CN102278269A - 集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,布置在上风处的控制转子81以高速转动。控制转子81将流入到形成在辅助转子71的延伸部71-1的轮毂中的空气引入到所述辅助转子71的延伸部71-1的外面,由此形成空气动力环形流管区,并且增加了所述空气动力环形流管区中的空气密度,主转子11布置在下风处,并且空气动力地加速和提高了系统效率。另外,由负载引起的副发电机的转子52和定子51的电磁吸引阻力矩有助于转动主转子11,由此,合成转动力矩的3个转子使风力涡轮机的双发电机4和4-1”发电。

Description

集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种大型风力驱动系统,更具体地,涉及一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,所述系统具有与韩国专利No. 103897和美国专利 Nos. 5876181,6278197BI公开的多转子或双转子系统基本不同的结构和工作原理,并且在低风速下实现了高效率的风力发电。
背景技术
[0002] 根据常规技术,在大于1丽的大型转子涡轮机中,在转子的轮毂中形成空气动力死区。如图2所示,根据本发明,为了消除空气动力死区,流入大型转子的轮毂中的空气动力死区的空气被引入到转子叶片的外侧部分,通过形成环形流管而增加了空气密度,由此利用空气动力加速了大型主转子并且提高了风力驱动系统的效率。
[0003] 为了实现以上目的,根据本发明,提供了具有以下特征的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统:
[0004] 1)无空气动力死区的系统的实施例:
[0005] 为了实现无空气动力死区的系统,根据本发明,如图1和2所示,控制转子81连接在辅助转子71的前面,辅助转子71布置在上风(up wind)处,控制转子81以与辅助转子 71相反的方向高速转动,并且控制转子81的转动力将进入辅助转子71的空气动力死区的空气引入到辅助转子71的延伸部71-1的外面,由此形成空气动力的环形流管区,并且增加其中的空气密度,从而加速了主转子11的转动,以提高系统的效率。
[0006] 2)为了避免彼此反向转动的控制转子和辅助转子之间的空气动力干扰:
[0007] 为了使相互靠近放置并且反向转动的控制转子81和辅助转子71之间的空气动力干扰最小,根据本发明,调节控制转子81的直径,以使得控制转子81只在辅助转子71的延伸部71-1的扫描区域(swiping zone)内转动,并且通过双轴输入齿轮6,将控制转子81 和辅助转子71的反向转动力合成(integrate)并且将它们的速度提高,从而从双轴输入齿轮6输出的转动力使得控制转子81和辅助转子71的辅助发电机5发电。
[0008] 3)控制转子的系统控制的功能:
[0009] 为了向控制转子81提供系统控制功能,根据本发明,控制转子81帮助转动从低风速转动到额定风速的辅助转子71和主转子11,由此提高系统的效率,然而,当进入的风速超过额定风速时,控制转子81用作阻力,由此控制辅助转子71的转动力来保持恒定速度, 从而系统可以安全地运行,并且即使在低风速下也容易启动。
[0010] 4)灵活的电磁吸引阻力矩
[0011] 根据本发明,可以有灵活的电磁吸引阻力矩,而根据常规技术的具有彼此不同的 RPM(每分钟转数,Revolutions Per Minute)的一个或多个转子的转动力取决于与RPM相关的齿数比。在此情况下,相关的齿数比不是灵活的,并且如果两个转子的叶尖速比(tip speed ratio)彼此不同,则一个转子的转动用作另一个转子的转动的阻力,而没有给它们补充任何转动力,因而经常降低系统的效率。[0012] 5)与输入风能对应的可变系统容量(可变负载)的运行:
[0013] 根据本发明,根据输入的风能可以进行可变系统容量运行。为了通过根据由输入风速的变化造成的容量大小的大型发电机的负载分担(load share)比来提高发电机效率, 和使由具有相等负载的控制转子81、辅助转子71和主转子11构成的三个转子的输入转矩与输入风速匹配,在用于将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动力合成的齿轮箱3 的双行星齿轮系统中,双发电机4和4-1互相并联,从而在从切入风速到lOm/s的范围内运行的正常系统中,辅助发电机5和双发电机中的一个发电机4连接,并且在从10. lm/s到额定风速的范围内运行的全系统中,双发电机中的另一个发电机4-1和双发电机中的一个发电机4并联连接,由此提高了各个发电机的效率。
发明内容
[0014] 本系统的特征和功能:
