發電機及風力發電系統的製作方法

2023-05-22 15:14:26 1

專利名稱：發電機及風力發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及風力發電技術領域，具體涉及一種風力發電系統中的發電 機，以及採用了所述發電機的風力發電系統。
背景技術：
所有的發電機都有一個共性，那就是在啟動之始的能量損耗都比較大。一 般需要有一個相當於正常運轉時所需驅動力兩倍以上的驅動力，才足以使發電 機啟動。風力發電系統是利用風能驅動發電機進行發電的裝置。由於風能的密 度較低，為了能在較低的風速下驅動風輪轉動，要求所採用發電機的磁阻矩不 能太大。風力發電系統的切入風速就是指驅動風輪轉動的最小風速。如果磁阻 矩太大，其切入風速就大，啟動時所需要的最小風速就較大，因而在微風的時 候無法啟動。而磁阻矩與發電機的功率有關，若一味的減小磁阻矩，以使得風 力發電系統可以在較低風速下啟動，即使不考慮技術上實現的難度和可行性， 也會使得風力發電系統的功率較小。以上特徵使得風力發電機的磁阻矩不可能 太大，直接造成的結果就是發電機的輸出功率受到制約。

實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能在較低風速下啟動的風力 發電系統以及適合其使用的發電機。
為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案
一種風力發電系統，包括風輪和所述風輪驅動的發電機，所述發電機為如 下任意一項技術方案中所述的發電機。
該發電機包括底座、蓋板、電樞、主軸、檢測單元、控制模塊和電源；所 述電樞緊配合套在主軸上，所述底座和蓋板扣合形成一容置空間，所述電樞通 過主軸可轉動的設置於所述容置空間內，所述電樞還包括電動機繞組；所述檢 測單元用於檢測電樞的電角度信號，所述控制模塊根據所述電角度信號控制所
述電源給電動機繞組供電，使得電動機繞組具有電動機特徵，在發電機啟動初 期運轉從而幫助發電機啟動；所述檢測單元與控制模塊信號連接，所述控制模 塊與電源信號連接，所述電源與電動機繞組電連接。
優選的技術方案中，所述檢測單元為磁信號檢測單元，通過對磁信號的檢 測來獲取所述電角度信號。
進一步的，所述磁信號檢測單元包括霍爾元件和磁鋼環；所述霍爾元件位 於電樞一端的端面上，且所述霍爾元件與控制模塊信號連接；所述磁鋼環固定 設置在霍爾元件對應的底座或者蓋板的內壁上。
更進一步的，所述磁鋼環為三塊扇環形的磁鋼片南北極首尾相接成圓環狀 排列而成。
優選的技術方案中，所述的霍爾元件為線性霍爾元件。 進一步優選的技術方案中，所述的霍爾元件通過支架固定在所述主軸上。 進一步優選的技術方案中，所述的霍爾元件外圍設置了保護霍爾元件的保 護套。
具體的，所述電動機繞組有三組，每組電動機繞組間隔120度分布。
採用本實用新型技術方案的發電機及風力發電系統，與現有技術對比的有 益效果在於
由於在發電機的電樞上增設了電動機繞組，並且通過檢測單元檢測電樞的 電角度信號，並通過控制模塊來控制電源對電動機繞組的供電，使得發電機啟 動之始可通過電動機繞組構成電動機，協助發電機啟動。採用本技術方案發電 機的風力發電系統在發電機啟動初始階段，由於可以通過電動機繞組構成的電 動機驅動風輪轉動起來，就可以在較低的風速使得風力發電系統能夠啟動，而 不用通過傳統的減小磁阻矩的方式實現微風下啟動，因而能夠保證風力發電機 擁有較大的磁電轉換值，使得風力發電系統可具有較大的輸出功率。 由於檢測單元採用磁信號檢測單元，結構簡單實用，效果好。 由於磁信號檢測單元包括磁鋼環和霍爾元件，檢測精度高。 由於磁鋼環為三塊扇環形的磁鋼片南北極首尾相接成圓環狀排列而成，可 以通過一個霍爾元件採集三塊磁體的磁信號，實現了只需要一個霍爾元件來控 制電機三相繞組的上電順序，簡化了電機結構，同時也使控制電路更加簡單，
操作方便。
由於霍爾元件為線性霍爾元件，成本低廉、效果好。 由於霍爾元件通過支架固定在主軸上，結構簡單、固定方便。 由於位霍爾元件設置了保護套，有效的保護了霍爾元件。
由於電動機繞組有三組，且間隔120度分布，可以在原發電機的基礎上簡 單有效的構成電動機。


