优选用于风力涡轮机的具有永久磁体的旋转磁性轴承的制作方法

专利名称：优选用于风力涡轮机的具有永久磁体的旋转磁性轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性轴承。特别是，本发明涉及一种用于相对于第二 部件围绕第一部件的旋转轴线作旋转运动的设备，第一部件具有围绕 旋转轴线旋转对称的外表面，而第二部件具有相对应的旋转对称腔， 该旋转对称腔具有容纳第一部件的至少部分的内表面，在第一部件的 外表面与第二部件的内表面之间具有空隙。在第一部件与第二部件之 间的排斥磁场防止第一部件的外表面与第二部件的内表面之间接触。
技术背景磁性轴承因各种用途而众所周知。 一种用途是用于列车-磁悬浮列 车，这种列车浮动在磁场上，该磁场由于在列车底部的永久磁体和在 铁路钢轨上的电磁体而产生。另一种用途是用于球形步进电机，该球 形步进电机用于各类机器人技术，例如像美国约翰霍普金斯大学开发的那种(发表在1999年第4/4巻'IEEE/ASME机电一体化学报，)，和 在 互 联 网 网 址http:〃www.ihu.edu/ news info/news/home01/ian01/motor.html上。磁性轴承的其它示例包括减振器，该减振器具有悬浮在六个有源 电磁轴承元件内的球形内体，如在美国专利No.4，947，067中公开的那 样。磁性轴承的更多示例包括只用永久磁体的解决方案，例如用于一 件旋转机械中轴的轴承/轴颈。但在那些示例中，基本假设是，轴承是 圆筒轴承，这种轴承限制了轴承的倾斜灵活性，如果轴在纵向方向上 接受分力，这是严重的缺点。看来为使轴颈/轴承简单而又耐用具有工业"重型"解决方案的必要。因此，本发明的目的是提供一种简单又耐用的旋转磁性轴承，有 选择地通过简单装置产生除圆柱形之外的形状。上述目的由一种设备实现，该设备用于相对于第二部件围绕第一 部件的旋转轴线作旋转运动，第一部件具有围绕旋转轴线旋转对称的 外表面，而第二部件具有相对应的旋转对称腔，该旋转对称腔具有容 纳第一部件的至少部分的内表面，在第一部件的外表面与第二部件的 内表面之间具有空隙。第 一部件包括多个以相同极性朝向空隙排列的 永久偶极磁体，而第二部件包括多个以同样极性朝向空隙排列的永久 偶极磁体，这些磁体与第一部件的磁场相对，用于从腔的内表面排斥 第一部件。在第一部件与第二部件之间，由方向相反的磁场提供排斥磁力。 通过将第一部件容纳在第二部件的腔中，使得当沿着旋转轴线观看时， 在横截面中第 一部件被第二部件包围，排斥力防止在这个横截面内第 一部件接触第二部件。本发明的通用性主要指向光滑的弯曲表面，例如椭圆形状或最优 选地球形形状。下面将更详细地论述可能有的形状。通过使用多个偶极磁体，仅来自北极或仅来自南极的磁场可通过 比较容易的手段提供在任意形状的第一部件的整个外表面上。对于本 发明，优选地设想光滑弯曲的旋转体，例如光滑弯曲的旋转壳，特别 是球形形状，其中大量棒式磁体可径向地被组装成像球、或球形壳， 使磁场仅来自其表面上的北极或仅来自其上的南极。通过提供用于在第一部件与第二部件之间磁场的偶极磁体，用于 产生磁场的系统是免于维护的，这对于许多用途是高度期望的，例如 对于在不易于接近的位置的设备，包括位于海上，特别是深海中的风 力涡轮机相关的用途。与上述光滑弯曲表面一致，来自第一部件和第二部件的多个相对 偶极中的至少一些的磁场的方向具有与旋转轴线平行的定向分量，以 便在与旋转轴线平行的方向上从腔的内表面排斥第一部件。例如，如果旋转轴线是竖直的，则在竖直方向上正在排斥的那些场力线可用来 将一个部件的重量支撑在另一个上。例如，如果第二部件是静止的， 则腔的排斥内表面可以用来支撑第一部件的重量，并且可选择地，支 撑在第一部件上加载的任何附加装置的重量。如上所述，在优选的解决方案中，第一部件的外表面的部分具有 是球的部分的形状，而腔的内表面的部分具有是球的对应部分的形状， 不过该球的对应部分具有较大半径，用来将第一部件的球形部分容纳 在腔的球形部分中。