发展风电是我国能源战略的需要，无齿轮箱的直驱式风力发电机成为风电发展主要趋势之一，但其主轴机械轴承的磨损会严重影响发电机的可靠性和使用寿命。磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长等特点，用混合磁悬浮轴承作为直驱式风力发电机的主轴轴承可消除磨损，提高发电机的可靠性和使用寿命。由于发电机转子结构尺寸大，拟采用的磁悬浮轴承气隙大，导致常规磁悬浮轴承设计理论中磁场均匀、无漏磁等基本假设不成立，需要建立新的设计理论与方法。本项目通过理论与实验相结合的方法，建立了风力发电机主轴载荷模型、设计并研制了大气隙混合磁悬浮轴承实验装置、建立了磁场分布理论模型、建立了基于漏磁的大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型、找到了电磁磁场与永磁磁场的耦合规律、设计并研制了大气隙混合磁悬浮轴承性能测试实验装置、建立了大气隙混合磁悬浮轴承机电耦合动力学模型、并最终提出了直驱式风力发电机大气隙混合磁悬浮轴承的设计理论与方法，达到了既定目标，为掌握自主知识产权的风电轴承核心技术，以及直驱式风力发电机中混合磁悬浮轴承的应用奠定了理论基础。 2100433B

发展风电是我国能源战略的需要，无齿轮箱的直驱式风力发电机成为风电发展主要趋势之一，但其主轴机械轴承的磨损会严重影响发电机的可靠性和使用寿命。磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长等特点，用混合磁悬浮轴承作为直驱式风力发电机的主轴轴承可消除磨损，提高发电机的可靠性和使用寿命。由于发电机转子结构尺寸大，拟采用的磁悬浮轴承气隙大，导致常规磁悬浮轴承设计理论中磁场均匀、无漏磁等基本假设不成立，需要建立新的设计理论与方法。本项目拟通过理论与实验相结合的方法，研究大气隙混合磁悬浮轴承载荷特性、轴承磁场分布规律、大气隙混合磁悬浮轴承转子系统机电耦合动力学、磁悬浮轴承控制规律及算法，旨在建立风力发电机的大气隙混合磁悬浮轴承转子系统的机电耦合动力学模型，提出设计理论与方法，掌握自主知识产权的风电轴承核心技术，为直驱式风力发电机中混合磁悬浮轴承的应用奠定理论基础。

电主轴是近年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

电主轴所融合的技术：

高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；

高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。

高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

主动磁悬浮轴承在国内还没有达到实用的技术，在国外则在一些领域实现了应用，如透平机，膨胀机，压缩机等等。

飞轮蓄能发电设备的旋转摩擦损耗较大，为了减少旋转摩擦损耗，所以一般都采用磁悬浮轴承。磁悬浮轴承是飞轮储能系统的关键部件。磁轴承根据磁场性质的不同主要分为被动磁悬浮轴承(PMB)和主动磁悬

浮轴承(AMB)两种：

(a)被动磁悬浮轴承

被动磁悬浮轴承有代表性的是高温超导磁悬浮轴承。无源磁悬浮轴承磁场通常是不可控的。传统的超导体无法满足磁轴承的要求，但是自从高温超导体Y(钇)系发现以来，制造高温超导磁轴承成为可能。永久磁铁安装在飞轮上，高温超导体安装在底座上并用液氮冷却，利用超导体的特性之一的Meissier效应(超导抗磁性)。永久磁铁的磁通被超导体阻挡而产生排斥力，使飞轮处于悬浮状态。

(b)主动磁悬浮轴承

主动磁悬浮系统主要是电磁悬浮系统。电磁悬浮轴承系统主要由转子、电磁铁、传感器、控制系统、功率放大器组合而成。转子位移变化的信号由传感器测出，传到控制器中，控制器计算后，输出信号，经过功率放大器的放大，输入到电磁铁，产生电磁力，从而保证转子的稳定悬浮。