一種適於寬風速範圍的風力發電方法及裝置的製作方法

2023-06-20 12:41:01 1

專利名稱：一種適於寬風速範圍的風力發電方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電技術，特別是能夠適於寬風速範圍的風力發電方法及裝置， 屬風力發電技術領域。
背景技術：
隨著能源與環境的壓力增加，清潔可再生新能源愈來愈受到重視。在各類綠色能 源中，風能是前景潛力巨大的可再生能源之一。風力發電裝置的主要部件有風力機，齒輪 箱、發電機、調向機構、制動機構、控制單元、塔架等，其中風力機和發電機是主要的能量轉 換部件。風力機把風能轉換為機械能，發電機把機械能轉換為電能。由於風能的特殊性， 風力機一般速度在20-200r/min，發電機屬於高速旋轉機械，其轉速為1000 1500r/min， 因此傳統結構需要在風力機和發電機之間設置升速齒輪箱，將風力機軸的低速旋轉輸入轉 變為高速旋轉輸出，以便與發電機轉速相匹配。傳統風力發電裝置存在的主要問題如下 1.風力機對風速範圍有著較為嚴格的要求，一般為3 20m/s，當風速超過該範圍後，就需 要停機，因而浪費了該風速範圍外的風能資源；2.通用的風力發電機一旦出現故障後，需 要整機停車維修，維護難度大、成本高且影響發電；3.升速齒輪箱高速旋轉，增加了系統損 耗，降低了能量利用率，特別是大容量風電機組齒輪箱的結構龐大，造價昂貴，維護成本高。

發明內容
本發明用於克服已有技術的缺陷而提供一種可在2-60m/s的風速範圍內正常向 外輸送電能的適於寬風速範圍的風力發電方法及裝置。本發明所稱問題是由以下技術方案解決的一種適於寬風速範圍的風力發電方法，它利用一垂直軸風力發電機，所述垂直軸 風力發電機包括風力機和發電機，其特別之處是所述發電機設置數個，並設置一套電磁阻 尼機構；所述風力機利用一個中心大齒輪傳動連接各發電機；所述風力機的的風向標上設 有風速傳感器，計算機根據風速信號控制電機的接入數量，風速低，接入發電機數量少，風 速高，接入發電機數量多，當風速達到設定風速時，接入全部發電機；當風速超過設定風速 時，由計算機控制電磁阻尼機構動作，對中心大齒輪施加降速阻力。一種適於寬風速範圍的風力發電裝置，它包括風力機、發電機、塔架、固定在塔架 頂部的中心柱，其中風力機包括葉片和旋轉裝置，其特徵在於所述旋轉裝置為上、下兩段 結構，上、下兩段結構分別由連接杆斜撐杆與葉片連接，所述旋轉裝置下段結構包括下旋轉 筒、下支座和中心大齒輪、下旋轉筒套裝在中心柱外，下旋轉筒和中心柱之間設有軸承，中 心大齒輪套裝在下旋轉筒外並與其周向固定，所述發電機設置3-8個，發電機分布在中心 大齒輪周邊，各發電機主軸上安裝增速小齒輪，中心大齒輪、增速小齒輪嚙合連接。上述適於寬風速範圍的風力發電裝置，在所述中心大齒輪下部設置電磁阻尼機 構，所述電磁阻尼機構由電磁鐵和阻尼環組成，所述阻尼環固接在中心大齒輪底部，電磁鐵 設置多個，均布在阻尼環下方；所述電磁鐵端面和阻尼環端面之間的間距為1 5毫米。