借助按径向构造排列的磁棒形式的磁性偶极比较 容易地产生球形解决方案。例如，所有偶极均可定向使它们的北极朝 向在第二部件的内表面与第一部件的外表面之间的空隙。第一部件和对应腔不必像整个球。在另外的实施例中，例如，第一部件基本上由以下部分组成第一球形部分，其具有是球的部分的 形状；和轴，其从球形部分沿着旋转轴线延伸。依此，第二部件具有 腔，该腔具有是球的部分的形状，该球的部分容纳笫一部件的球形部 分。另外，第二部件在腔的延伸部中具有轴环，轴环容纳轴。为了防 止轴接触轴环的内表面，轴和轴环包括多个偶极磁体，这些偶极磁体 以相同极性面对轴的外表面与轴环的内表面之间的空隙，使得产生排 斥力。这样，本发明的轴承被限制于主要围绕旋转轴线作旋转运动。 然而，在轴承中对于偏离旋转运动的运动规定一定程度的容差。因此， 在容差范围内在最小延伸部上，轴承作为全向铰链操作。尽管球形形状由于其平稳旋转能力是最优选的形状，但与球的偏 差是容许的。即使其它替代物根据用途和所需容差可以起作用。例如， 作为球的替代物，本发明可以使用具有光滑弯曲形状的其它旋转体。这些其它光滑形状的一些示例可以按如下方式定义第一部件的 外表面具有是旋转的面的部分的形状，其横截面像Lan^曲线，而腔 的内表面的部分具有是像Lam^曲线的对应旋转的面的对应部分的形 状，然而，其具有较大横截面，用于将第一部件的部分容纳在腔内。 Lam6曲线由(a/x广+(b/y)"-l定义，式中，x和y为变量，并且式中， a、 b、 m、及n是常数，而且n>=2和m>=2。例如，在椭圆的情况下，6m=n=2，而对于球形形状，m=n=2，且a=b。然而，光滑形状的其它 示例是抛物线或双曲线旋转体。
在这样的实施例的示例中，第一部件基本上由以下部分组成本 体，其具有像旋转的面的外表面，使这种平滑曲线，例如Lam6曲线 作为横截面；和轴，其从本体沿着旋转轴线延伸，其中，第二部件具 有容纳第一部件的本体的对应腔，并且其中，第二部件具有在腔的延 伸部中的轴环。如在球的实施例中那样，轴环容纳轴。轴和轴环都包
括多个偶极磁体，这些偶极磁体以相同的极性面对轴环的内表面与轴 的外表面之间的空隙，用于从轴环的内表面排斥轴。
在另外的实施例中，轴环包括用于电磁驱动轴的感应电机。可替 换地，除电机之外或作为其部分，轴环可以包括电磁发电机，用于从 轴相对于轴环的旋转来产生电力。轴环在如下情况下是适当的本发 明用来将风力涡轮机支撑在来自第一部件的轴的延伸部中。
在优选实施例中，轴具有基本上竖直方位，并且风力涡轮机是 Darrieus型涡轮机，其有多个机翼(airfoils )，这些机翼在它们的上端 和下端被紧固到轴的延伸部上。在风力涡轮机安装到第一部件的轴上 的情况下，第二部件可以包括竖直浮动重量装置，该竖直浮动重量装 置具有用来将第二部件紧固到海床上的缆索。这个浮动重量装置在与 第一部件的轴相反的向下方向上设置。
在上文中，涡轮机已设在第一部件的轴的延伸部中，并且第二部 件支撑笫一部件的重量。然而，在如下场合可以使用本发明的设备， 即第二部件具有紧固其上的涡轮机，并且第一部件的轴被固定用来支
撑涡轮机的重量和第二部件。


参照附图将更详细地描述本发明，在附图中 图1具体表示Z滚珠轴承的侧视图； 图2具体表示用于Z滚珠的简单型式的参数； 图3表示"布基球"C720的构造；
7图4表示用于滚珠和球状物的棱柱形磁性结构元件； 图5具体表示单个"负源-源"磁体及其磁力线； 图6表示用于图5中场的等势线； 图7表示具有相邻北极-N-N的两个磁体；
图8表示两个并排放置的磁体，其N-S在相同方向上，而N指向 下方；
图9具体表示当滚珠在球状物的中心时Z滚珠中的磁力线；
图10具体表示当滚珠相对于球状物向下运动时Z滚珠中的磁力
线；
图11具体表示具有Z滚珠的系统和Darrieus风力涡轮机； 图12表示FloWind示例；
