兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙級風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機，特別是其前端風(fēng)輪、后端風(fēng)輪與發(fā)電機的布置及其連接方式，以及兩級風(fēng)輪葉片獨特的變槳距調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電是世界上公認的最接近商業(yè)化、市場競爭最強的可再生能源技術(shù)之一，而應(yīng)用中的水平軸風(fēng)力發(fā)電機都只是在發(fā)電機一端布置風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機，且由于這些風(fēng)力發(fā)電機的切出風(fēng)速都不高，限制了風(fēng)速的可應(yīng)用范圍，在風(fēng)速經(jīng)常性會大于切出風(fēng)速的地區(qū)，影響設(shè)備長期穩(wěn)定地與公共電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。設(shè)計者本著提高風(fēng)力發(fā)電機的切出風(fēng)速即擴展風(fēng)速應(yīng)用范圍，增加風(fēng)能利用效率，并出于設(shè)備長期安全運行可靠性考慮，推出一種雙級風(fēng)輪的兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型提供了一種兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，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)電機切出風(fēng)速不高的問題；
[0004]為實現(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，包括前端風(fēng)輪、前端變槳距裝置、永磁同步發(fā)電機、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)電機和所述后端風(fēng)輪沿驅(qū)動風(fēng)輪的風(fēng)力方向依次排布。
[0005]上述所述永磁同步發(fā)電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或者外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或者盤式結(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；
[0006]優(yōu)選地，所述永磁同步發(fā)電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子(磁極)、外定子(繞組)結(jié)構(gòu)。
[0007]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風(fēng)輪軸固定于上述所述永磁同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸的前端；
[0008]優(yōu)選地，所述前端葉片的數(shù)量為2片；
[0009]優(yōu)選地，所述前端輪轂直接固定于所述永磁同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸的前端。
[0010]上述所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角通過上述所述前端變槳距裝置調(diào)節(jié)；
[0011]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O?118°，即根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述前端風(fēng)輪對上述所述永磁同步發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動力距、又能產(chǎn)生逆向阻力距。
[0012]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風(fēng)輪軸固定于上述所述永磁同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸的后端；
[0013]優(yōu)選地，所述后端葉片的數(shù)量為2片；
[0014]優(yōu)選地，所述后端葉片為對稱翼型；
[0015]優(yōu)選地，所述后端輪轂直接固定于所述永磁同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸的后端。
[0016]上述所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角通過上述所述后端變槳距裝置調(diào)節(jié)；
[0017]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O?118°，即根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角，所述后端風(fēng)輪對上述所述永磁同步發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)軸既能提供正向驅(qū)動力距、又能提供逆向阻力距。
【附圖說明】
[0018]圖1為兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機示意圖；
[0019]圖2為圖1的右視圖；
[0020]圖3為兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為應(yīng)用示意圖一；
[0022]圖5為應(yīng)用示意圖二；
[0023]圖6為應(yīng)用示意圖三。
【具體實施方式】
[0024]如圖1、圖2和圖3所示，兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機包括前端風(fēng)輪1、前端變槳距裝置、雙軸伸永磁同步發(fā)電機2、后端風(fēng)輪3、后端變槳距裝置、電機艙5、塔架6等等；所述前端風(fēng)輪I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2和后端風(fēng)輪3沿驅(qū)動風(fēng)輪的風(fēng)力方向依次排布。
[0025]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，其前端風(fēng)輪1、后端風(fēng)輪3通過前端變槳距裝置、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。
[0026]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，其前端輪轂12、后端輪轂32分別直接固定于發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4的如端和后端。
[0027]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，其日常運行模式是:前端葉片11的槳距角O?90°范圍保持一個相對固定值，通過后端變槳距裝置自動調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，控制發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，保證雙軸伸永磁同步發(fā)電機2正常運轉(zhuǎn)。
[0028]上述日常運行模式的具體操作是:當風(fēng)速大于等于切入風(fēng)速、且接近或者小于25m/s時，在設(shè)備以常規(guī)方式正常啟動后，前端葉片11的槳距角在O?90° (即提供正向驅(qū)動力距的位置)范圍保持相對固定，只是在O?90°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，就能夠控制發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時，前端風(fēng)輪I和后端風(fēng)輪3共同相向直接正向驅(qū)動雙軸伸永磁同步發(fā)電機2按其額定功率正常工作；
