兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括前端風(fēng)輪、前端變槳距裝置、雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)、后端風(fēng)輪和后端變槳距裝置，其前端風(fēng)輪和后端風(fēng)輪輪轂分別直接固定于發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的兩端；由于采取了雙級(jí)風(fēng)輪同軸直驅(qū)方式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠性和風(fēng)能利用率都較高。兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其采用的變槳距調(diào)節(jié)方式，即通過(guò)讓一個(gè)風(fēng)輪提供正向驅(qū)動(dòng)力距，另一個(gè)風(fēng)輪產(chǎn)生逆向阻力距的方式，大幅提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出風(fēng)速；由此產(chǎn)生的運(yùn)行控制模式還進(jìn)一步提高了設(shè)備的可靠性；所述變槳距調(diào)節(jié)方式，適合于所有兩級(jí)風(fēng)輪同軸聯(lián)接或者同軸線串接的雙風(fēng)輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【專利說(shuō)明】?jī)啥酥彬?qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種雙級(jí)風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是其前端風(fēng)輪、后端風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的布置及其連接方式，以及兩級(jí)風(fēng)輪葉片獨(dú)特的變槳距調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電是世界上公認(rèn)的最接近商業(yè)化、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最強(qiáng)的可再生能源技術(shù)之一，而應(yīng)用中的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)都只是在發(fā)電機(jī)一端布置風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，且由于這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出風(fēng)速都不高，限制了風(fēng)速的可應(yīng)用范圍，在風(fēng)速經(jīng)常性會(huì)大于切出風(fēng)速的地區(qū)，影響設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定地與公共電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。設(shè)計(jì)者本著提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出風(fēng)速即擴(kuò)展風(fēng)速應(yīng)用范圍，增加風(fēng)能利用效率，并出于設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行可靠性考慮，推出一種雙級(jí)風(fēng)輪的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其目的是要提高風(fēng)能利用效率，解決應(yīng)用中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)切出風(fēng)速不高的問(wèn)題；
為實(shí)現(xiàn)上述目的，其技術(shù)解決方案是:一種兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括前端風(fēng)輪、前端變槳距裝置、永磁同步發(fā)電機(jī)、后端風(fēng)輪和后端變槳距裝置；所述前端風(fēng)輪、所述永磁同步發(fā)電機(jī)和所述后端風(fēng)輪沿驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪的風(fēng)力方向依次排布。
[0004]上述所述永磁同步發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或者外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或者盤(pán)式結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)軸為中空結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)軸貫穿設(shè)備并兩端都向外伸出；
優(yōu)選地，所述永磁同步發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子(磁極)、外定子(繞組)結(jié)構(gòu)。
[0005]上述所述前端風(fēng)輪包括前端葉片和前端輪轂，其前端輪轂直接或者通過(guò)風(fēng)輪軸固定于上述所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端；
優(yōu)選地，所述前端葉片的數(shù)量為2片；
優(yōu)選地，所述前端輪轂直接固定于所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端。
[0006]上述所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角通過(guò)上述所述前端變槳距裝置調(diào)節(jié)；
優(yōu)選地，所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角的調(diào)節(jié)范圍為0?118°，即根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述前端風(fēng)輪對(duì)上述所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動(dòng)力距、又能產(chǎn)生逆向阻力距。
[0007]上述所述后端風(fēng)輪包括后端葉片和后端輪轂，其后端輪轂直接或者通過(guò)風(fēng)輪軸固定于上述所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的后端；
優(yōu)選地，所述后端葉片的數(shù)量為2片；
優(yōu)選地，所述后端葉片為對(duì)稱翼型；
優(yōu)選地，所述后端輪轂直接固定于所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的后端。
[0008]上述所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角通過(guò)上述所述后端變槳距裝置調(diào)節(jié)；
優(yōu)選地，所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角的調(diào)節(jié)范圍為0?118°，即根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述后端風(fēng)輪對(duì)上述所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動(dòng)力距、又能產(chǎn)生逆向阻力距。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖；
圖2為圖1的右視圖；
圖3為兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)典型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為應(yīng)用不意圖一；
圖5為應(yīng)用示意圖二；
圖6為應(yīng)用示意圖三。

【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1、圖2和圖3所示，兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括前端風(fēng)輪1、前端變槳距裝置、雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)2、后端風(fēng)輪3、后端變槳距裝置、電機(jī)艙5、塔架6等等；所述前端風(fēng)輪1包括前端葉片11和前端輪轂12，所述后端風(fēng)輪3包括后端葉片31和后端輪轂32 ;前端風(fēng)輪1、永磁同步發(fā)電機(jī)2和后端風(fēng)輪3沿驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪的風(fēng)力方向依次排布。
[0011]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其前端風(fēng)輪1、后端風(fēng)輪3通過(guò)前端變槳距裝置、后端變槳距裝置分別調(diào)節(jié)前端葉片11和后端葉片31的槳距角。
[0012]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其前端輪轂12、后端輪轂32分別直接固定于發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的如端和后端。
