CN104019002A - 一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组，包括风轮机、离合器、低速永磁风力发电机、高速永磁风力发电机；离合器包括空心齿轮、实心齿轮、空心齿轮轴，空心齿轮轴的上下两端分别安装第一钢板和第二钢板，第一钢板的外侧依次安装第一电磁铁、第一弹簧、第一衔铁，第一钢板的内侧依次安装第二电磁铁、第二弹簧、第二衔铁，第二钢板内外侧与第一钢板结构相同，空心齿轮的内壁位于第一衔铁和第三衔铁的外侧，实心齿轮设置在空心齿轮的下方；风轮机连接空心齿轮轴，低速永磁风力发电机的轴安装于第二衔铁和第四衔铁之间，高速永磁风力发电机的轴安装在实心齿轮里。本发明能完成低风速和高风速下的正常运行。

Description

一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组

技术领域

本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是风力发电装置。

背景技术

风力发电机组处于自然环境中，风速变化频繁且变化范围大，现在运行的风力发电机组都设有切出风速，即超过此风速机组将切出电网，控制系统会采取正常停机进行保护，否则常常会造成发电机超速、过热而引起故障。为保证风力发电机能长期正常运转，必须在风力发电机上设置超速、过热保护装置。但目前，现有的风力发电机超速保护，一般采用多次瞬间电短路刹车装置，然而在风力大、风轮转速高而转动力矩很大的状态下，突然瞬间电短路刹车，常常会损坏转动的风叶片及连接风叶片的幅条和整个风轮机装置。另外，高风速下的风力资源不利用起来，非常可惜。现在，高速永磁发电机(1万转/分左右)发展比较成熟，可以用于高风速下的风力发电。因此，可以在现有的风力发电机组内加入高速永磁风力发电机，那么在高风速下机组就可以不停机，而起动机组中的高速永磁风力发电机，可以实现高风速下的风能利用。但是如何实现低速永磁风力发电机和高速永磁风力发电机的转换是亟待解决的问题，即需要发明一种适用这种情况下的离合器装置。

专利申请号为201010120086.3、名称为“风力发电机安全自动装置”发明专利是在定子轴的一端上安装有电磁离合器，通过电子传感器实时监测发电机线圈温度和转子转速，当超温或超速信号送达逆变、继电控制器时，其继电控制器即断电使常开离合器闭合而制动风力发电机运转。该专利很好保护了风力发电机和风轮机，但是发电机停止运转后，也就无法利用高风速下的风力资源。专利申请号为201120521817.5、名称为“拉线风轮架水平轴多风轮高速风力发电机”实用新型专利，201120115038.5、名称为“水平轴多风轮高速风力发电机”实用新型专利都不适用于高风速条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组，其特征是：包括风轮机、齿轮箱、离合器、低速永磁风力发电机、高速永磁风力发电机；所述的离合器包括空心齿轮、实心齿轮、空心齿轮轴，空心齿轮轴的剖面为T型结构，T型结构的上下两端分别安装第一钢板和第二钢板，第一钢板的外侧依次安装第一电磁铁、第一弹簧、第一衔铁，第一钢板的内侧依次安装第二电磁铁、第二弹簧、第二衔铁，第二钢板的外侧依次安装第三电磁铁、第三弹簧、第三衔铁，第二钢板的内侧依次安装第四电磁铁、第四弹簧、第四衔铁，空心齿轮的内壁位于第一衔铁和第三衔铁的外侧，实心齿轮设置在空心齿轮的下方，并在第一电磁铁和第三电磁铁的作用下与空心齿轮啮合或断开；风轮机通过齿轮箱连接离合器的空心齿轮轴，低速永磁风力发电机的轴安装于第二衔铁和第四衔铁之间，高速永磁风力发电机的轴安装在实心齿轮里。

本发明还可以包括：

1、所述的第一钢板和第二钢板均为圆弧形结构。

2、当风速达到设定的起动风速时，风轮机起动，带动齿轮箱进行增速，齿轮箱带动空心齿轮轴旋转，第一电磁铁和第三电磁铁通电，吸引第一衔铁和第三衔铁，分别压迫第一弹簧和第三弹簧，第一衔铁和第三衔铁与空心齿轮内壁无接触，第二电磁铁和第四电磁铁断电，在第二弹簧和第四弹簧的作用下，第二衔铁和第四衔铁将低速永磁风力发电机的轴夹持，使低速永磁风力发电机工作；当风速达到设定的高速风速值时，第二电磁铁和第四电磁铁通电，吸引第二衔铁和第四衔铁，分别压迫第二弹簧和第四弹簧，第二衔铁和第四衔铁与低速永磁风力发电机的轴表面无接触，第一电磁铁和第三电磁铁装置断电，在第一弹簧和第三弹簧的作用下，第一衔铁和第三衔铁顶在空心齿轮内壁上，空心齿轮带动实心齿轮旋转，实心齿轮带动高速永磁风力发电机工作。