[0029]當風(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，前端葉片11的槳距角進行對應(yīng)適度調(diào)整后保持相對固定，此時，只是通過后端變槳距裝置在O?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)電機旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時，兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機選擇通過后端變槳距裝置在90?118°范圍調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角，通過產(chǎn)生逆向阻力距的方式，控制發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，此時，前端風(fēng)輪I提供正向驅(qū)動力距、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2按其額定功率正常工作。
[0030]上述日常運行模式中前端葉片11的槳距角保持一個相對固定值，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)；二是讓控制模式簡單化。
[0031]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，在設(shè)備運行過程中，當后端變槳距裝置出現(xiàn)突發(fā)性故障而無法調(diào)節(jié)后端葉片31的槳距角時，可選擇啟用備選安全運行模式，此時，后端葉片31的槳距角(故障時所處位置一般應(yīng)在O?90°之間)保持固定，通過前端變槳距裝置自動調(diào)節(jié)前端葉片11的槳距角，控制發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速大小，保證雙軸伸永磁同步發(fā)電機2正常運轉(zhuǎn)。具體操作方法參照上述日常運行模式。
[0032]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，通過上述所述獨特的變槳距調(diào)節(jié)方法，成功實現(xiàn)提高風(fēng)力發(fā)電機的切出風(fēng)速即擴展風(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，出于對設(shè)備、特別是對風(fēng)輪葉片保護考慮，切出風(fēng)速設(shè)定為安全風(fēng)速的75%或者更低。
[0033]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，通過上述所述日常運行模式和備選安全運行模式，提高了風(fēng)力發(fā)電機的可靠性，可確保設(shè)備長期穩(wěn)定地供電，直到用電低峰時或者設(shè)備大修期間安排進行檢修。
[0034]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，除了常規(guī)停機模式外，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)選對稱翼型)槳距角，通過后端風(fēng)輪3對發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4提供適度大小的逆向阻力距，實現(xiàn)氣動減速停機，減少機械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。
[0035]兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，其發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸4使用空心軸的目的，一是為減輕機組的重量，二是為方便電纜走線；通過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)部供電和控制信號傳達問題。
[0036]由于雙級風(fēng)輪機組風(fēng)能利用率通常高于單級風(fēng)輪機組，在相同功率下，雙級風(fēng)輪機組所用葉片較短、單支葉片重量較輕，加之一級風(fēng)輪和二級風(fēng)輪都采用兩支葉片，這樣可減輕因增加一級風(fēng)輪后而給機組增加的重量。
[0037]如圖4、圖5和圖6所示(其中I為前端風(fēng)輪，2為雙軸伸永磁同步發(fā)電機，3為后端風(fēng)輪，4為發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸，7為聯(lián)軸器，8為變速齒輪箱，9為鼠籠型異步發(fā)電機或者雙饋異步發(fā)電機)，上述所述變槳距調(diào)節(jié)方式，適合于所有兩級風(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。
[0038]以上所述，僅是本實用新型的一些較佳優(yōu)選方式而已，并非對本實用新型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)容做出些許簡單修改、等同變化或者裝飾，均落在本實用新型保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，包括前端風(fēng)輪、前端變槳距裝置、永磁同步發(fā)電機、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)電機和所述后端風(fēng)輪沿驅(qū)動風(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，其特征在于，所述永磁同步發(fā)電機，其旋轉(zhuǎn)軸為中空結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)軸貫穿所述永磁同步發(fā)電機并兩端都向外伸出。
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，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風(fēng)輪軸固定于所述永磁同步發(fā)電機旋轉(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，其特征在于，所述前端風(fēng)輪的葉片槳距角通過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°。
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，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風(fēng)輪軸固定于所述永磁同步發(fā)電機旋轉(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，其特征在于，所述后端風(fēng)輪的葉片槳距角通過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°。
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩端直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，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、后端風(fēng)輪和后端變槳距裝置，其前端風(fēng)輪、后端風(fēng)輪的輪轂分別直接固定于發(fā)電機旋轉(zhuǎn)軸的兩端；由于采取了雙級風(fēng)輪同軸直驅(qū)方式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、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，其采用的變槳距調(diào)節(jié)方式，即通過讓一個風(fēng)輪提供正向驅(qū)動力距，另一個風(fēng)輪產(chǎn)生逆向阻力距的方式，大幅提高了風(fēng)力發(fā)電機的切出風(fēng)速；由此產(chǎn)生的運行控制模式還進一步提高了設(shè)備的可靠性；所述的變槳距調(diào)節(jié)方式，適合于所有兩級風(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。
【IPC分類】F03D7-04, F03D1-02, F03D9-00
【公開號】CN204419449
【申請?zhí)枴緾N201520005060
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】徐文章
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月6日