CN105804943A - 垂直轴风力发电机组 - Google Patents

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CN105804943A CN201610140134.2A CN201610140134A CN105804943A CN 105804943 A CN105804943 A CN 105804943A CN 201610140134 A CN201610140134 A CN 201610140134A CN 105804943 A CN105804943 A CN 105804943A
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杜彬
王致杰
王东伟
黄麒元
王鸿
吕金都
王浩清
朱俊
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Shanghai Dianji University
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Shanghai Dianji University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

本发明提供了一种垂直轴风力发电机组，包括：叶片、主轴、永磁直驱发电机、基座和电力电子装置；其中，主轴安装在基座上；叶片围绕主轴布置，并且每个叶片均为曲面结构而且经由安装侧边安装至主轴，由此使得叶片的转动能够带动主轴转动；主轴耦接至永磁直驱发电机，使得能够在主轴转动时将主轴的机械能传递至永磁直驱发电机；永磁直驱发电机用于通过将接收到机械能转换成电能来产生感应电流，并且将产生的感应电流传递给电力电子装置；电力电子装置对感应电流进行整流逆变，并且将整流逆变后的电能传递至电网。

Description

垂直轴风力发电机组
技术领域
本发明涉及新能源发电领域，更具体地说，本发明涉及一种全新的垂直轴风力发电机组，采用永磁直驱发电机，无偏航、变桨装置。
背景技术
当前，风力发电机组主流为水平轴风机，其具有单机容量较大、寿命较长等优点，但其偏航、变桨装置较为复杂，风向、风速发生变化时需要中央控制器对机舱方向、桨距角等进行一系列控制，造成其控制方法较为复杂。由于水平轴风机大多采用双馈发电机，其前端需要加入增速齿轮箱，使得齿轮箱的故障率较高，严重影响风机正常运行。水平轴风机的机舱高度因其容量大小而在几十米不等，造成维护工作较为复杂且危险性较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种新型垂直轴风力发电机组，不需偏航、变桨装置，无齿轮箱，机舱在地基中的维护简单。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种垂直轴风力发电机组，包括：叶片、主轴、永磁直驱发电机、基座和电力电子装置；其中，主轴安装在基座上；叶片围绕主轴布置，并且每个叶片均为曲面结构而且经由安装侧边安装至主轴，由此使得叶片的转动能够带动主轴转动；主轴耦接至永磁直驱发电机，使得能够在主轴转动时将主轴的机械能传递至永磁直驱发电机；永磁直驱发电机用于通过将接收到机械能转换成电能来产生感应电流，并且将产生的感应电流传递给电力电子装置；电力电子装置对感应电流进行整流逆变，并且将整流逆变后的电能传递至电网。
优选地，叶片的数量为三片。
优选地，叶片自身中心对称。
优选地，所述的垂直轴风力发电机组还包括：风速风向仪和中央控制器；其中，中央控制器接受风速风向仪采集到的数据，将所述数据存贮作为功率分析的关联数据。
优选地，中央控制器将对永磁直驱发电机的输出电压电流进行采集监测，在不同控制策略情况下对电力电子装置进行控制。
优选地，所述的垂直轴风力发电机组还包括：与主轴啮合并且用于使主轴停止运转的刹车。
优选地，所述的垂直轴风力发电机组还包括：布置在导流罩上的避雷针。
优选地，垂直轴风力发电机组未安装偏航、变桨装置和齿轮箱。
针对当前水平轴风电机组存在的许多问题，本发明设计出一种新型垂直轴风力发电机组。该垂直轴风力发电机组不需偏航、变桨等装置，能够采集不同方向、不同风速的风能，使得整体结构简单、容易控制、故障率低。该垂直轴风机采用永磁直驱发电机，相比双馈发电机无需电磁励磁，且前端无需增速齿轮箱，这使得其整体结构简单、故障率降低。同时，该垂直轴的风机机组处在地基中，使得安装容易，维护简单安全。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的系统结构图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的立体图。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的俯视图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的系统结构图。图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的立体图。图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组的俯视图。