本发明的优势在于：本发明通过离合器的切换，完成低风速和高风速下的正常运行，既保护了低速永磁风力发电机，又达到利用高风速下的风力资源目的，提高了风能的利用效果。由于利用了高速永磁风力发电机，可以减少对风轮机叶片桨距的变换次数，延长了风轮机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明离合器的侧视图；

图3为本发明离合器的正视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明的目的是设计一种离合器装置，用于含有高速风力发电机的风力发电机组中的，它能够达到：在高风速时停止低速永磁风力发电机运行，起动高风速永磁风力发电机进行发电，使高风速下的风力资源得到很好的利用。根据风力发电机组的设计标准，本发明专利所指的高风速一般是在20m/s(低速风力发电机的切出风速)-55m/s(风力发电机组的最大抗风)。

由于使用高速永磁风力发电机，本发明所涉及到的风力发电机组的结构形式如图1所示。风轮机1与齿轮箱2相连，齿轮箱2与所发明的离合器3相连，离合器3分别与低速永磁风力发电机4和高速永磁风力发电机5相连，各组成部分通过连接轴6进行连接。

图1中的离合器3主要是由空心齿轮301和齿轮302构成，侧视图如图2所示。离合器3的正视图如图3所示，与齿轮箱2相连的特制轴303上下表面焊接有薄钢板312，薄钢板312为圆弧形如图2所示。薄钢板312外表面牢固粘有弧形电磁铁装置306，电磁铁装置306上安装有弹簧装置305，弹簧装置305上安装衔铁304，衔铁304上表面具有较大摩擦系数。同样，薄钢板312内表面牢固粘有弧形电磁铁装置307，电磁铁装置307上安装有弹簧装置308，弹簧装置308上安装衔铁309，衔铁309下表面具有较大摩擦系数。低速永磁风力发电机4的轴310左端放在衔铁所形成的空间中间部分，轴310左端外表面具有较大摩擦系数。同理，轴310下面部分弧形电磁铁315、316、弹簧装置314、317、衔铁313、318安装形式如上所述，并与轴310上面部分是对称的，放置在空心齿轮301的中间部分。空心齿轮301的内表面具有较大摩擦力。当电磁铁装置306和所对称的电磁铁装置316通电后，所产生的电磁力吸引衔铁304和318，衔铁304压迫弹簧系统305，衔铁318压迫弹簧系统317，衔铁304和318与空心齿轮301内表面无接触，留有1毫米左右的间隙。当电磁铁装置306和所对称的电磁铁装置316断电后，无电磁力产生，在弹簧系统305和317的作用下，衔铁304和318与空心齿轮301内表面紧密接触。当电磁铁装置307和所对称的电磁铁装置315通电后，所产生的电磁力吸引衔铁309和313，衔铁309压迫弹簧系统308，衔铁313压迫弹簧系统314，衔铁309和313与轴310左端表面无接触，留有1毫米左右的间隙。当电磁铁装置307和所对称的电磁铁装置315断电后，无电磁力产生，在弹簧系统308和314的作用下，衔铁309和313与轴310左端表面紧密接触。

由于转速越高，发电机尺寸越小，所以高速永磁风力发电机5的体积要比低速永磁风力发电机4小的多。如图2所示，空心齿轮301和齿轮302尺寸相等，如果要获得高风速下的更高转速，可以按设计比例来增大齿轮302的尺寸。

工作原理：本发明的离合器3利用电磁铁通电产生的电磁力吸引衔铁，衔铁压迫弹簧，完成与传动轴的分离；利用电磁铁断电，衔铁在弹簧作用下与传动轴相连。因此，通过对电磁铁通断电控制，完成低速永磁风力发电机和高速永磁风力发电机之间的运行切换，来实现对高风速下的风力资源利用。

参见图1、2和3。由于使用高速永磁风力发电机，本发明所涉及到的风力发电机组的结构形式如图1所示。风轮机1与齿轮箱2相连，齿轮箱2与所发明的离合器3相连，离合器3分别与低速永磁风力发电机4和高速永磁风力发电机5相连，各组成部分通过连接轴6进行连接。