[0015] 本发明的一个目的是提供一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,所述系统布置有小型的控制转子CR(control rotor)、放置在上风处的中型辅助转子 AR (auxiliary rotor)以及放置在下风处的大型主转子MR (main rotor),所述转子相互集成到一起,从而由于主转子的低速转动造成在轮毂中形成空气动力死区,因此控制转子和副转子高速转动的转动力形成环形流管区,同时风流入空气动力死区,将环形流管区引导到主转子的叶片的外面部分,并且将所引导的管区与自然的进入风混合,由此在高空气密度下空气动力地加速主转子的转动。
[0016] 本发明的另一个目的是提供一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,它通过双轴输入齿轮箱来提高控制转子和辅助转子的反转力的速度,以便使辅助发电机的转子发电,以及通过负载引起的转子和定子的电磁吸引阻力矩将转子和定子的转动力联结,以传递施加到双轴输入齿轮箱的定子所联结的转动力,该双轴输入齿轮箱用于将控制转子、辅助转子和主转子的转动力合成,从而双发电机分别根据输入的风速按级发电, 由此提高发电机的效率。
[0017] 本发明的又一个目的是提供一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,它适用于大型的齿轮少的永磁多极风力涡轮发电机以及高速转动的双转子风力涡轮机。
附图说明
[0018] 从以下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述,本发明的以上和其它目的、 特征和优点将变得明显,在附图中:
[0019] 图1是示出集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统构造的剖面图;
[0020] 图2是示出集成有3个转子的风力驱动系统的环形流管拓扑的侧切图;
[0021] 图3是示出在集成有3个转子的风力驱动系统中的具有双发电机4和4-1的齿轮箱3的侧切图;
[0022] 图4是沿着图3的A-A'线和图7的C-C'线剖切的横截面图;
[0023] 图5是示出集成有3个转子的风力驱动系统的副发电机5的侧切图;
[0024] 图6是沿着图5的B-B'线剖切的横截面图;[0025] 图7是示出在集成有3个转子的风力驱动系统中的双轴输入齿轮箱6的侧切图;
[0026] 图8是沿着图7的D-D'线剖切的横截面图;以及
[0027] 图9是示出在集成有3个转子的风力驱动系统中的控制转子81和副转子71的转子轮毂的侧切图。
[0028] 附图中的部件的附图标记的说明
[0029] 图 1
[0030] 1 :主转子轮毂
[0031] 2:主转子齿轮箱
[0032] 3 :用于将控制转子、辅助转子和主转子的转动力合成的齿轮箱
[0033] 4,4-1:双发电机
[0034] 5 :用于将控制转子和辅助转子的转动力合成的辅助发电机
[0035] 6 :用于将控制转子和辅助转子的转动力合成的双轴输入齿轮箱
[0036] 7 :辅助转子轮毂
[0037] 8 :控制转子轮毂
[0038] 11 :主转子
[0039] 71 :辅助转子
[0040] 81 :控制转子
[0041] 17 :传动系统衬块(drive train pad)
[0042] 18 :塔台
[0043] 图 2
[0044] 11 :主转子
[0045] 71 :辅助转子
[0046] 81 :控制转子
[0047] 101 =VO ;输入风速
[0048] 102 =Vl ;经过控制转子和辅助转子后的空气流速
[0049] 103 :V2 ;经过控制转子、辅助转子和主转子后的空气流速
[0050] 104 : α V ;环形流管的空气密度和风速
[0051] 105:环形流管
[0052] 106 :主转子的空气流线
[0053] 107 :辅助转子的空气流线
[0054] 图 3 :
[0055] 31 :太阳齿轮
[0056] 32 :行星齿轮
[0057] 34 :太阳齿轮输出轴
[0058] 35 :环形齿轮的圆柱形输入轴
[0059] 35-1 :安装环形齿轮的圆柱形管
[0060] 36 :行星齿轮的输入轴
[0061] 36-1 :行星齿轮架
[0062] 37 :用于联结环形齿轮连接轴的锥齿轮[0063] 38 :用于联结行星齿轮架连接轴的锥齿轮
[0064] 39 :水平输入轴
[0065] 39-1 :主转子的齿轮箱的输出联结板
[0066] 39-2 :到控制转子和辅助转子的副发电机的输入轴的联结板
[0067] 17 :传动系统衬块
[0068] 18 :塔台
[0069] 4,4-1:双发电机
[0070] 图 4 :
[0071] 31,(61):太阳齿轮
[0072] 34,(61-1):太阳齿轮输出轴
[0073] 32,(62):行星齿轮
[0074] 33,(63):环形齿轮
[0075] 35,(62-5):环形齿轮的圆柱形输入轴
