[實用新型]一種混合磁懸浮軸承系統及發電機

有效

• 申請號: 201920217169.0
• 申請日: 2019-02-20
• 公開（公告）號: CN210484404U
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 呂民東;毛凱;韓樹春;翟茂春;譚浩;胡道宇;周偉;龔珺;劉坤;鄒玲;張營營;李萍
• 申請（專利權）人: 中國航天科工飛航技術研究院（中國航天海鷹機電技術研究院）
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京慧智興達知識產權代理有限公司 11615
• 代理人: 劉寶山;薛華

本實用新型公開了一種用于發電機混合磁懸浮軸承系統，包括混合磁懸浮軸承，混合磁懸浮軸承中設置有永磁體和電磁鐵，永磁體和電磁鐵配合形成軸承磁回路，永磁體可為混合磁懸浮軸承的磁回路提供永磁磁動勢，永磁體產生的磁場為發電機的轉子部分提供懸浮力。本實用新型的混合磁懸浮軸承系統能夠消除轉動部件和固定部件之間的摩擦和磨損，降低風力發電機的啟動最低風速，顯著提高風力發電機主軸軸承的使用壽命和可靠性，因風力發電機主軸軸承的維修成本非常高，因而提高主軸軸承使用壽命具有顯著的經濟效益。

技術領域

本實用新型屬于磁懸浮軸承系統技術領域，尤其涉及一種用于發電機的混合磁懸浮軸承系統。

背景技術

風力發電機是將風能轉換為機械功并帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。風力發電機可以分為雙饋型和直驅型兩種類型。相比于雙饋型風力發電機，直驅型風力發電機將電機與葉輪直接連接進行驅動，省去了齒輪箱等傳統部件。直驅型風力發電機使用直接驅動能量的優勢省略了雙饋型風力發電機系統中的變速箱結構，減少了發電機傳動部件的數量，降低了磨損速度。由于齒輪箱是兆瓦級風力發電機中易過載和過早損壞的部件，因此沒有齒輪箱的直驅式風力發動機在低風速時具備高效率、低噪音、高壽命、機組體積小、運行維護成本低等諸多優點。

直驅型風力發電機的專用軸承分為三類，包括主軸軸承、偏航軸承和變槳軸承。目前，三種軸承均使用機械軸承，軸承的結構形式主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承等。風力發電機要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性,發電機在一級風時就要啟動,并能跟蹤風向變化,所以軸承結構需要進行特殊設計以保證低摩擦、高靈敏度。

然而，直驅型風力發電機常年工作在野外,工況條件比較惡劣,溫度、濕度和軸承載荷變化很大,并伴有沖擊載荷，在風力發電機的專用軸承中，主軸軸承由于連續運行，承載范圍變化大，因而容易發生損壞。風力發電機的軸承經常發生損壞，成為制約風力發電機可靠性的瓶頸之一。

因此，在風力發電機的專用軸承中，主軸軸承的壽命較低，每幾年可能就需要更換一次，軸承的維修成本非常高，提高主軸軸承的使用壽命有助于提高風力發電機的可靠性。例如，目前1.5MW級直驅型風力發電機主軸軸承采用機械軸承，機械軸承的轉動部件和固定部件之間通過滾動體的接觸力傳遞載荷。由于風載荷的波動非常大，軸承內部的載荷變化劇烈，軸承容易出現塑性變形和疲勞損傷而失效，影響設備的正常運行。

實用新型內容

為解決上述現有技術中的問題，本實用新型提供了一種混合磁懸浮軸承系統，以代替機械軸承作為發電機的主軸軸承，提高發電機的主軸軸承使用壽命和發電機整機可靠性。

為實現上述目的，本實用新型的混合磁懸浮軸承系統的具體技術方案如下：

一種混合磁懸浮軸承系統，用于發電機，包括混合磁懸浮軸承，混合磁懸浮軸承中設置有永磁體和電磁鐵，永磁體和電磁鐵配合形成軸承磁回路。永磁體可為整個磁回路提供永磁磁動勢，并在氣隙處產生磁場。在電磁鐵未通電時，永磁體產生的磁場可為風力發電機的轉子部分提供部分懸浮力。

進一步，所述磁懸浮軸承包括徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承，徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承共同支撐發電機主軸。

進一步，永磁體設置在混合磁懸浮軸承的定子部分中。

進一步，混合磁懸浮軸承的定子部分包括第一定子塊和第二定子塊，永磁體設置在第一定子塊和第二定子塊之間，電磁鐵的電磁線圈設置在第一定子塊和/第二定子塊上。

進一步，所述發電機還包括，傳感器、控制器以及功率放大器，傳感器將發電機轉子的位置信號輸入給控制器，控制器根據控制算法計算電磁鐵的電流值并輸出給功率放大器，功率放大器輸出電流給電磁鐵的電磁線圈，以調節電磁鐵的電磁力大小，從而通過反饋控制方式實時調節電磁鐵中的電流。