图13具体表示用于Darrieus风力涡轮机的z滚珠轴承； 图14是在深水海上风力涡轮机场中用于风力涡轮机之间互连的 实例。
具体实施例方式
图1具体表示具有磁性结构1的本发明的实施例，该磁性结构1 在下面叫做Z滚珠，其中，磁性滚珠状结构2，在下面叫做滚珠而位 于外部球形结构3内，该球形结构3在下面表示为球状物。滚珠2以 及球状物3包括永久磁体3结构，而磁场4在滚珠2与球状物3之间， 在滚珠2与球状物3之间具有排斥力。例如， 一组永久磁体，如箭头 6所示位于滚珠2中，其北极N-如箭头7的末端所示-背离滚珠2的中 心5方向。另一组磁体13位于球状物3中，其北极N-同样如箭头的 末端所示-朝球状物3的中心5。这样，滚珠2被自由地悬浮在三维磁 场4中，并且可以在球状物4内没有任何摩擦地旋转。这个场类似于 全向硬化弹簧，在这种情况下，当滚珠与球状物之间的距离缩小时， 特性则增大。
滚珠2连接到向上延伸的第一柱/杆8上。第一柱8被容纳在轴环 11中，这里轴环11以及在轴环11顶点的第一柱8设有永久磁性结构9，使得轴环保持在柱8与轴环ll之间的磁场11内。这样，使滚珠2 在球状物3中的Z滚珠结构近似地仅在垂直于柱8的平面中旋转。
球状物3另 一方面具有相对于滚珠2的第一柱8在相反方向上延 伸的第二柱/杆12。除由沿旋转轴14的相互扭转和运动造成的第一柱 8相对于第二柱12的微小运动外，第一柱8和第二柱12是共线的， 并且可以围绕公共轴线14彼此相对地旋转。
应当提到，柱/杆8、 12仅用于举例说明，因而可由其它结构代替。 柱8可具有轴16形式的延伸部，用于将外部装置安装到柱8上。
球状物可随着轴环ll扩展，该轴环11装有用于感应的线圏15。 这些线圏15可以用作感应电机来驱动在球状物3内的滚珠2，或者用 作发电机在外力相对于球状物3驱动滚珠2的情况下来提供电力。另 外，感应电才几可以用来相对于球状物3制动滚珠2。这种制动4几构可 以与另外的机械制动器组合。
如在下面更详细显现的那样，这种装置非常适合于Darrieus型风 力涡轮机，例如在美国专利No.1，835，018中>^开的或在图12中具体表 示的那种。这类风力涡轮机比更传统的螺旋桨型风力涡轮机更加难以 起动。因此，可以将电力馈给线圏15，以便起动涡轮机旋转，此后， 风力继续使涡轮机旋转发电。为使功能正常，通过使用电子控制可以 将旋转速度保持在预置极限范围内。
与电磁体相比，这种构造使用永久磁体6的优点如下永久》兹体 实际上不需要维护，并且不需要电气反馈控制机构。在许多情况下， 例如在风力涡轮机方面，希望最少的维护和控制。
图2具体表示Z滚珠的不同参数，其中，滚珠具有半径r，而球 状物具有半径R。当力-Fz-M+g在向下z方向上施加到滚珠上时，式 中，M是负载的质量，而g是引力常数g-9.81 m/s2,滚珠被悬置在磁 场中，当它从中心移动距离h时，其中磁力-由于滚珠与球状物之间较 小距离d-已经增大Fz,以便平衡两个相反力。
对于永久磁体，不同种类的结构型式是可能的。优选地，对于每 组磁体的位置的型式遵循用于最均匀分布的几何公式，如图3中和在简称"布基球"中具体表示的那样。在形式上看到，"布基球"构成一
族封闭多面体。这里使用的族的分支遵循公式V=2*(H+10),式中， V是顶点的数量，而H是六边形的数量。在图2中V-720。在这个示 例中，在完整的"布基球"中总有准确的12个五边形和350个六边形。 这些五边形成对地位于用于五个"五面立体"，即"十二面体"中的一 个的六个对称轴线上。因此，布局被完全固定。原则上，用户/工程师 确定H，但是如果在所有边长都相等的场合只要求正多边形，则一定 限制是有效的。其它布基球可以用作Z滚珠的模型。