[0076] 39-3,(68):齿轮箱外壳
[0077] 图 5 :
[0078] 51 :辅助发电机的定子
[0079] 52:辅助发电机的转子
[0080] 53 :辅助发电机的转子轴
[0081] 54 :用于导出(draw)辅助发电机的定子的功率输出的滑环
[0082] 55 :用于辅助发电机的右侧的主轴承
[0083] 56 :辅助发电机的定子轴
[0084] 57 :联结到齿轮箱3的联结板39-2的联结板
[0085] 58 :用于辅助发电机的左边的主轴承
[0086] 59 :辅助发电机的定子外壳
[0087] 59-1 :联结到齿轮箱6的连接板62-6的联结板
[0088] 图 6 :
[0089] 51 :辅助发电机的定子
[0090] 52:辅助发电机的转子
[0091] 53:辅助发电机的转子轴
[0092] 59 :辅助发电机的定子外壳
[0093] 图 7
[0094] 61 :太阳齿轮
[0095] 62 :行星齿轮
[0096] 63 :环形齿轮
[0097] 64 :环形齿轮圆柱体的连接板
[0098] 65 :辅助转子的输入轴
[0099] 66 :控制转子的输入轴
[0100] 67 :行星齿轮架
[0101] 68:齿轮箱外壳[0102] 61-1 :太阳齿轮的输出轴
[0103] 62-2 :第二太阳齿轮
[0104] 62-3 :第二行星齿轮,它围绕自己的固定轴转动
[0105] 62-4 :第二环形齿轮
[0106] 62-5 :第二环形齿轮圆柱体
[0107] 62-6 :联结到辅助发电机的连接板59-1的联结板
[0108] 62-7 :联结到辅助转子的输出轴71-1的联结板
[0109] 68 :齿轮箱外壳
[0110] 图8:
[0111] 62-1 :太阳齿轮的输出轴
[0112] 62-2:太阳齿轮
[0113] 62-3 :第二行星齿轮,它围绕自己的固定轴转动
[0114] 62-4:第二环形齿轮
[0115] 62-5 :第二环形齿轮圆柱体
[0116] 68:齿轮箱外壳
[0117] 图 9
[0118] 71:辅助转子
[0119] 72 :辅助转子的节距(pitch)控制电动机
[0120] 73:辅助转子轮毂
[0121] 74 :控制转子的轮毂84的转轴76-3的固定轮毂
[0122] 75 :联结到辅助转子的轮毂轴77的联结板
[0123] 76:控制转子的连接转轴
[0124] 77:辅助转子的轮毂轴
[0125] 78 :控制转子和辅助转子的节距控制电动机的供电滑环
[0126] 79:用于将控制转子和辅助转子的轮毂轴安装到传动系统衬块上的主轴承
[0127] 71-1 :辅助转子的延伸部的叶根
[0128] 76-2 :与控制转子的管轴76-3联结的花键
[0129] 76-3:控制转子的管轴
[0130] 76-4 :联结到控制转子的管轴的连接板
[0131] 78-1 :控制转子的节距控制电动机的供电滑环
[0132] 81 :控制转子
[0133] 82 :控制转子的节距控制电动机
[0134] 83 :控制转子的轮毂的连接板
[0135] 84:控制转子的轮毂
[0136] 85 :控制转子的轮毂的头锥体
具体实施方式
[0137] 以下,将参考附图详细给出根据本发明的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统的说明。[0138] 如图1所示,根据本发明的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统包括作为第一部分的主转子11和主转子轮毂1,作为第二部分的用于提高主转子11的速度的齿轮箱2,作为第三部分的用于将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动力合成的齿轮箱3,作为第四部分的双发电机4和4-1,作为第五部分的用于将控制转子81和辅助转子 71的转动力合成的辅助发电机5,作为第六部分的用于将控制转子81和辅助转子71的转动力合成的双轴输入齿轮箱6,和作为第七部分的辅助转子轮毂7和控制转子轮毂8。
[0139] 首先,将给出提高根据本发明的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统的运行系统效率的说明。
[0140] 由于在空气密度是1. 225Kg/m3的大气中,随着风力涡轮机转子的直径变大,叶尖速度受到限制,造成RPM下降,从而在转子轮毂的一定空间中形成由于低速转动而几乎不产生升力的空气动力死区。如图2所示,根据本发明,在高速的上风转动的控制转子81刚好紧接着布置在辅助转子延伸部轮毂的前面,由此用于将流入辅助转子延伸部的风引入到所述延伸部的扫描区域的外面,并且用于增加空气密度。接着,风被引入到辅助转子71的叶片的外侧部分上,在该部分上扫描速度最高,由此形成气流线107。因此,环形流管105形成在主转子11的气流线107和气流线106之间,主转子11的外周边在环形气流管105的环形流管104中转动,其中空气密度α V变高,由此加速主转子11的转动。环形流管104 的空气密度α V与进入的风速、控制转子81的直径的大小、控制转子81和辅助转子71之间的距离、辅助转子71的直径大小以及辅助转子71与主转子11之间的距离有关,因此,空气密度α V对主转子11的转动力的影响很大,通过很多小型系统和定标的模型转子的试验场测试,研究了这种影响。
