[发明专利]一种用于水平轴风力发电的三自由度混合磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别应用于水平轴风力发电带较大负载的情况， 同时也可作为电机、或其他机械设备的旋转部件的无接触的支撑。

背景技术

由于磁轴承能够实现无机械接触和电子控制，且具有无摩擦损耗、无需润滑及密封、 耐环境性强、发热少、功耗低、圆周速度高等优点，使得磁轴承在高速、高精度及高清洁 等领域具有很高的应用价值。对于水平放置的磁悬浮装置，磁轴承往往要求具有较大支撑 转子重力的能力，如水平轴风力发电机、磁悬浮储能飞轮设备等。目前国内外研究的磁轴 承主要采用轴向单自由度和径向二自由度的结构，径向重力方向仅采用一套悬浮绕组控制 转子的径向悬浮，若磁轴承支撑的转子负载较大，重力方向一套悬浮绕组很难实现重力方 向的稳定悬浮。同时为了保证轴向方向的稳定悬浮，现阶段磁轴承中都采用带推力盘的转 子，由于轴向推力盘卡在磁轴承定子的中间，所以轴向安装或拆卸推力盘都是比较麻烦。

因此，研究人员对上述两方面进行改进和优化。国内外现有的相关专利申请情况检索 有：(1)一种大承载能力径向磁轴承(专利公开号：CN102072249A)；(2)磁悬浮电机轴承 结构(专利公开号：CN101158376A)；(3)一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承 (CN101881303A)；(4)三自由度双薄片三相交流混合磁轴承(CN101074700A)等。

上述专利(1)中提出的大承载力径向磁轴承，承重侧定子铁心包含重力方向上一个面 积较大的磁极及一个面积较小的磁极，利用两个定子铁心磁极极弧长度不一致，永磁此路 分别在大、小两端磁极的气隙处产生不同大小的永磁拉力，两力合成后对转子的单边磁拉 力用以克服转子重力，但是专利(1)采用的是被动控制来实现对转子的大承载力，主动控 制性能可以进一步提升。专利(2)利用磁阻最小原理，通过E型磁芯与环形接合部相对 应的方式，限定了引出轴的轴向为止，从而省去了止推轴承的设置，专利2中在轴向采用 E型结构代替传统的止推盘轴向结构略显复杂。专利(3)提出一种具有容错功能的磁轴承， 相对于在一个磁轴承中有两个完全一样的磁轴承结构，虽然在重力方向有两套控制线圈， 但是一套仅仅是用于备用，不是用于支撑大的负载。专利(4)采用的是三极结构同一套三 相交流励磁绕组，实现三自由度的悬浮，在轴向上利用轴承的自协调能力，也就是在轴向 上属于被动悬浮，轴向悬浮性能可能会略有逊色。

发明内容

本发明的目的是解决现有磁力轴承在支撑较大转子或负载过大、且在轴向和径向都存在 大的扰动或负载的情况，同时在轴向上省略了止推盘，从而减小了电主轴或各种需要悬浮 支撑旋转的轴向尺寸，以使得系统的临界转速得到进一步提高，实现了一种体积小，功耗 低的大承载力的磁轴承。使得此类磁轴承能在超高速超精密数控机床、磁悬浮风力发电机、 飞轮储能系统等悬浮支撑系统中得到广泛的应用。

本发明采用的技术方案为：用于水平轴风力发电的三自由度混合磁轴承，包括外定子、 内定子、圆柱形转子；所述圆柱形转子由内圈向外圈依次套有圆柱形的内定子和外定子， 所述内定子采用齿槽结构，内定子内部沿着圆周均布有多个内定子齿，内定子在水平方向 相对地设置有两个内定子齿；重力方向上相对地设置有两对内定子齿，该重力方向两对内 定子齿分别为承重侧内定子齿和y方向径向悬浮侧内定子齿；水平方向相对设置的两个内 定子齿分别绕有x方向径向悬浮控制绕组，承重侧内定子齿上绕有承重侧支撑控制绕组，y 方向径向悬浮侧内定子齿上绕有y方向径向悬浮控制绕组；为此能够实现磁轴承径向两个 自由度方向上的悬浮；所述外定子、内定子之间在径向方向上设有环形永磁体，永磁体沿 着径向充磁；所述外定子、内定子之间在轴向方向上分别设有一对隔磁铝盘，分别为径向 悬浮控制侧隔磁铝盘、承重侧隔磁铝盘；所述外定子和径向悬浮控制侧隔磁铝盘之间、外 定子和承重侧隔磁铝盘之间在轴向方向均设置有轴向悬浮控制绕组，所述轴向悬浮控制绕 组非接触的围绕圆柱形转子的圆周布置，实现磁轴承轴向一个自由度方向上的悬浮。

进一步，所述转子在轴向方向的长度要小于外定子轴向方向的长度，且转子的左右两 端端面的位置位于外定子轴向左右端部厚度之间。

进一步，所述承重侧支撑控制绕组为两套，采用差动连接，共用一套控制器；所述y 方向径向悬浮控制绕组为两套，采用差动连接，共用一套控制器。