[0013]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其日常運(yùn)行模式是:前端葉片11的槳距角0?90°范圍保持一個(gè)相對(duì)固定值，通過(guò)后端變槳距裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，控制發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，保證雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)2正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0014]上述日常運(yùn)行模式的具體操作是:當(dāng)風(fēng)速大于等于切入風(fēng)速、且接近或者小于25m/s時(shí)，在設(shè)備以常規(guī)方式正常啟動(dòng)后，前端葉片11的槳距角在0?90° (即提供正向驅(qū)動(dòng)力距的位置)范圍保持相對(duì)固定，只是在0?90°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，就能夠控制發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時(shí)，前端風(fēng)輪1和后端風(fēng)輪3共同相向直接正向驅(qū)動(dòng)雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)2按其額定功率正常工作；
當(dāng)風(fēng)速接近或者大于25m/s、且小于安全風(fēng)速的75%或者更低時(shí)，前端葉片11的槳距角進(jìn)行對(duì)應(yīng)適度調(diào)整后保持相對(duì)固定，此時(shí)，只是通過(guò)后端變槳距裝置在0?90°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，已難以或者不能控制發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時(shí)，兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)選擇通過(guò)后端變槳距裝置在90?118°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，通過(guò)產(chǎn)生逆向阻力距的方式，控制發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時(shí)，前端風(fēng)輪1提供正向驅(qū)動(dòng)力距、后端風(fēng)輪3提供逆向阻力距的方式保證雙軸伸同步發(fā)電機(jī)2按其額定功率正常工作。
[0015]上述日常運(yùn)行模式中前端葉片11的槳距角保持一個(gè)相對(duì)固定值(其大小可根據(jù)兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速和當(dāng)前一段時(shí)間風(fēng)電場(chǎng)的平均風(fēng)速而定)，其目的，一是從提高設(shè)備的可靠性考慮，讓前端變槳距裝置經(jīng)常性地處于備用狀態(tài)；二是讓控制模式簡(jiǎn)單化。
[0016]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)后端變槳距裝置出現(xiàn)突發(fā)性故障而無(wú)法調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角時(shí)，可選擇啟用備選安全運(yùn)行模式，此時(shí)，后端葉片31的槳距角(故障時(shí)所處位置一般應(yīng)在0?90°之間)保持固定，通過(guò)前端變槳距裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)前端葉片11的槳距角，控制發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，保證雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)2正常運(yùn)轉(zhuǎn)。具體操作方法參照上述日常運(yùn)行模式。
[0017]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過(guò)上述所述獨(dú)特的變槳距調(diào)節(jié)方法，成功實(shí)現(xiàn)提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出風(fēng)速即擴(kuò)展風(fēng)速應(yīng)用范圍的目的，且似乎不再有傳統(tǒng)意義上的切出風(fēng)速概念，出于對(duì)設(shè)備、特別是對(duì)風(fēng)輪葉片保護(hù)考慮，切出風(fēng)速設(shè)定為安全風(fēng)速的75%或者更低。
[0018]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過(guò)上述所述日常運(yùn)行模式和備選安全運(yùn)行模式，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性，可確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定地供電，直到用電低峰時(shí)或者設(shè)備大修期間安排進(jìn)行檢修。
[0019]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，除了常規(guī)停機(jī)模式外，還可選擇后端變槳距裝置直接在90?118°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31 (優(yōu)選對(duì)稱翼型)槳距角，通過(guò)后端風(fēng)輪3對(duì)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4提供適度大小的逆向阻力距，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)減速停機(jī)，減少機(jī)械剎車對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊。
[0020]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸4使用空心軸的目的，一是為減輕機(jī)組的重量，二是為方便電纜走線；通過(guò)在空心軸徑向方向鉆孔，圓周滑軌或者滑環(huán)方式，解決風(fēng)輪輪轂及其葉片內(nèi)部供電和控制信號(hào)傳達(dá)問(wèn)題。
[0021]由于雙級(jí)風(fēng)輪機(jī)組風(fēng)能利用率通常高于單級(jí)風(fēng)輪機(jī)組，在相同功率下，雙級(jí)風(fēng)輪機(jī)組所用葉片較短、單支葉片重量較輕，加之一級(jí)風(fēng)輪和二級(jí)風(fēng)輪都采用兩支葉片，這樣可減輕因增加一級(jí)風(fēng)輪后而給機(jī)組增加的重量。
[0022]如圖4、圖5和圖6所示(其中1為前端風(fēng)輪，2為雙軸伸永磁同步發(fā)電機(jī)，3為后端風(fēng)輪，4為發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，7為聯(lián)軸器，8為變速齒輪箱，9為鼠籠型異步發(fā)電機(jī)或者雙饋異步發(fā)電機(jī))，上述所述變槳距調(diào)節(jié)方式，適合于所有兩級(jí)風(fēng)輪同軸連接或者同軸線串接的雙風(fēng)輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0023]以上所述，僅是本發(fā)明的一些較佳優(yōu)選方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何人員利用上述提示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或者裝飾，均落在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括前端風(fēng)輪、前端變槳距裝置、永磁同步發(fā)電機(jī)、后端風(fēng)輪和后端變槳距裝置，其特征在于，所述前端風(fēng)輪、所述永磁同步發(fā)電機(jī)和所述后端風(fēng)輪沿驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪的風(fēng)力方向依次排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述永磁同步發(fā)電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)軸為中空結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)軸貫穿設(shè)備并兩端都向外伸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述前端風(fēng)輪包括前端葉片和前端輪轂，所述前端輪轂直接或者通過(guò)風(fēng)輪軸固定于所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角通過(guò)所述前端變槳距裝置調(diào)節(jié)，其葉片槳距角的調(diào)節(jié)范圍為O?118°，即根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述前端風(fēng)輪對(duì)所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動(dòng)力距，又能產(chǎn)生逆向阻力距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述后端風(fēng)輪包括后端葉片和后端輪轂，所述后端輪轂直接或者通過(guò)風(fēng)輪軸固定于所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的后端O
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角通過(guò)所述后端變槳距裝置調(diào)節(jié)，其葉片槳距角的調(diào)節(jié)范圍為O?118°，即根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述后端風(fēng)輪對(duì)所述永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動(dòng)力距，又能產(chǎn)生逆向阻力距。
【文檔編號(hào)】F03D1/02GK104500328SQ201510003625
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:徐文章