專利名稱：一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電技術(shù)，特別是能夠適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置， 屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源與環(huán)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(fēng)能是前景潛力巨大的可再生能源之一。風(fēng)力發(fā)電裝置的主要部件有風(fēng)力機(jī)，齒輪 箱、發(fā)電機(jī)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制單元、塔架等，其中風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)是主要的能量轉(zhuǎn) 換部件。風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。由于風(fēng)能的特殊性， 風(fēng)力機(jī)一般速度在20-200r/min，發(fā)電機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其轉(zhuǎn)速為1000 1500r/min， 因此傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要在風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間設(shè)置升速齒輪箱，將風(fēng)力機(jī)軸的低速旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn) 變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)輸出，以便與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電裝置存在的主要問題如下 1.風(fēng)力機(jī)對風(fēng)速范圍有著較為嚴(yán)格的要求，一般為3 20m/s，當(dāng)風(fēng)速超過該范圍后，就需 要停機(jī)，因而浪費(fèi)了該風(fēng)速范圍外的風(fēng)能資源；2.通用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一旦出現(xiàn)故障后，需 要整機(jī)停車維修，維護(hù)難度大、成本高且影響發(fā)電；3.升速齒輪箱高速旋轉(zhuǎn)，增加了系統(tǒng)損 耗，降低了能量利用率，特別是大容量風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)昂貴，維護(hù)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷而提供一種可在2-60m/s的風(fēng)速范圍內(nèi)正常向 外輸送電能的適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置。本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法，它利用一垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述垂直軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，其特別之處是所述發(fā)電機(jī)設(shè)置數(shù)個(gè)，并設(shè)置一套電磁阻 尼機(jī)構(gòu)；所述風(fēng)力機(jī)利用一個(gè)中心大齒輪傳動(dòng)連接各發(fā)電機(jī)；所述風(fēng)力機(jī)的的風(fēng)向標(biāo)上設(shè) 有風(fēng)速傳感器，計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制電機(jī)的接入數(shù)量，風(fēng)速低，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量少，風(fēng) 速高，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量多，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)定風(fēng)速時(shí)，接入全部發(fā)電機(jī)；當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定風(fēng)速 時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)作，對中心大齒輪施加降速阻力。一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，它包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、塔架、固定在塔架 頂部的中心柱，其中風(fēng)力機(jī)包括葉片和旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)裝置為上、下兩段 結(jié)構(gòu)，上、下兩段結(jié)構(gòu)分別由連接桿斜撐桿與葉片連接，所述旋轉(zhuǎn)裝置下段結(jié)構(gòu)包括下旋轉(zhuǎn) 筒、下支座和中心大齒輪、下旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外，下旋轉(zhuǎn)筒和中心柱之間設(shè)有軸承，中 心大齒輪套裝在下旋轉(zhuǎn)筒外并與其周向固定，所述發(fā)電機(jī)設(shè)置3-8個(gè)，發(fā)電機(jī)分布在中心 大齒輪周邊，各發(fā)電機(jī)主軸上安裝增速小齒輪，中心大齒輪、增速小齒輪嚙合連接。上述適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，在所述中心大齒輪下部設(shè)置電磁阻尼機(jī) 構(gòu)，所述電磁阻尼機(jī)構(gòu)由電磁鐵和阻尼環(huán)組成，所述阻尼環(huán)固接在中心大齒輪底部，電磁鐵 設(shè)置多個(gè)，均布在阻尼環(huán)下方；所述電磁鐵端面和阻尼環(huán)端面之間的間距為1 5毫米。
