[实用新型]一种混合磁悬浮轴承系统及发电机

说明书

本实用新型公开了一种用于发电机混合磁悬浮轴承系统，包括混合磁悬浮轴承，混合磁悬浮轴承中设置有永磁体和电磁铁，永磁体和电磁铁配合形成轴承磁回路，永磁体可为混合磁悬浮轴承的磁回路提供永磁磁动势，永磁体产生的磁场为发电机的转子部分提供悬浮力。本实用新型的混合磁悬浮轴承系统能够消除转动部件和固定部件之间的摩擦和磨损，降低风力发电机的启动最低风速，显著提高风力发电机主轴轴承的使用寿命和可靠性，因风力发电机主轴轴承的维修成本非常高，因而提高主轴轴承使用寿命具有显著的经济效益。

技术领域

本实用新型属于磁悬浮轴承系统技术领域，尤其涉及一种用于发电机的混合磁悬浮轴承系统。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械功并带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机可以分为双馈型和直驱型两种类型。相比于双馈型风力发电机，直驱型风力发电机将电机与叶轮直接连接进行驱动，省去了齿轮箱等传统部件。直驱型风力发电机使用直接驱动能量的优势省略了双馈型风力发电机系统中的变速箱结构，减少了发电机传动部件的数量，降低了磨损速度。由于齿轮箱是兆瓦级风力发电机中易过载和过早损坏的部件，因此没有齿轮箱的直驱式风力发动机在低风速时具备高效率、低噪音、高寿命、机组体积小、运行维护成本低等诸多优点。

直驱型风力发电机的专用轴承分为三类，包括主轴轴承、偏航轴承和变桨轴承。目前，三种轴承均使用机械轴承，轴承的结构形式主要有四点接触球轴承、交叉滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承等。风力发电机要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性,发电机在一级风时就要启动,并能跟踪风向变化,所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度。

然而，直驱型风力发电机常年工作在野外,工况条件比较恶劣,温度、湿度和轴承载荷变化很大,并伴有冲击载荷，在风力发电机的专用轴承中，主轴轴承由于连续运行，承载范围变化大，因而容易发生损坏。风力发电机的轴承经常发生损坏，成为制约风力发电机可靠性的瓶颈之一。

因此，在风力发电机的专用轴承中，主轴轴承的寿命较低，每几年可能就需要更换一次，轴承的维修成本非常高，提高主轴轴承的使用寿命有助于提高风力发电机的可靠性。例如，目前1.5MW级直驱型风力发电机主轴轴承采用机械轴承，机械轴承的转动部件和固定部件之间通过滚动体的接触力传递载荷。由于风载荷的波动非常大，轴承内部的载荷变化剧烈，轴承容易出现塑性变形和疲劳损伤而失效，影响设备的正常运行。

实用新型内容

为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供了一种混合磁悬浮轴承系统，以代替机械轴承作为发电机的主轴轴承，提高发电机的主轴轴承使用寿命和发电机整机可靠性。

为实现上述目的，本实用新型的混合磁悬浮轴承系统的具体技术方案如下：

一种混合磁悬浮轴承系统，用于发电机，包括混合磁悬浮轴承，混合磁悬浮轴承中设置有永磁体和电磁铁，永磁体和电磁铁配合形成轴承磁回路。永磁体可为整个磁回路提供永磁磁动势，并在气隙处产生磁场。在电磁铁未通电时，永磁体产生的磁场可为风力发电机的转子部分提供部分悬浮力。

进一步，所述磁悬浮轴承包括径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承共同支撑发电机主轴。

进一步，永磁体设置在混合磁悬浮轴承的定子部分中。

进一步，混合磁悬浮轴承的定子部分包括第一定子块和第二定子块，永磁体设置在第一定子块和第二定子块之间，电磁铁的电磁线圈设置在第一定子块和/第二定子块上。

进一步，所述发电机还包括，传感器、控制器以及功率放大器，传感器将发电机转子的位置信号输入给控制器，控制器根据控制算法计算电磁铁的电流值并输出给功率放大器，功率放大器输出电流给电磁铁的电磁线圈，以调节电磁铁的电磁力大小，从而通过反馈控制方式实时调节电磁铁中的电流。