优选形式的磁体具体表示在图4中。这样的磁体可被大量组装， 以分别形成球形滚珠或球状物形式的磁性结构。图4示出磁体，这里 磁棱柱的顶面和底面是六边形或五边形，以便相似"布基球"原理。 本发明的Z滚珠的优点是，在两个部分2、 3之间构成旋转联接， 这种联接在两个元件之间没有摩擦，从而消除磨蚀并将能量损失减至 最小。尽管力作用在两个元件上，但仍能保持旋转无摩擦联接，这时 力在除沿旋转方向之外的其它方向上。当受到力的作用时，联接通过 将滚珠2推向球状物3表现为弹性。有可能装有感应装置，例如呈轴 环的形式，如图1中具体表示的那样。这种装置对于在某些类型的用 途中使用极为有用，例如在图13中具体表示的风力涡轮机方面，因 为该装置可用作齿轮和发电机。这与传统方案相比，在重量、机械零 件的数量及维护成本方面显示出巨大节省。
下面具体示出与本发明有关的场力线的示例。如上所述，在图4 中所示类型的大量偶极磁体可被排列成与球形磁性结构相似。图5具 体表示具有其磁力线的这样一种偶极磁体。每个磁力线(流线)是封 闭的，并且形成环路。按照惯例，磁通的方向从北极N向南极S，其 中，磁力线不交叉。等势线没有示出，但它们垂直于磁力线。这些等 势线可在图6上(模糊地)看到。
如果强迫两个磁棒使它们的相同极性端部彼此相对，则获得如在 图7中具有排斥场力线的图像。在这种情况下，磁通场在两个磁体之 间:故压缩。图8具体表示两个磁体的N-S均在相同方向上。
10基于这种理解，用于滚珠2和球状物3能构造一种由多个这样的 偶极磁体构成的磁性组件。用于滚珠与球状物之间磁场的场力线，当 滚珠2在球状物3的中心时对于Z滚珠在图9中说明，而当滚珠2朝 向球状物3移动时在图10中说明。
可以清楚看到，在磁性结构2、 3之间磁通场如何被压缩。这在两 个相邻磁体之间产生压力，但为组装磁体所需的能量/工艺是生产问 题；当所有磁体都就位时，它们被冻结在填满间隙的基体中，并使基 体达到必要的壳强度。因此，从膜壳模型的观点看，滚珠2和球状物 3承受预张力。初步计算已经表明，如果基体使用现代合成材料，则 生成应力应该不是决定性的。
2001年学术出版社J.S.Beeteson:"目测磁场，，指出，用于建立图 5-图IO的计算机程序，不能应用图4中的元件。是3D场的磁场这里只 能模制成2D场。因此，图5-图10必须仅视为"2D-切片(cuts)"， 而且磁体被简化为条形磁体。
在概念上，场起到具有径向定向弹簧的弹簧垫的作用，在这种情 况下，当滚珠2与球状物3之间的距离缩小时，力则增大。该特性取 决于各个磁体中的合金类型和几何形状的被选择的模件性。理论上， 如果球面之间的距离趋向零，则在表面之间的力趋向无穷大。下面不 是理论约束条件，即滚珠或球状物应是理想的球面或这种完美几何图 形的部分。与完美形式的偏差是容许的，而且经常不可避免，特别是 在磁性结构由多个偶极磁体相似的优选情况下更是如此。
根据库仑定律，那么具有电荷Ql和Q2和距离d的两个永久磁 体相互施加力F:
F=[l/(4*7T*d))l*Ql*Q2*(l/d2) F: [牛顿-[N。
e0 表面之间材料的介电常数。[法拉/米。这里，材料是空气。
Ql和Q2: [库仑=[<:=[安培*秒。 d:米=[111。这里，我们假定，电荷具有相同符号-否则我们得到吸引力，而不
是排斥力。滚珠的外表面具有永久磁性qk[C/m2，并且球状物的内表面具有永久磁性qs [C/m2。滚珠使其北极N朝向球状物，而球状物使其北极N朝向滚珠滚珠"排斥"球状物，并且反之亦然。
滚珠与球状物之间的磁场不是静态场-它随时间而变化，因为滚珠在球状物中摆动。我们不会得到静态平衡，而是得到动态平衡，该动态平衡根据理论可叫做稳定。
如上面假定的那样，不可能在球面上提供单极磁性。用于解决繁重任务的实际方案必须以表面的离散化为基础。在我们的发明中，滚珠和球状物都是由图4中类型的永久磁体制作的组件。图3和说明给出基本式样。如从几何形状已知的那样，如上所述，从几何形状得知，只有这种正多边形的组合才能不留间隙地将球覆盖。对于给定用途，用户/工程师确定六边形(H)的数量和正多边形的边长，参见图4。图4中棱柱的高度清楚地表示与图1中滚珠和球状物的旋转的壳的厚度相同。
