永磁悬浮风力发电机转子的研究与设计

将磁悬浮技术应用于传统的风力发电机转子系统中,用磁力轴承替换以往的机械轴承,不但可以大幅度的降低转子和轴承间的摩擦力、摩擦力矩,实现风力发电机的“轻风起动、微风发电”,扩大风力资源的利用率,提高发电效率,还可以免除以往轴承使用和维护的高额费用,降低风力发电成本,这不仅有利于我国风力发电的普及和风电事业的发展,而且对我国实施节能减排工作起着重要的推动作用。由此,开展磁悬浮风力发电机转子的研究具有重要的现实意义。 随着磁悬浮技术的发展和应用,目前主要分为主动磁悬浮支承、被动磁悬浮支承和混合磁悬浮支承三大悬浮系统。从技术难度、价格成本以及维护困难等方面考虑,在磁悬浮风力发电机转子中,选用被动磁悬浮支承。针对小型水平轴风力发电机,研究和设计了一种永磁悬浮风力发电机转子:径向方向采用永磁轴承支承,轴向方向靠调节径向永磁轴承内外磁环的轴向偏移来产生一个朝后轴端的轴向力,通过约束主轴轴端的小钢球来获得转子的稳定悬浮。 风力发电机转子系统的稳定性对供电可靠性以及并网稳定性有很大影响,由此要求磁悬浮转子系统必须具有良好的可靠性和稳定性,这就要求永磁轴承具有高的承载力和刚度,由于单对磁环构成的永磁轴承承载能力有限,本文采用了轴向放置的多环叠加永磁轴承来提高其径向承载力和径向刚度。以高磁性能NdFeB永磁材料N42M获得最大磁能积的位置（Bd,Hd）为静态工作点,采用磁路计算和有限元计算相结合的方法,对永磁环的截面尺寸和永磁轴承磁路结构进行了分析和设计。 在考虑磁环曲率以及磁化方向的情况下,基于等效磁荷法,建立了单对磁环和多对磁环构成的永磁轴承的承载力计算模型,能很好的反映轴向偏移、径向偏心对承载力的影响。 研究和设计了永磁悬浮风力发电机的样机,主要考虑了多环叠加永磁轴承的安装以及永磁悬浮转子的调整实现。最后,以永磁轴承单位体积磁体产生的刚度为目标函数,进行了磁环高度h和磁环个数n的优化,并且提出了磁悬浮转子调整机构优化的方案。