上述適於寬風速範圍的風力發電裝置，所述旋轉裝置上段結構包括上旋轉筒和支 撐上旋轉筒的上支座，上旋轉筒套裝在中心柱外，上旋轉筒和中心柱之間設有軸承。本發明針對現有風力發電裝置風能利用範圍小、設備結構龐大、運行成本高等問 題進行了改進，提供了一種可大幅度提高風能利用範圍的風力發電方法及實現該方法的裝 置，與現有技術相比本發明主要特點如下1.採用多部發電機聯用，避免了直驅電機出現 故障後，需要整機拆掉維修問題，當設備機出現故障，只需要把故障部分更換掉，所以維護 簡單，維護成本低；2.在風向標上設置測定風速傳感器，使在風速達到切入風速後，由計算 機控制電機的接入數量，風速高，接入發電的電機數量多，風速低接入發電的電機數量少， 當風速達到設定的風速時接入發電的電機數量最多，風機輸出功率最大，當風速超過設定 的風速時，由計算機控制電磁阻尼機構動作，對中心大齒輪施加降速阻力，使風機仍在使用 範圍內正常運轉發電，因此在2-60m/s的風速範圍內，風機都可以正常向外輸送電能，大大 增加了風能利用範圍，加大了風力發電機的利用效率；3.風力機與各發電機之間由齒輪開 齒傳動，去掉了齒輪箱，降低了傳動裝置的重量和故障率，整機結構緊湊，運行可靠性高，設 備造價和運行成本低。


圖1是本發明裝置示意圖；圖2是圖IA部局部放大視圖。圖中標號含義如下1.塔架；2.葉片；3.連接杆；4.斜撐杆；5.中心柱；6.風速傳 感器；7.下旋轉筒；8.中心大齒輪；9.增速小齒輪；10.發電機；11.下支座；12.阻尼環； 13.電磁鐵；14.上旋轉筒；15.上支座。
具體實施例方式本發明方法用於垂直軸風力發電機，所述垂直軸風力發電機包括風力機和發電 機，發電機多個聯用，風力機利用一個中心大齒輪通過安裝在各發電機主軸上的增速小齒 輪將增速後的旋轉運動傳遞到各發電機，驅動發電機發電，該傳動方式無需齒輪箱增速，故 降低了傳動裝置的重量和故障率，整機結構緊湊。本發明利用設置在風向標上的風速傳感 器，將採集到的風速信號傳遞到計算機控制系統，計算機根據風速信號控制發電機的接入 數量，在風速達不到切入要求時，發電機輸出線路斷開，發電機不輸出電能，發電機沒有載 荷，發電機只有機械阻力，風速達到發電機切入要求時，發電機輸出線路接通，發電機輸出 電能，風速低，接入發電機數量少，風速高，接入發電機數量多，當風速達到設定風速時，接 入全部發電機，此時發電量最大，當風速超過設定風速時，由計算機控制電磁阻尼機構動 作，對中心大齒輪施加降速阻力，使風機仍可在使用範圍內正常運轉發電，因此在2-60m/s 的風速範圍內，風機都可以正常向外輸送電能，大大增加了風能利用範圍，提高了風力發電 機的利用效率。參看圖1、圖2，本發明裝置包括風力機、發電機、塔架1和固定在塔架頂部的中心 柱5，位於中心柱上部的桁架處裝有風速傳感器6。其中風力機包括葉片2和旋轉裝置，旋 轉裝置為兩段結構，由位於中心柱5上部的上段結構和位於中心柱下部的下段結構組成， 葉片經連接杆3、斜撐杆4與上段結構、下段結構連接。該設計減少了旋轉裝置自身的重量，由於重量減輕，磨擦阻力減小，在降低自身能耗的同時，降低了機械部件的故障率。參看圖2，所述旋轉裝置下段結構包括下旋轉筒7、下支座11和中心大齒輪8、下 旋轉筒套裝在中心柱外，下旋轉筒和中心柱之間設有軸承，中心大齒輪套裝在下旋轉筒外 並與其周向固定，發電機10設置3-8個，各發電機分布在中心大齒輪周邊，發電機主軸上安 裝增速小齒輪9，中心大齒輪、增速小齒輪嚙合連接。所述旋轉裝置上段結構包括上旋轉筒 14和支撐上旋轉筒的上支座15，上旋轉筒套裝在中心柱外，上旋轉筒上部和中心柱之設有 徑向軸承，上旋轉筒下部與上支座間設有推力軸承。