[0141] 接着,将给出通过控制转子81和双轴输入齿轮箱6在低风速下启动本发明的系统的说明。
[0142] 如图1所示,在本发明的系统的构造下,示出了系统的各个部分的转动方向(用大的箭头标记)以及在这些部分中的转动力的流(用小的箭头标记)。为了描述方便,首先, 将参考图9说明从如图3所示的用于将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动力合成的齿轮箱3流出的上风,以及从主转子11的下风流向齿轮箱3的上风。如果输入风的风速范围是1. 8m/s到2. 2m/s,则控制转子81沿着箭头方向转动,从而控制转子81的转动力通过控制转子81的管轴76-3、联结到管轴76-3的联结板76_4,和花键联结76_2作用到转动轴76上,接着,如图7所示,通过花键联结76-1和用于将控制转子81和辅助转子71的转动力合成的双轴输入齿轮箱6的输入转动轴66,轴76的转动力被传递到与行星齿轮架67 的输入构件连接的第二太阳齿轮62-2。如图9所示,随着第二太阳齿轮62-2转动,第二环形齿轮62-4也转动,通过与第二环形齿轮62-4连接的圆柱体62-5、环形齿轮圆柱体连接轴 64、以及连接板62-7和77-1,第二环形齿轮62_4的转动力被传递到直接与辅助转子71的轮毂轴77连接的轮毂73上。通过直接输入到辅助转子71的风,容易地启动了轮毂73的辅助转子71的逆时针转动力,而所述两个转子的反向转动力形成如图2所示的空气流管, 以提高空气密度,因此启动主转子11,这提供了系统在低风速下启动的能力。
[0143] 现在,将说明用于将控制转子81和辅助转子71的转动力合成的双轴输入齿轮箱 6。
[0144] 如图7所示,如果两个转子控制转子81和辅助转子71的反向转动力被输入到用于将控制转子81和辅助转子71的转动力合成的双轴输入齿轮箱6,则环形齿轮63和行星齿轮架67如图4所示互相反向转动,从而行星齿轮62转动,以使得太阳齿轮61根据给定齿数比在顺时针(箭头)方向上转动和加速。
[0145]控制转子 81 的输入 RPM :mx{l+(ZRl/ZSl)}----------------[1]
[0146]辅助转子 71 的输入 RPM :N2x{l+(ZR2/ZS2)}-------------------[2]
[0147] 太阳齿轮61的输出轴61-1的总RPM :
[0148] Tnl. n2 = [ {1+(ZR1/ZS1)} χ Ni] + {(ZR2/ZS2) χ Ν2}-----------------[3],它是
将表达式[1]和表达式[2]相加,其中ZSl是太阳齿轮的齿数,ZRl是环形齿轮的齿数,ZR2 是第二环形齿轮的齿数,ZS2是第二太阳齿轮的齿数。
[0149] 然而,只有当两个输入RPM和转矩彼此相等时,才适用表达式[1],并且根据双轴输入齿轮箱的特征,输入转矩比控制转子81大的辅助转子71的输入RPM、控制转子81和辅助转子71的RPM根据第二太阳齿轮62-2和第二环形齿轮62_4的齿数比确定。因此,在以下状态下:控制转子81的大小以及第二太阳齿轮62-2和第二环形齿轮62-4的齿数比被调节为使得控制转子81和辅助转子71之间的叶尖速比彼此相等,双轴输入齿轮箱6中的辅助转子71的转动RPM被加速到最大速度,由此提高了系统效率。然而,由于控制转子81在比额定风速大的进入风速下执行节距控制,因此通过双轴输入齿轮箱6的行星齿轮62的齿轮链接,控制转子81的转动成为辅助转子71的阻力,因此,辅助转子71的RPM变慢,从而辅助发电机5的转子52的转动变慢,作用到定子51的电磁吸引阻力矩变弱,由此使得系统能够安全地运行。
[0150] 接着,将给出通过辅助发电机5的电磁吸引阻力矩加速主转子11的转动的说明。
[0151] 在双轴输入齿轮箱6中,控制转子81和辅助转子71的转动力被合成并且被加速, 通过辅助发电机5的高速输出轴66-1、连接板62-6和连接板59-1,所述合成的转动力被传递到与转子轴53连接的转子52上。因此,转子52沿着如图6所示的箭头(顺时针)方向转动;辅助发电机5以根据磁极数的额定RPM发电。接着,通过由负载引起的电磁吸引阻力矩,在方向与高速转动的转子52相同的方向上低速转动的定子51被吸引到与转子52相同的方向,由此加速了主转子11的转动。这总结如下:
[0152] “ {控制转子81的转矩+辅助转子71的转矩}=辅助发电机5的发电”。