本发明的应用领域
本发明可用于在不同元件之间的无摩擦旋转联接，例如，z滚珠原理可用作旋转用途的轴承，这些用途包括钻床、发动机及轮轴承。
优选的用途与Darrieus型风力涡轮机20相关，该风力涡轮机20具有竖直旋转轴线14，如图11具体表示的那样。Z滚珠1的球状物3连接到竖直浮动重量装置21上，通常表示为SPAR(单点锚定容器)。SPAR 21由第一组钢丝索23固定到海的底部22上。Z滚珠1的滚珠在承载Darrieus风力涡轮机20，该风力涡轮机20加装磁性顶部装置24,该磁性顶部装置24通过第二组钢丝索25也固定到海床22上。磁性顶部装置24类似于Z滚珠l,尽管对于轴环11没有严格需要。在图ll的右部，横截面图26、 27用点划基准线27、 28表示，用来具体表示横截面的位置。
图13具体表示Z滚珠的放大图，该Z滚珠与风力涡轮机及其机翼17相关，该机翼17安装到轴8的延伸部16上。图13在许多方面与图1相同，并且使用相同的附号。
本发明特别适用于产生电力的新型深水海上风力涡轮机。术语深
水优选地是指水深D>50 m。然而，应当强调的是，我们的发明不限于D〉50m，原则上，这种风力涡轮机在"近岸"和岸上也行，因为Z滚珠的原理是通用的。然而，如果涡轮机是浮动结构的部分，则Z滚珠在海上涡轮机的情况下是非常有利的。
在一个实施例中，风力涡轮机20的总体建造、固定钢丝索23、25及Z滚珠1在海上风力涡轮机场中被设计成单元，这示意地具体表示在图14中。为了稳定，具有心形的每个单元应当使用至少三根缆索。然而，为了安全和稳定起见，在图14中使用了六根缆索，在它们的端部具有海床基础，这些海床基础按六边形图案排列。
例如，海床基础可以是固定的海床设施、吸锚、或箭锚。对于到SPAR 21以及到自旋顶部24的两根缆索23、 25可有一个锚定点，但根据周围环境，包括海床22条件、风力、波浪、及在缆索23、 25中的生成力，可能有必要，对SPAR21使用一组锚定点，而对到自旋顶部的两根缆索23、 25使用另一组锚定点。
在岸上，这些缆索以高预张力安装，以防止与机翼17碰撞，并且保证在正常运行条件下缆索的自然频率不干扰转子的频率(包括机翼
的频率)。这些考虑事项在海上也自然有效，并且特别是-而更为严重的是-鉴于缆索长度显著增加的实际情况。因此，水深D的上限由必要的预张力和系泊/锚定系统的现有技术确定。
我们的发明属于"顺从海上结构"种类。因为Z滚珠由于缆索摆动和SPAR摆动(由于波浪激发力)将摆动，于是整个结构的"外壳"只能由于给定环境水深、风和波浪频镨、海床等来确定。
两种最大商业化的Darrieus型涡轮才/L在图12中示出，即"FloWind17EHD"和"FloWind 19-米"。这两种涡轮机主要在1970-1997年期间美国和加拿大生产和销售过。它们属于VAWT族(竖直轴风力涡轮机)。其它具体说明由Darrieus在美国专利No.l，835，018中提出。
然而，本发明决不取决于具有两个或三个机翼的这些类型。具有
13其它机翼数量的其它类型在市场上也可得到。我们的初步计算是以图
14中"FloWind 19-米"型的三叶片转子为基础的，该型具有3个机翼而不是2个。其原因是三叶片转子具有较好动态性能-比二叶片转子更为对称，于是当我们在海上配合自旋顶部时，这是最重要的。
参照图13，优选地，柱8、 16与机翼17—道旋转。这似乎在柱8与机翼17之间使用轴架成为必要。没有轴架的涡轮机变型已在岸上试验过，但似乎没有成功，显然是由于在机翼的自然频率方面发生严重问题。所谓的自然模式对于仅在端点被支撑非常长的梁是复杂的。
聚合物材料的强度和生产现在已经进步到如下程度即聚合物缆索可在海上使用，代替以前的重型锚定链或钢缆/钢索。这些先进合成材料的轻密度意味着，当它们浸入水中时实际上"无重量"。
特别是具有特色竖直轴线的Darrieiis风力涡轮机具有三个有利特色特征