如图1、图2和图3所示，根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组包括：多个叶片2、主轴3、永磁直驱发电机4、基座5和电力电子装置10；其中，主轴3安装在基座5上；多个叶片2围绕主轴3依次均匀布置，并且每个叶片2均为曲面结构而且经由安装侧边安装至主轴3，由此使得多个叶片2的转动能够带动主轴3转动；主轴3耦接至永磁直驱发电机4，由此能够在主轴3转动时将主轴3的机械能传递至永磁直驱发电机4；永磁直驱发电机4用于产生感应电流(将接收到机械能转换成电能)并且将产生的感应电流传递给电力电子装置10；电力电子装置10对感应电流进行整流逆变，并且将整流逆变后的电能传递至电网。
其中，基座可固定至地面，主轴3与地面垂直。
优选地，叶片2的数量为三片。而且优选地，叶片2自身中心对称。
当任意方向的风吹来时，叶片2的结构造成其周围风速大小不一，根据空气动力学，叶片2将受力转动，将风能转化为机械能。叶片2将带动主轴3转动，主轴3将机械能传递至永磁直驱发电机4，永磁直驱发电机4中线圈将切割磁感线而产生感应电流，电流经过电力电子装置10整流逆变后并入电网。
如图1、图2和图3所示，根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组还包括：风速风向仪1、中央控制器6和刹车9。
其中，中央控制器6接受风速风向仪1采集到的数据，将所述数据存贮作为功率分析的关联数据。
而且，中央控制器6将对永磁直驱发电机4的输出电压电流进行采集监测，在不同控制策略情况下对电力电子装置10进行控制。
如图1、图2和图3所示，根据本发明优选实施例的垂直轴风力发电机组还包括：与主轴3啮合并且用于使主轴3停止运转的刹车9。
当中央控制器6监测到数据异常或接收到人为停机指令时，首先中央控制器6向电力电子装置10发出电磁制动指令，主轴3因电磁制动而转速降低，中央控制器6向刹车9发出刹车指令，刹车9动作后主轴3停止运转。当风向发生变化时，由于叶片2自身中心对称且始终与风向垂直，所以能够采集到任意风向的风能。
除此之外，优选地，该新型垂直轴风机的导流罩8上方配备了避雷针7，以防止雷击对风机造成损伤。
本发明提供了一种新型的垂直轴风力发电机组，无需偏航、变桨、齿轮箱等装置，采用永磁直驱发电机，大大简化了风机结构。当任意方向的风吹来时，叶片将受力转动，将风能转化为机械能。叶片将带动主轴转动，主轴将机械能传递至永磁直驱发电机，永磁直驱发电机中线圈将切割磁感线而产生感应电流，电流经过电力电子装置整流逆变后并入电网。该方案无需偏航、变桨、齿轮箱等装置，大大降低了风机的故障率，提高了风机的整体运行效率。其发电机采用永磁直驱发电机，结构简单，且处在地基中，使得维护简单、安全。本发明为风力发电提供了一种全新的思路，具有较大的启发意义。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种垂直轴风力发电机组，其特征在于包括：叶片、主轴、永磁直驱发电机、基座和电力电子装置；其中，主轴安装在基座上；叶片围绕主轴布置，并且每个叶片均为曲面结构而且经由安装侧边安装至主轴，由此使得叶片的转动能够带动主轴转动；主轴耦接至永磁直驱发电机，使得能够在主轴转动时将主轴的机械能传递至永磁直驱发电机；永磁直驱发电机用于通过将接收到机械能转换成电能来产生感应电流，并且将产生的感应电流传递给电力电子装置；电力电子装置对感应电流进行整流逆变，并且将整流逆变后的电能传递至电网。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于，叶片的数量为三片。
3.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于，叶片自身中心对称。
4.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于还包括：风速风向仪和中央控制器；其中，中央控制器接受风速风向仪采集到的数据，将所述数据存贮作为功率分析的关联数据。
5.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于，中央控制器将对永磁直驱发电机的输出电压电流进行采集监测，在不同控制策略情况下对电力电子装置进行控制。
6.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于还包括与主轴啮合并且用于使主轴停止运转的刹车。
7.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于还包括：布置在导流罩上的避雷针。
8.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于，垂直轴风力发电机组未安装偏航、变桨装置和齿轮箱。
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