[0153] “{由辅助发电机5的转子52和定子51之间的负载引起的电磁吸引阻力矩} + {主转子11的转矩}=双发电机4和4-1的发电”。
[0154] 一般来说,发电机的发电原理是基于定子和转子之间的转动,其中,它们中的一个在另一个固定的状态下转动,或者相反,它们彼此反向转动。根据本发明的系统的辅助发电机5,转子52和定子51在一个方向上转动,但是在以下状态下进行发电:它们中的一个通过与辅助发电机5的磁极数对应的转子52和定子51之间的额定RPM差被固定。如果假定转子52的RPM是VI,在相同方向上转动的定子51的转动是V2,则根据辅助发电机5的磁极数的额定发电RPM VO如下:
[0155] VO = V1-V2-----------[4]
[0156] 有助于使主转子11的齿轮箱2转动RPM的定子51的V2转矩的RPM被输入到用于将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动力合成的齿轮箱3的水平输入轴39。通过滑环M导出辅助发电机5所发的电。轴承58和55适于将辅助发电机5安装到传动系统衬块17上。
[0157] 接着,将说明用于将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转矩的RPM合成的齿轮箱3的工作原理。
[0158] 如图1所示,将主转子11的转矩的RPM输入到齿轮箱2上,并且主要增加到额定 RPM,并且将该RPM传递到如图3所示的连接板39-2,通过如图5所示的连接板57的延伸轴56,辅助发电机的电磁吸引阻力矩转动力合成到如图3所示的齿轮箱3的双行星齿轮的输入轴39,由于锥齿轮37-1和锥齿轮38-1沿着所示的箭头方向转动,以便使锥齿轮38和锥齿轮37彼此反向转动。结果,沿着锥齿轮38的转动轴36联结的双行星齿轮箱,行星齿轮32的托架36-1,作为它们的两个输入转动,以及锥齿轮37的转动轴35和与用于安装环形齿轮35-1的圆柱体管联结的环形齿轮33,沿着如图4所示的箭头方向彼此反向转动,由此得到如下齿数比和RPM :
[0159] ZO = {(l+ZR/ZS) + (ZR/ZS)}x η------------------[5],其中 ZO 是总输出 RPM,
ZS是太阳齿轮齿数,ZR是环形齿轮齿数,η是输入RPM。
[0160] 接着,将给出可变容量系统的工作的说明。
[0161] 增加到额定输出RPM的太阳齿轮31转动输出轴34,由此转动双发电机4和4_1, 齿轮箱3构造为使得双行星齿轮箱具有对称结构,通过水平输入轴39进行输入,该输入将控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动力合成,并且使得双发电机4和4-1进行发 H1^ ο
[0162] 也就是,所述系统可以根据输入的风能按阶段可变地运行。在正常容量运行中,在输入风能从切入风速到10m/S的范围中,全部系统的大约60%通过辅助发电机5和双发电机4运行,在全系统运行阶段,在输入风能从10. lm/s到额定风速的范围中,系统还包括双发电机4-1。所述系统运行为集成有辅助发电机的电磁吸引阻力矩的三个转子并且无空气动力死区的风能驱动系统,由此最大程度地增加了系统的潜在容量,和提供高效率的空气动力运行。
[0163] 如前面阐述的,提供了根据本发明的集成有三个转子的无空气动力死区的风能驱动系统,它有以下优点:
[0164] 首先,根据本发明的集成有三个转子的风力驱动系统,彼此反向转动的控制转子 81、辅助转子71和主转子11形成环形流管区,并且用于执行主转子11的空气动力转动,由此实现无空气动力死区的主转子11的轮毂,并且提高潜在容量大的风力驱动系统的效率。
[0165] 其次,通过由负载(由CR81和AR71的合成运行)引起的辅助发电机5的转子52 和定子51的电磁吸引阻力矩转动力,被灵活地与主转子11的转动联结,由此保护所述系统,三个转子的转动力的合成提高齿轮箱3的速度,由此可以使双发电机4和4-1发电。在正常的低风速运行下,辅助发电机5和双发电机4发电,而在额定风速运行下,双发电机4-1 与双发电机4并联。
[0166] 第三,如图2所示,由于控制转子81、辅助转子71和主转子11的转动RPM通过它们的空气动力相互作用而增加,因此可以容易地以低风速启动本发明的集成有三个转子的风力驱动系统,并且能够实现高效发电。
[0167] 第四,即使具有不同RPM和尺寸的控制转子81和辅助转子71相互靠近地转动,控制转子81在辅助转子71的叶根延伸部71-1的扫描区中转动,因此,控制转子81和辅助转子71的转动力彼此不干扰,从而通过双轴输入齿轮箱6,合成了它们的转动力并且增加了它们的RPM,由此增加了系统潜在的发电能力。
[0168] 第五,通过双轴输入齿轮箱6的齿轮链接,控制转子81和辅助转子71的转动力 RPM协同运行,并且从启动风速被加速到额定风速,并且速度提高到额定RPM,由此启动辅助发电机5。如果风速超过额定风速,则辅助转子71的RPM超过额定RPM,通过双轴输入齿轮箱6的齿轮链接,控制转子81被节距控制和转动,以使得辅助转子71的转动减慢,由此, 在预定范围内保持恒定的转速,并且实现系统的稳定运行。
