磁轴承径向刚度做了对比;3.从磁环的充磁情况、磁环厚度以及利用ANSYS数值计算得到的永磁轴承的轴向偏移位移与径向力关系三个方面,分析第一轮设计的磁悬浮小型风力发电机试验装置存在的不足,然后找到导致试验装置转轴不能稳定悬浮的原因,最后提出试验装置的改进措施;4.根据本文的研究结论,完成了磁悬浮小型风力发电机的改进设计。