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垂直轴磁悬浮风力发电机的轴承与叶片的研究

作　者: 侯飞
导　师: 汤学华
学　校: 华东理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 永磁轴承磁力刚度风机叶片导风板
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着经济的发展,不可再生能源逐渐枯竭,作为可再生能源的风电将成为世界上最主要的能源输出之一,相信随着社会的发展风电也会越来越被人重视。小型的风力发电机因为体积小、安装方便、无污染、能耗低、维护简单等优点,所以十分适合安装在无法连接输电线的广大偏远山区、海岛、边防哨所、中转站等地区,还可以解决路灯、草坪灯等的用电问题。本课题的研究是基于风光互补地埋式感应监控系统,此系统在不使用市电的情况下采用风能和光能提供整个系统运行所需的所有能源。为了能持续不断的提供能源就需要使风力发电机在微风的情况下启动,因此减小启动力矩和充分利用风能就是我们要考虑的问题。减小启动力矩就是要减小摩擦力,采用永磁轴承可以使机械结构间没有物理接触,减小了摩擦力；采用新型的结构来增大风能利用率。永磁轴承就是我们主要讨论的内容,本文对磁轴承间的磁力进行了推导计算,对于给定的磁性材料,深入的分析了磁性材料本身的特点,找到永磁的最大磁能积点,推导出永磁的最佳工作尺寸,使得永磁材料发挥出最大的磁性能。通过单位磁导值与工作点比值之间的对比还有与经验公式的对比,验证尺寸选择结果的正确性。通过研究径向磁力轴承径向刚度的公式,推导出径向磁力轴承产生一定刚度时的最佳尺寸,为实际应用减少盲目选择尺寸提供理论依据。对于垂直轴风力发电机的叶片进行选择,在前人的研究基础上选择了三叶片Savonius型风力机,并进行仿真研究其启动力矩的变化,在三叶片的基础上提出在叶片的外围安装导风板,并进行仿真分析研究发现能提高风机的启动力矩,这就为设计风机在微风的情况下启动提供理论帮助。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题的来源  9
  1.2 风力发电机  9-11
  1.3 磁悬浮轴承简介  11-12
    1.3.1 磁悬浮轴承的分类  11-12
    1.3.2 磁悬浮轴承的特点和应用  12
  1.4 国内外的研究发展概况  12-13
  1.5 本课题研究的内容及意义  13-15
第二章永磁材料概述与选择  15-20
  2.1 永磁材料概述  15
  2.2 磁性材料的分类  15-16
  2.3 标志永磁性能的几个参量  16-17
  2.4 磁性材料的磁特性  17-18
  2.5 永磁轴承材料的选择  18-19
  2.6 本章小结  19-20
第三章磁悬浮轴承的分析计算  20-57
  3.1 常见磁悬浮轴承的基本结构  20-22
  3.2 永磁磁力轴承的稳定性  22-23
  3.3 轴向磁悬浮结构的设计选择  23-30
    3.3.1 磁的吸引力与排斥力  23-26
    3.3.2 悬浮结构的选择  26-28
    3.3.3 轴承截面尺寸的选择  28-30
  3.4 轴向轴承的设计计算  30-41
    3.4.1 永磁材料的最大磁能积点  30-31
    3.4.2 磁路工作点及其坐标比的计算  31-36
    3.4.3 单位磁导值与工作点比值的比较  36-39
    3.4.4 与经验公式的比较  39
    3.4.5 永磁轴承的有限元分析  39-41
  3.5 径向磁力轴承  41-56
    3.5.1 径向永磁轴承作用力的数学模型  41-45
    3.5.2 径向刚度随磁环尺寸的变化  45-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章风力机叶片  57-69
  4.1 风能理论  57-59
  4.2 叶片外形的选择  59-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章工作总结与展望  69-71
  5.1 工作总结  69
  5.2 展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74

垂直轴磁悬浮风力发电机的轴承与叶片的研究

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