[0169] 第六,为了在输入风速下执行相等的负载共享,将主发电机拆分为双发电机4和 4-1,从而在正常系统阶段,辅助发电机5和双发电机4被启动,在全系统阶段,双发电机4-1 与双发电机4并联,由此实现全系统操作。
[0170] 最后,由负载引起的辅助发电机5的转子52和定子51的电磁吸引阻力矩的功能可应用于任何风力涡轮机系统的齿轮少的永磁多磁极的主发电机。
[0171] 虽然已经参考特定的示范性实施例描述了本发明,但是本发明不限于所述实施例,而仅仅由所附的权利要求限制。本领域技术人员应该理解,在不脱离本发明的范围和精神的情况下,可以对本发明进行各种修改或改进。

Claims (9)

1. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,如图1和9所示,布置在上风处的控制转子(81)以高速转动,将流入到形成在辅助转子(71)的轮毂(73)中的叶根区的延伸部的空气引入到所述辅助转子(71)的延伸部扫描区的外面,并且主转子 (11)布置在下风处,所述辅助转子(71)与所述控制转子(81)反向转动,如图2所示,由此空气动力地加速所述主转子(11),并且提高系统效率和增加所述系统的潜在发电能力。
2.根据权利要求1所述的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,通过双轴输入齿轮箱(6),合成所述控制转子(81)和所述辅助转子(71)之间的反向转动力, 以使辅助发电机(5)发电,并且通过由于所述辅助发电机(5)的转子(52)和定子(51)之间的负载导致的电磁吸引阻力矩,利用所述齿轮箱(3)合成所述控制转子(81)、所述辅助转子(71)的转动力和所述主转子(11)的转动力,由此使双发电机G,4-l)转动和发电。
3. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,通过控制转子(81) 的轮毂(84)的转动轴(76-3)、花键联结(76-2)、输出轴(76)和双轴输入齿轮箱(6)的输入轴(66),传递所述控制转子(81)的高速转动力,并且随后利用在与行星齿轮架(67) — 同转动的第二太阳齿轮(62-¾上转动的行星齿轮(62-¾和第二环形齿轮(62-4)的固定轴的转动,通过辅助转子(71)的转动轴(65和77),传递所述高速转动力,从而使所述控制转子(81)的转动力被加到作用于所述辅助转子(71)上的弱转动力上,由此利用通过所述控制转子(81)和所述辅助转子(71)的启动而形成的空气动力环形流管区,使得所述控制转子(81)和所述辅助转子(71)容易转动,并且提高空气密度,由于较高的空气密度区的影响,主转子(11)容易在低风速下启动。
4. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,控制转子(81)以与辅助副转子(71)反向转动的方式刚好紧接着布置在所述辅助转子(71)前面,所述控制转子(81)用于将流入辅助转子(71)的叶根延伸部(71-1)的延伸部扫描区的风引入到所述辅助转子(71)的延伸区的外面,从而使得布置在所述辅助转子(71)的轮毂(73)前面的所述控制转子(81)的轮毂(84)自由转动,并且通过用于传递转动力的转动轴(76-3)的支撑轴(74)、用于连接管轴(76-3)的连接板(76-4)、花键联结(76_2)、贯穿所述辅助转子(71) 的输出管轴(77)从而延伸到双轴输入齿轮箱(6)的行星齿轮架转动轴输入轴(66)、以及延伸到所述双轴输入齿轮箱(6)的环形齿轮输入的用于传递所述辅助转子(71)的轮毂(73) 的转动的管轴77,传递所述控制转子(81)的转动力,在所述双轴输入齿轮箱(6)中,合成所述控制转子(81)和所述辅助转子(71)的不等转矩,并且提高速度以便使辅助发电机(5) 发电。
5.根据权利要求4所述的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中, 通过所述控制转子(81)的轴(76)、花键联结(76-1)和所述双轴输入齿轮箱(6)的输入轴 (66),将所述控制转子(81)的转动力输入到行星齿轮架(67),通过连接板(77-1和62-7) 的轴(77和65),将所述辅助转子(71)的转动力输入到环形齿轮(63),从而累积所述控制转子(81)与所述辅助转子(71)的反向转动力,并且通过太阳齿轮(61)与环形齿轮(63) 的齿数比以及第二太阳齿轮(62-¾与第二环形齿轮(62-4)的齿数比,提高速度,由此转动辅助发电机(5)的转子(52),从而发电。