-它是全向的，如有足够的风涡轮机便运转，风向不重要。这样消除了对偏航机构的需要，从而节省巨大的重量和成本。
-重心低-在转子中心与Z滚珠之间某处，不和具有涡轮机水平旋转轴线的更为传统类型的风力涡轮机的大多数部件的情况一样靠近机舱。
-它基本上是轻型结构。例如参照图14， "FloWind 17 EHD"(效能=0.3 MW )具有17,000 kg的质量，而"FloWind 19誦米"(效能=0.24MW)具有10,000 kg的质量。"FloWind"机翼的总质量分别是4,300kg和2,000 kg。因此，正是(重加载)柱承担大约2/3的涡轮机质量。另夕卜，载荷主要产生于缆索中的张力和机翼的离心力。柱是简支Euler柱，其偏心载荷来自轴架，该轴架是在机翼上离心力到柱的承载部分。重量上的减小另外通过柱使用微孔材料可实现，这种微孔材料保持必要的稳定性和刚度，而又减少总重。
关于本发明的风力涡轮机认为有如下优点
1. 结构考虑到弯矩的影响，并且将其减至最小。
2. Z滚珠最小化/消除岸上Darrieus涡轮机已知的破裂和磨损及功率随后的损失。因此使用寿命绝对延长。
3. 在Z滚珠的轴环中的感应装置起到齿轮、发电机及控制器/制动 器的作用；这些元件表示在传统涡轮机中的基本质量。这种简化连同 偏航机构的消除表示质量显著地减少。
4. 机械元件的数量减少。这意味着生产方法较简单、运输和安装 较少机械元件、及较少发生维护问题。
5. 我们估计，本发明将具有比在各种项目中获得的比值高5倍的 比值(MW/kg-装机-质量)，这些项目用于具有水平涡轮机轴的风力涡 轮机的深水海上基础设施。
6. 如果由于各种原因，例如气候或政治的变化，对风力涡轮机场 选中的场址结果证明是错误选择，那么涡轮机、Z滚珠及SPAR可以 分开，并用现有海上船只单独地运走。这意味着，风力涡轮机场本身 的高度机动性和场中每个单元定位的高度灵活性。
7. 本发明可适应几乎任何环境。在使用有两种类型的转子的假定 情况下，起因于其它参数的变化是SPAR的直径和长度及缆索长度。 用于SPAR和顶部旋转器的缆索的数量应是至少六个。具有三根缆索 的系统在理论上是可能的，但不推荐，因为较多缆索的冗余度意味着 较高的安全措施。系泊/锚定系统将取决于场地。
8. 简短系列的试验已表明，Darrieus涡轮机对于机翼的结冰问题 比具有水平轴线的大部分风力涡轮机较不敏感。
Z滚珠是最优选的实施例。然而，其它形状，包括与球的轻微偏 差也是可能的。优选的解决方案包括圆形形式，例如，具有椭圆形状 横截面的旋转壳/本体，该椭圆形状在水平或竖直方向上分别具有最长 轴线。
权利要求
1.一种设备(1)，其用于相对于第二部件(3)围绕第一部件(2)的旋转轴线(14)作旋转运动，第一部件(2)具有围绕旋转轴线旋转对称的外表面，而第二部件具有相对应的旋转对称腔，该旋转对称腔具有容纳第一部件的至少部分的内表面，在第一部件的外表面与第二部件的内表面之间具有空隙，其中，在第一部件与第二部件之间的排斥磁场(4)防止第一部件的外表面与第二部件的内表面之间接触，其特征在于，第一部件包括以相同极性(7)朝向空隙而排列的多个永久偶极磁体(6)，而第二部件包括以同样极性朝向空隙而排列的多个永久偶极磁体(13)，这些磁体与第一部件的磁场相对，用于从所述腔的内表面排斥第一部件。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，来自第一部件(2)和第二 部件(3)的多个相反偶极(6、 13)中的至少一些的磁场的方向具有 与旋转轴线(14)平行的定向分量，用于在与旋转轴线平行的方向上 从腔的内表面排斥所述第一部件。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，第一部件(2)的外表 面的部分具有是球的部分的形状，并且，所述腔的内表面的部分具有 是球的对应部分的形状，用于将第一部件的球形部分容纳在腔的球形 部分中。