图1中的离合器3主要是由空心齿轮301和齿轮302构成，侧视图如图2所示。离合器3的正视图如图3所示，与齿轮箱2相连的特制轴303上下表面焊接有薄钢板312，薄钢板312为圆弧形如图2所示。薄钢板312外表面牢固粘有弧形电磁铁装置306，电磁铁装置306上安装有弹簧装置305，弹簧装置305上安装衔铁304，衔铁304上表面具有较大摩擦系数。同样，薄钢板312内表面牢固粘有弧形电磁铁装置307，电磁铁装置307上安装有弹簧装置308，弹簧装置308上安装衔铁309，衔铁309下表面具有较大摩擦系数。低速永磁风力发电机4的轴310左端放在衔铁所形成的空间中间部分，轴310左端外表面具有较大摩擦系数。同理，轴310下面部分弧形电磁铁315、316、弹簧装置314、317、衔铁313、318安装形式如上所述，并与轴310上面部分是对称的，放置在空心齿轮301的中间部分。空心齿轮301的内表面具有较大摩擦力。

当风速达到起动风速，如3m/s，风轮机1起动，带动齿轮箱2进行增速，齿轮箱2带动特制轴303旋转。这时电磁铁装置306和所对称的电磁铁装置316通电，所产生的电磁力吸引衔铁304和318，衔铁304和318压迫弹簧系统305和317，衔铁304和318与空心齿轮301内表面无接触；而电磁铁装置307和所对称的电磁铁装置315断电，无电磁力产生，在弹簧系统308和314的作用下，衔铁309和313与轴310左端表面紧密接触，牢固抱死轴310，带动低速永磁风力发电机4旋转，使低速永磁风力发电机4正常工作。当遇到高风速时，如20m/s，电磁铁装置307和所对称的电磁铁装置315通电，所产生的电磁力吸引衔铁309和313，衔铁309和313压迫弹簧系统308和314，衔铁309和313与轴310左端表面无接触；与此同时，电磁铁装置306和所对称的电磁铁装置316断电，无电磁力产生，在弹簧系统305和317的作用下，衔铁304和318与空心齿轮301内表面紧密接触，牢固顶住空心齿轮301，空心齿轮301带动齿轮302旋转，齿轮302通过轴311带动高速永磁风力发电机5旋转进行工作。同理，低风速时，电磁铁装置306和所对称的电磁铁装置316通电，电磁铁装置307和所对称的电磁铁装置315断电，高速永磁风力发电机5停止运行，再切换到低速永磁风力发电机4运行。

Claims (3)

1.一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组，其特征是：包括风轮机、齿轮箱、离合器、低速永磁风力发电机、高速永磁风力发电机；所述的离合器包括空心齿轮、实心齿轮、空心齿轮轴，空心齿轮轴的剖面为T型结构，T型结构的上下两端分别安装第一钢板和第二钢板，第一钢板的外侧依次安装第一电磁铁、第一弹簧、第一衔铁，第一钢板的内侧依次安装第二电磁铁、第二弹簧、第二衔铁，第二钢板的外侧依次安装第三电磁铁、第三弹簧、第三衔铁，第二钢板的内侧依次安装第四电磁铁、第四弹簧、第四衔铁，空心齿轮的内壁位于第一衔铁和第三衔铁的外侧，实心齿轮设置在空心齿轮的下方，并在第一电磁铁和第三电磁铁的作用下与空心齿轮啮合或断开；风轮机通过齿轮箱连接离合器的空心齿轮轴，低速永磁风力发电机的轴安装于第二衔铁和第四衔铁之间，高速永磁风力发电机的轴安装在实心齿轮里。

2.根据权利要求1所述的一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组，其特征是：所述的第一钢板和第二钢板均为圆弧形结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种对于低速和高速风力均可适用的发电机组，其特征是：当风速达到设定的起动风速时，风轮机起动，带动齿轮箱进行增速，齿轮箱带动空心齿轮轴旋转，第一电磁铁和第三电磁铁通电，吸引第一衔铁和第三衔铁，分别压迫第一弹簧和第三弹簧，第一衔铁和第三衔铁与空心齿轮内壁无接触，第二电磁铁和第四电磁铁断电，在第二弹簧和第四弹簧的作用下，第二衔铁和第四衔铁将低速永磁风力发电机的轴夹持，使低速永磁风力发电机工作；当风速达到设定的高速风速值时，第二电磁铁和第四电磁铁通电，吸引第二衔铁和第四衔铁，分别压迫第二弹簧和第四弹簧，第二衔铁和第四衔铁与低速永磁风力发电机的轴表面无接触，第一电磁铁和第三电磁铁装置断电，在第一弹簧和第三弹簧的作用下，第一衔铁和第三衔铁顶在空心齿轮内壁上，空心齿轮带动实心齿轮旋转，实心齿轮带动高速永磁风力发电机工作。