6.根据权利要求5所述的集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,在输入风速超过额定风速的情况下,所述控制转子(81)和所述辅助转子(71)的所合成的转动力通过所述控制转子(81)的节距控制而被减小,从而使所述控制转子(81)的转动用作所述辅助转子(71)的阻力,以通过所述双轴输入齿轮箱(6)的第二太阳齿轮(62-¾和第二环形齿轮(62-4)之间的齿轮链接,使得所述辅助转子(71)以恒定速度转动。
7. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,如果由通过将控制转子(81)和辅助转子(71)的转动力合成和增加而得到的额定速度转动力来转动辅助发电器(5)的转子(52),定子(51)被由负载引起的所述定子(51)的电磁吸引阻力矩转动,则通过用于将控制转子(81)、辅助转子(71)和主转子(11)的转动力合成的齿轮箱(3),来自所述定子(51)的联结转矩有助于所述主转子(11)的转动力来加速所述主转子(11),由此转动双发电机G,4-l)和使双发电机G,4-l)发电。
8. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,从主转子(11)的齿轮箱(¾输出的转动力以及水平输入轴(39)的输入转动力用于反向地转动锥齿轮(38, 37),继而反向转动的双行星齿轮箱的行星齿轮架(36-1)和环形齿轮(33)以左右对称结构布置,并且转动RPM增加,由此通过太阳齿轮(31)和输出轴(34)使双发电机(4,4-1)发电, 其中所述辅助发电机(5)的电磁吸引阻力矩转动力被耦合到所述水平输入轴(39)。
9. 一种集成有3个转子的无空气动力死区的风力驱动系统,其中,为了使具有相等负载的控制转子(81)、辅助转子(71)和主转子(11)的转矩与输入风速匹配,将单个的大容量发电机拆分为互相并联布置的双发电机G,4-l),由此减少由于单个发电机的负载比造成的损耗,并且将所述负载分为两级,以获得高效发电机。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102840104A (zh) * 2012-10-02 2012-12-26 柳州市京阳节能科技研发有限公司 道路双向风能发电装置
CN103541865A (zh) * 2012-07-17 2014-01-29 诺迈士科技有限公司 双转子风力或水力涡轮机

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100962774B1 (ko) * 2009-11-09 2010-06-10 강현문 풍력발전장치
GB2504072B (en) * 2012-07-16 2014-08-13 Romax Technology Ltd Contra-rotating transmission
US9562512B2 (en) * 2012-07-17 2017-02-07 Aurora Limited Dual rotor wind or water turbine
CN102868270B (zh) * 2012-09-20 2014-05-07 北京交通大学 带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置
GB2527329B (en) * 2014-06-18 2018-09-12 Abu Al Rubb Khalil Turbine blade arrangement
JP6836769B2 (ja) 2016-08-22 2021-03-03 株式会社日本風洞製作所 流体機械および発電装置
CN109751186B (zh) * 2017-11-02 2020-06-02 北京普华亿能风电技术有限公司 风力发电机的控制方法、及高功率风力发电机
CN109751180B (zh) * 2017-11-02 2020-07-14 北京普华亿能风电技术有限公司 双叶轮风机的叶片选型方法
CN109798227B (zh) * 2017-11-17 2020-07-14 北京普华亿能风电技术有限公司 一种无人机雷击测试系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1161728A (zh) * 1994-06-27 1997-10-08 辛瓒 由多机组旋翼叶片系统总合成的风力涡轮机
US6278197B1 (en) * 2000-02-05 2001-08-21 Kari Appa Contra-rotating wind turbine system
JP2005194918A (ja) * 2004-01-06 2005-07-21 Saasu Engineering:Kk 風力発電装置
CN101091054A (zh) * 2005-03-23 2007-12-19 洪九德 风车式发电系统
CN201090372Y (zh) * 2007-07-25 2008-07-23 高建华 多级风力发电机