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中，磁偶极(6、 13)是按径向 构造而排列的磁棒。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中，第一部件(2)基本上由以 下部分组成第一球形部分，其具有是球的部分的形状；和轴(8), 其从球形部分沿着旋转轴(14)延伸，其中，第二部件(3)具有腔， 该腔具有是球的部分的形状，该球的部分容纳第一部件的球形部分， 并且其中，第二部件在腔的延伸部中具有轴环(11),轴环容纳轴，其 中，轴包括多个偶极磁体，这些偶极磁体以相同极性面对轴环的内表 面，并且其中，轴环包括多个偶极磁体，这些偶极磁体以同样极性面对轴的外表面，以便从轴环的内表面排斥轴。
6. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，第一部件(2)的外表 面的部分具有是旋转面的部分的形状，该形状具有光滑弯曲横截面； 并且其中，腔的内表面的部分具有是对应旋转面的对应部分的形状， 该形状具有较大横截面，用于将第一部件的部分容纳在腔内。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中，第一部件(2)基本上由以 下部分组成本体，其具有像旋转的面的外表面，该本体具有光滑弯 曲横截面；和轴(8)，其沿着旋转轴线(14)从本体延伸，其中，第 二部件(3)具有容纳第一部件的本体的对应腔，并且其中，第二部件 具有在腔延伸部中的轴环(11)，轴环容纳轴，其中，轴包括多个偶极 磁体(6)，这些偶极磁体(6)以相同极性面对轴环的内表面，并且其 中，轴环包括多个偶极磁体(13)，这些偶极磁体(13)以同样极性面 对轴的外表面，用于从轴环的内表面排斥轴。
8. 根据权利要求5或7所述的设备，其中，轴环还包括感应线圈 (15),用于轴(8)的电磁驱动、用于轴的电磁制动、用于发电或用于这些的组合。
9. 根据权利要求8所述的设备，其包括在轴的延伸部中的风力涡 轮机(20 )。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中，轴(8)具有基本上竖直 方位，并且风力涡轮机(20 )是Darrieus型涡轮机，其有多个机翼(17 )， 这些机翼在它们的上端和下端被紧固到轴的延伸部(16)上。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中，在与轴(8)相反的向下 方向上第二部件(3)包括竖直浮动重量装置(12、 21)，该竖直浮动 重量装置(12、 21)具有用来将第二部件紧固到海床(22)上的缆索(23)。
全文摘要
一种设备(1)，其用于相对于第二部件(3)围绕第一部件(2)的旋转轴(14)作旋转运动，第一部件(2)具有围绕旋转轴旋转对称的外表面，而第二部件具有相对应的旋转对称腔，该旋转对称腔具有容纳第一部件的至少部分的内表面，在第一部件的外表面与第二部件的内表面之间具有空隙。在第一部件与第二部件之间的排斥磁场(4)防止第一部件的外表面与第二部件的内表面之间接触。上述磁场由第一部件和第二部件中排列的多个永久偶极磁体(6、13)实现，这些永久偶极磁体(6、13)以相同极性(7)朝向第一部件与第二部件之间的空隙。通过使用多个磁偶极，任意形状均能设有仅有磁体的北极或南极的表面。本发明特别适用于Darrieus型风力涡轮机(20)的旋转支架。
文档编号F16C32/04GK101636597SQ200880007048
公开日2010年1月27日 申请日期2008年2月1日 优先权日2007年2月1日
发明者克里斯托弗·塞于滕, 斯特芬·塞于滕 申请人:克里斯托弗·塞于滕;斯特芬·塞于滕