由於採用多機聯用發電，若有個別發電 機出現故障，只拆卸維修故障發電機即可，整機工作不受影響，提高了風力發電機運行率。仍參看圖2，本發明裝置還設有電磁阻尼機構，電磁阻尼機構由電磁鐵13和阻尼 環12組成，所述阻尼環固接在中心大齒輪底部，電磁鐵位於下支座11上，電磁鐵設置多個， 它們均布在阻尼環下方；電磁鐵端面和阻尼環端面之間的間距為1 5毫米。電磁鐵的通、 斷電由計算機控制，風速超過設定值時，電磁鐵通電時，經阻尼環向中心大齒輪施加降速阻 力，以保持中心大齒輪正常轉速範圍。
權利要求
一種適於寬風速範圍的風力發電方法，它利用一垂直軸風力發電機，所述垂直軸風力發電機包括風力機和發電機，其特徵在於所述發電機設置數個，並設置一套電磁阻尼機構；所述風力機利用一個中心大齒輪傳動連接各發電機；所述風力機的的風向標上設有風速傳感器，計算機根據風速信號控制電機的接入數量，風速低，接入發電機數量少，風速高，接入發電機數量多，當風速達到設定風速時，接入全部發電機；當風速超過設定風速時，由計算機控制電磁阻尼機構動作，對中心大齒輪施加降速阻力。
2.一種適於寬風速範圍的風力發電裝置，它包括風力機、發電機、塔架(1)、固定在塔 架頂部的中心柱(5)，其中風力機包括葉片(2)和旋轉裝置，其特徵在於所述旋轉裝置為 上、下兩段結構，上、下兩段結構分別由連接杆(3)斜撐杆(4)與葉片連接，所述旋轉裝置下 段結構包括下旋轉筒(7)、下支座(11)和中心大齒輪(8)、下旋轉筒套裝在中心柱外，下旋 轉筒和中心柱之間設有軸承，中心大齒輪套裝在下旋轉筒外並與其周向固定，所述發電機 (10)設置3-8個，發電機分布在中心大齒輪周邊，各發電機主軸上安裝增速小齒輪(9)，中 心大齒輪、增速小齒輪嚙合連接。
3.根據權利要求2所述的適於寬風速範圍的風力發電裝置，其特徵在於在所述中心 大齒輪(8)下部設置電磁阻尼機構，所述電磁阻尼機構由電磁鐵(13)和阻尼環(12)組成， 所述阻尼環固接在中心大齒輪底部，電磁鐵設置多個，均布在阻尼環下方；所述電磁鐵端面 和阻尼環端面之間的間距為1 5毫米。
4.根據權利要求3所述的適於寬風速範圍的風力發電裝置，其特徵在於所述旋轉裝 置上段結構包括上旋轉筒(14)和支撐上旋轉筒的上支座(15)，上旋轉筒套裝在中心柱外， 上旋轉筒和中心柱之間設有軸承。
全文摘要
一種適於寬風速範圍的風力發電方法及裝置，用於解決風力發電機風能利用範圍小的問題。技術方案是發電機設置數個，並設置一套電磁阻尼機構；其中風力機利用一個中心大齒輪傳動連接各發電機；計算機根據風速信號控制電機的接入數量，當風速超過設定風速時，由計算機控制電磁阻尼機構動作，對中心大齒輪施加降速阻力。本發明主要特點如下採用多部發電機聯用，避免了直驅電機出現故障後，需要整機拆掉維修問題；由計算機根據風速控制電機的接入數量，當風速超過設定的風速時，由計算機控制電磁阻尼機構動作，使風機仍在使用範圍內正常運轉發電，風速利用範圍可達2-60m/s；風力機與各發電機之間由齒輪開齒傳動，整機結構緊湊，設備造價和運行成本低。
文檔編號H02K7/116GK101956672SQ20101050319
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者張遠林 申請人:張遠林