DE202009000125U1 (de) * 2009-01-03 2009-04-09 Smylla, Georg Windkraftanlage mit einem ersten Rotor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL47181C (zh) * 1936-11-27 1900-01-01
DE746340C (de) * 1937-03-07 1944-07-29 Hermann Honnef Grosswindkraftwerk mit gleichachsig hintereinanderliegenden Hauptwindraedern und diesen vorgeschaltetem Hilfswindrad
NL8302016A (nl) * 1983-06-06 1984-03-01 Endre Pal Muray Het vergroten van de energieopbrengst van een windturbine.
FR2589201B1 (fr) * 1985-10-25 1988-01-08 Pelletier Jean Claude Eolienne a rotors contrarotatifs a reglage d'orientation des pales
DE10003385A1 (de) * 2000-01-26 2001-08-02 Aloys Wobben Windenergieanlage
KR100754790B1 (ko) * 2002-02-05 2007-09-04 신한국산업 (주) 풍력발전장치
EP1540177B1 (fr) * 2002-09-17 2011-10-19 Eotheme Sarl Dispositif d'entrainement pour une eolienne munie de deux helices contre rotatives
US6945747B1 (en) * 2004-03-26 2005-09-20 Miller Willis F Dual rotor wind turbine
US7121804B1 (en) * 2004-07-27 2006-10-17 Glenn James Baker Fan system
CN100460670C (zh) * 2006-11-28 2009-02-11 谢振才 承载式框架多级风轮发电机
DE102006060986A1 (de) * 2006-12-20 2008-06-26 Robert Bosch Gmbh Magnetische Drehmomentbegrenzung
GB2457682B (en) * 2008-02-21 2012-03-28 Magnomatics Ltd Variable magnetic gears

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1161728A (zh) * 1994-06-27 1997-10-08 辛瓒 由多机组旋翼叶片系统总合成的风力涡轮机
US6278197B1 (en) * 2000-02-05 2001-08-21 Kari Appa Contra-rotating wind turbine system
JP2005194918A (ja) * 2004-01-06 2005-07-21 Saasu Engineering:Kk 風力発電装置
CN101091054A (zh) * 2005-03-23 2007-12-19 洪九德 风车式发电系统
CN201090372Y (zh) * 2007-07-25 2008-07-23 高建华 多级风力发电机
DE202009000125U1 (de) * 2009-01-03 2009-04-09 Smylla, Georg Windkraftanlage mit einem ersten Rotor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103541865A (zh) * 2012-07-17 2014-01-29 诺迈士科技有限公司 双转子风力或水力涡轮机
CN103541865B (zh) * 2012-07-17 2018-06-05 诺迈士科技有限公司 双转子风力或水力涡轮机
CN102840104A (zh) * 2012-10-02 2012-12-26 柳州市京阳节能科技研发有限公司 道路双向风能发电装置

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GB201109810D0 (en) 2011-07-27
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