CN203962295U - 一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构 - Google Patents

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马忠威
徐会
胡晓光
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Abstract

本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构，包括大风轮、小风轮、发电机和机架，其特征是，大风轮依次经大风侧主轴、大风侧联轴节与大风侧变速齿轮箱的输入侧相连，大风侧变速齿轮箱的输出侧依次经大风侧制动器、大风侧永磁调速驱动装置与发电机的转子相连；小风轮依次经小风侧主轴、小风侧联轴节与小风侧变速齿轮箱的输入侧相连，小风侧变速齿轮箱的输出侧依次经小风侧制动器、小风侧永磁调速驱动装置与发电机的定子相连。与现有技术相比，本实用新型的优点是：1）填补了永磁调速驱动在风力发电机中应用的空白；2）实现了柔性启动，杜绝了发电机转子惯性对风轮升速的影响，提高了发电机获得功率的效率。

Description

一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，全球的风能约为2.74×109 MW，其中可利用的风能为2×107 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风力发电机主要由风轮、发电机、调速机构、制动器和电气部件组成，根据旋转轴的不同，主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类，目前市场上水平轴风力发电机占主流位置。水平轴风力发电机上多为设置一组风轮的单转子结构，也有前后设置两组风轮的双转子结构形式。由于风轮的转速较低，而且风力的大小和方向经常变化，所以，在风轮与发电机之间，要设置一个增速的齿轮变速箱和一个调速机构，才能使发电机的转速保持稳定，在风速过大时，制动器限制风轮转速和发电机的输出功率，保证风力发电机安全运行，提高风力发电机的寿命。
申请号为200520078284.2专利申请公开了一种双转子风力发电机，它由内转子、外转子、固定轴及风轮组成，其中内外转子分别置于固定轴上；内转子的多级绕组置于内转子托架的外侧，外转子的永磁环置于外转子托架的内侧；内外转子的托架上分别装置有大风轮和小风轮。固定轴由两部分构成，一部分是实心轴，另一部分是由轴芯、轴芯外套及二者之间有绝缘层相隔构成。多级绕组上的抽头输出端分别通过轴承与实心轴、轴芯外套连通，输出电压正负极。所述双转子风力发电机，由于内外转子同时相互反方向的旋转，其绕组切割磁力线的速度提高了一倍，其不足之处是内外转子各自直接与风轮相连，在某些需要某个转子运转的情况下，无法实现单个转子的控制，不利于提高发电机的发电效率。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构，采用永磁调速驱动装置作为调速机构，使发电机的转子和定子传动机构各自独立，在发电运行过程中，灵活控制大风轮或小风轮的某一个单独开启，或者以小风轮代替发动机驱动加速大风轮，提高发电机的发电效率以及控制水平。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是这样的：
一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构，包括大风轮、小风轮、发电机和机架，机架设于塔座的顶端，大风轮依次经大风侧主轴、大风侧联轴节与大风侧变速齿轮箱的输入侧相连，大风侧变速齿轮箱的输出侧依次经大风侧制动器、大风侧永磁调速驱动装置与发电机的转子相连，大风侧主轴上设有大风侧轴承座与机架相连；
小风轮依次经小风侧主轴、小风侧联轴节与小风侧变速齿轮箱的输入侧相连，小风侧变速齿轮箱的输出侧依次经小风侧制动器、小风侧永磁调速驱动装置与发电机的定子相连，小风侧主轴上设有小风侧轴承座与机架相连。
所述大风侧永磁调速驱动装置的执行机构以及小风侧永磁调速驱动装置的执行机构分别经各自控制回路与控制器相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1）创造性地将永磁调速驱动装置应用到双转子风力发电机的动力传递系统中，填补了永磁调速驱动装置在风力发电机中应用的空白；