圖1是本實用新型具體實施方式
中的電樞繞組的原理示意圖2是本實用新型具體實施方式
中的電機的結構示意圖3是本實用新型具體實施方式
中的檢測單元的原理示意圖。
具體實施方式
本具體實施方式
提供的風力發電系統，其特點就在於，雖然該風力發電系 統所包括的發電機具有較大的磁阻矩，但是卻能夠在較低的風速下啟動；原因 就在於發電機做了一些改進。如圖1所示，該發電機的電樞不僅僅具有三組發 電機繞組1，而且還具有三組電動機繞組2。所述發電機繞組1相互間隔120度， 所述電動機繞組2位於每兩相發電機繞組1之間，因而電動機繞組2之間也相 互間隔120度。
增設電動機繞組2的目的就是與發電機原有部分共同構成電動機，在發電 機啟動之初使得電動機工作，而通過發電機的主軸帶動風輪開始旋轉，提供風 輪開始旋轉時所需要的能量，所以該風力發電系統就可以在較低的風速下啟動。
當然，僅僅在電樞上增加電動機繞組2還不夠，還需要給電動機繞組2供 電，使得電動機繞組2可以很好的發揮作用，為此本具體實施方式
的風力發電 系統的發電機還包括檢測單元、控制模塊和電源。所述檢測單元與控制模塊信 號連接，所述控制模塊與電源信號連接，所述電源與電動機繞組電連接。所述 檢測單元用於檢測電樞的電角度信號，並將檢測到的電角度信號傳輸給控制模 塊，所述控制模塊根據電角度信號控制電源對電動機繞組2供電。
本具體實施方式
的風力發電系統，其發電機包含的檢測單元為磁信號檢測
單元。如圖2所示，電樞包括鐵芯3以及繞於鐵芯3上的繞組4，所述繞組4包 括前述發電機繞組1和電動機繞組2。所述繞組4固定在所述鐵芯3上，而所述 鐵芯3則緊配合固定在主軸6上。主軸6通過兩個軸承5分別可轉動的支撐在 底座7和蓋板8上。所述底座7為一個一端封閉一端開口的圓筒形殼體，所述 蓋板8覆蓋於底座7的開口處，從而與底座7扣合而形成一個容置空間，所述 電樞即容納於所述容置空間內。蓋板8和底座7之間可以釆用螺絲固定。
所述磁信號檢測單元包括磁鋼環9和霍爾元件10。所述磁鋼環9設置在電 樞端面對應的底座1內壁。當然，磁鋼環9也可以設置在電樞另一端面對應的 蓋板8內側。而所述霍爾元件10設置在電樞端面，且對應所述磁鋼環9的位置。 需要使霍爾元件10與磁鋼環9保持一定合理間隙，太近可能會產生碰撞，太遠 則會降低霍爾元件10的靈敏度。本具體實施方式
中的霍爾元件10具體而言可 以採用線性霍爾原件。
下面詳述本具體實施方式
中的檢測單元。如圖3所示，檢測單元包括磁鋼 環9和霍爾元件10。本具體實施方式
中磁鋼環9設置在電樞端面相對的底座7 的內壁上，所述磁鋼環9由三塊扇環形磁鋼片11排列成圓環狀，且三塊磁鋼片 ll南北極首尾連接排列。霍爾元件10相應的設置在電樞上，且其位置與磁鋼環 9，並與磁鋼環9保持一定距離。霍爾元件10主要用於感應磁鋼環9的磁性度 比，並根據所述磁性度比輸出對應的電角度信號。具體實現時，所述霍爾元件 10也可通過圖3中所示的支架12而固定在主軸6上。出於避免誤差的考慮，應 該使得霍爾元件10儘可能靠近磁鋼環9。但是為了防止隨電樞轉動的霍爾元件 10與磁鋼環9發生碰撞而損壞，需要使得霍爾元件10與磁鋼環9保持一定安全 距離。此外，為了保護霍爾元件10還可在霍爾元件10外設置保護套。
由於三塊扇環形磁鋼片11南北極首尾連接排列成圓環狀。每塊磁鋼片11 的正中間幾乎沒有磁場，且其與相鄰磁鋼片ll連接處的磁力線相互抵消，也幾 乎沒有磁場；因此，當霍爾元件10靠近上述區域時，霍爾元件10的輸出信號 為0;而當每塊磁鋼片11的N極區域靠近霍爾元件10時，霍爾元件10的輸出 信號為1;相應的每塊磁鋼片11的S極區域靠近霍爾元件10時，霍爾元件10 的輸出信號為-1。具體實現時，本實施例的霍爾元件採用線性霍爾元件；若選
取o為計數參考信號，則每收到六個O信號為一個計數周期、若選取l或-l為
計數參考信號，則每收到三個l或-l信號為一個計數周期，該計數周期可任意
分為三組，每組對應一相繞組。控制模塊(圖中未示出)與霍爾元件io信號相