2）永磁调速驱动装置能在风力发电机的启动切入时，将齿轮变速箱与发电机的连接分离开来，使风轮在较低的负载下快速启动，从而使发电机获得比原调速机构更快的上升速率，提高了能源效率，实现了发电机的柔性启动，并杜绝了发电机自身转子惯性对风轮升速的影响，提高了发电机获得功率的效率；
3）永磁调速驱动装置是由磁性耦合实现扭矩的传递的，不会因输入侧与负载侧之间的轴线不同轴或轴心偏移造成振动，能适应一定量的径向、轴向和一定角度的偏移，并能最大限度地减轻磨损和振动，延长发电机和齿轮变速箱的寿命；
4）能在风速超过发电机的额定转速时，通过调整永磁调速驱动装置，使发电机转子（或定子）转速降到额定范围内，避免发电机的发热，并能保证风力发电机在更宽的风速范围内保持高效、安全运行；
5）永磁调速驱动装置尤其适用于大风时风力发电机的动力传动系统的弯曲变形，具有很好的吸收阻尼和震动的特性，狂风来时起到减震器的作用，缓冲阵风的冲击，可有效地避免轴心失准导致的齿轮变速箱和发电机组件的增压，同时还有利于减轻停机时制动器的磨损。
附图说明
图1是本实用新型双转子水平轴风力发电机实施例结构示意图。
图中：1-塔座  2-机架  3-大风轮  4-大风侧主轴  5-大风侧联轴节  6-大风侧变速齿轮箱  7-大风侧制动器  8-大风侧永磁调速驱动装置  9-发电机  10-大风侧轴承座  11-小风轮  12-小风侧主轴  13-小风侧联轴节  14-小风侧变速齿轮箱  15-小风侧制动器  16-小风侧永磁调速驱动装置  17-小风侧轴承座。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
见图1，是本实用新型一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构实施例结构示意图，大风轮3依次经大风侧主轴4、大风侧联轴节5与大风侧变速齿轮箱6的输入侧相连，大风侧变速齿轮箱6的输出侧依次经大风侧制动器7、大风侧永磁调速驱动装置8与发电机9的转子相连，大风侧主轴4上设有大风侧轴承座10与机架2相连，机架2设于塔座1的顶端；
小风轮11依次经小风侧主轴12、小风侧联轴节13与小风侧变速齿轮箱14的输入侧相连，小风侧变速齿轮箱14的输出侧依次经小风侧制动器15、小风侧永磁调速驱动装置16与发电机9的定子相连，小风侧主轴12上设有小风侧轴承座17与机架2相连。
大风侧永磁调速驱动装置8的执行机构以及小风侧永磁调速驱动装置16的执行机构分别经各自控制回路与控制器相连，以实现分别控制。
双转子水平轴风力发电机的两组风轮，一组风轮带动发电机的转子，另一组风轮带动发电机的定子，两转子做相反方向旋转，使同等风力条件下的旋转磁场切割磁力线的速度提高一倍，同时发电效率也相应提高到单转子发电机的1.5倍。
发电时，根据风速对发电机9进行控制，使发电机保持在安全的最佳效率状态，因为永磁调速驱动装置是磁力耦合，变速齿轮箱与发电机之间没有物理连接，当风速较小时，大风轮不易启动，可先使小风轮单独开启，代替发动机驱动加速大风轮，或者在某些需要一个风轮转动的情况，单独使小风轮或大风轮中的一个停止转动，而另一个风轮按正常发电程序运行，提高发电效率。

Claims (2)

1.一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构，包括大风轮、小风轮、发电机和机架，机架设于塔座的顶端，其特征在于：
大风轮依次经大风侧主轴、大风侧联轴节与大风侧变速齿轮箱的输入侧相连，大风侧变速齿轮箱的输出侧依次经大风侧制动器、大风侧永磁调速驱动装置与发电机的转子相连，大风侧主轴上设有大风侧轴承座与机架相连；
小风轮依次经小风侧主轴、小风侧联轴节与小风侧变速齿轮箱的输入侧相连，小风侧变速齿轮箱的输出侧依次经小风侧制动器、小风侧永磁调速驱动装置与发电机的定子相连，小风侧主轴上设有小风侧轴承座与机架相连。
2.根据权利要求1所述的一种双转子水平轴风力发电机的永磁调速机构，其特征在于：所述大风侧永磁调速驱动装置的执行机构以及小风侧永磁调速驱动装置的执行机构分别经各自控制回路与控制器相连。
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