連，因此，控制模塊可根據所述輸出信號來判斷出每組電動機繞組2的相位， 並以此來控制電源向電動機繞組2供電。具體實現時，控制模塊通過電子開關 來控制電動機繞組的通斷電。本方案通過一個霍爾元件釆集三組磁體的磁信 號，實現了只需要一個霍爾元件來控制電機三相繞組的上電順序，簡化了電機 結構，同時也使控制模塊更加簡單，操作方便。
本具體實施方式
利用霍爾原件作為電角度傳感器，在三組NS對極的磁場中 感應磁場的變zfc然後通過控制模塊來控制電源分時段分別給三組電動機繞組2 供電，使得電動機繞組2與發電機其它部分構成電動機而工作，並通過主軸6 傳動風輪旋轉以幫助風力發電系統啟動。風力發電系統啟動完成之後，磁信號 檢測單元通過控制模塊切斷對電動機繞組的供電，風力發電系統可在較低風速 下保持正常運轉。
控制模塊的工作由單片機及相關軟體實施，屬於比較常用的技術，在此不 再詳述。本實用新型通過在電樞中加裝電動機繞組，由此組成同時具有發電機 和電動機功能的電樞。在發電機啟動初期，利用磁信號檢測單元檢測到的電角 度信號來控制電動機繞組中的電流通斷，以此實現電動機的功能，在發電機啟 動時刻起作用而協助發電機啟動，風輪轉起來後即停止電動機功能。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說 明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬 技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做 出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1、發電機，包括底座、蓋板、電樞和主軸；所述電樞緊配合套在主軸上，所述底座和蓋板扣合形成一容置空間，所述電樞通過主軸可轉動的設置於所述容置空間內，其特徵在於，所述發電機還包括檢測單元、控制模塊和電源，且所述電樞還包括電動機繞組；所述檢測單元用於檢測電樞的電角度信號，所述控制模塊根據所述電角度信號控制所述電源給電動機繞組供電，使得電動機繞組具有電動機特徵，在發電機啟動初期運轉從而幫助發電機啟動；所述檢測單元與控制模塊信號連接，所述控制模塊與電源信號連接，所述電源與電動機繞組電連接。
2、 如權利要求l所述的發電機，其特徵在於，所述檢測單元為磁信號檢測單元，通過對磁信號的檢測來獲取所述電角度信號。
3、 如權利要求2所述的發電機，其特徵在於，所述磁信號檢測單元包括霍爾元件和磁鋼環；所述霍爾元件位於電樞一端的端面上，且所述霍爾元件 與控制模塊信號連接；所述磁鋼環固定設置在霍爾元件對應的底座或者蓋板的 內壁上。
4、 如權利要求3所述的發電機，其特徵在於，所述磁鋼環為三塊扇環形的磁鋼片南北極首尾相接成圓環狀排列而成。
5、 如權利要求3所述的發電機，其特徵在於，所述的霍爾元件為線性霍爾元件。
6、 如權利要求3所述的發電機，其特徵在於，所述的霍爾元件通過支架固定在所述主軸上。
7、 如權利要求3所述的發電機，其特徵在於，所述的霍爾元件外圍設置了保護霍爾元件的保護套。
8、 如權利要求1所述的發電機，其特徵在於，所述電動機繞組有三組，每組電動機繞組間隔120度分布。
9、 風力發電系統，包括風輪和所述風輪驅動的發電機，其特徵在於，所述發電機為權利要求1至8中任意一項所述的發電機。
專利摘要本實用新型涉及一種發電機以及包含所述發電機的風力發電系統。該發電機包括底座、蓋板、電樞、主軸、檢測單元、控制模塊和電源；電樞緊配合套在主軸上，底座和蓋板扣合形成一容置空間，電樞通過主軸可轉動的設置於容置空間內；電樞包括電動機繞組；檢測單元用於檢測電樞的電角度信號，控制模塊根據電角度信號控制電源給電動機繞組供電；檢測單元與控制模塊信號連接，控制模塊與電源信號連接，電源與電動機繞組電連接。採用本實用新型技術方案的發電機，由於增設了電動機繞組，使得發電機啟動之始可通過電動機繞組構成電動機，協助發電機啟動。採用該發電機的風力發電系統在啟動初始階段，可在較低的風速下啟動，且可具有較大的輸出功率。
文檔編號H02K11/00GK201207609SQ200820093588
公開日2009年3月11日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者林其訪, 陳施宇 申請人:陳施宇;林其訪