上述適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置上段結(jié)構(gòu)包括上旋轉(zhuǎn)筒和支 撐上旋轉(zhuǎn)筒的上支座，上旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外，上旋轉(zhuǎn)筒和中心柱之間設(shè)有軸承。本發(fā)明針對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電裝置風(fēng)能利用范圍小、設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大、運(yùn)行成本高等問 題進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種可大幅度提高風(fēng)能利用范圍的風(fēng)力發(fā)電方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝 置，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明主要特點(diǎn)如下1.采用多部發(fā)電機(jī)聯(lián)用，避免了直驅(qū)電機(jī)出現(xiàn) 故障后，需要整機(jī)拆掉維修問題，當(dāng)設(shè)備機(jī)出現(xiàn)故障，只需要把故障部分更換掉，所以維護(hù) 簡單，維護(hù)成本低；2.在風(fēng)向標(biāo)上設(shè)置測定風(fēng)速傳感器，使在風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速后，由計(jì)算 機(jī)控制電機(jī)的接入數(shù)量，風(fēng)速高，接入發(fā)電的電機(jī)數(shù)量多，風(fēng)速低接入發(fā)電的電機(jī)數(shù)量少， 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)定的風(fēng)速時(shí)接入發(fā)電的電機(jī)數(shù)量最多，風(fēng)機(jī)輸出功率最大，當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定 的風(fēng)速時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)作，對中心大齒輪施加降速阻力，使風(fēng)機(jī)仍在使用 范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，因此在2-60m/s的風(fēng)速范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)都可以正常向外輸送電能，大大 增加了風(fēng)能利用范圍，加大了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用效率；3.風(fēng)力機(jī)與各發(fā)電機(jī)之間由齒輪開 齒傳動(dòng)，去掉了齒輪箱，降低了傳動(dòng)裝置的重量和故障率，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠性高，設(shè) 備造價(jià)和運(yùn)行成本低。


圖1是本發(fā)明裝置示意圖；圖2是圖IA部局部放大視圖。圖中標(biāo)號(hào)含義如下1.塔架；2.葉片；3.連接桿；4.斜撐桿；5.中心柱；6.風(fēng)速傳 感器；7.下旋轉(zhuǎn)筒；8.中心大齒輪；9.增速小齒輪；10.發(fā)電機(jī)；11.下支座；12.阻尼環(huán)； 13.電磁鐵；14.上旋轉(zhuǎn)筒；15.上支座。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電 機(jī)，發(fā)電機(jī)多個(gè)聯(lián)用，風(fēng)力機(jī)利用一個(gè)中心大齒輪通過安裝在各發(fā)電機(jī)主軸上的增速小齒 輪將增速后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到各發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，該傳動(dòng)方式無需齒輪箱增速，故 降低了傳動(dòng)裝置的重量和故障率，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明利用設(shè)置在風(fēng)向標(biāo)上的風(fēng)速傳感 器，將采集到的風(fēng)速信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制發(fā)電機(jī)的接入 數(shù)量，在風(fēng)速達(dá)不到切入要求時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出線路斷開，發(fā)電機(jī)不輸出電能，發(fā)電機(jī)沒有載 荷，發(fā)電機(jī)只有機(jī)械阻力，風(fēng)速達(dá)到發(fā)電機(jī)切入要求時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出線路接通，發(fā)電機(jī)輸出 電能，風(fēng)速低，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量少，風(fēng)速高，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量多，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)定風(fēng)速時(shí)，接 入全部發(fā)電機(jī)，此時(shí)發(fā)電量最大，當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定風(fēng)速時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng) 作，對中心大齒輪施加降速阻力，使風(fēng)機(jī)仍可在使用范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，因此在2-60m/s 的風(fēng)速范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)都可以正常向外輸送電能，大大增加了風(fēng)能利用范圍，提高了風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的利用效率。參看圖1、圖2，本發(fā)明裝置包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、塔架1和固定在塔架頂部的中心 柱5，位于中心柱上部的桁架處裝有風(fēng)速傳感器6。其中風(fēng)力機(jī)包括葉片2和旋轉(zhuǎn)裝置，旋 轉(zhuǎn)裝置為兩段結(jié)構(gòu)，由位于中心柱5上部的上段結(jié)構(gòu)和位于中心柱下部的下段結(jié)構(gòu)組成， 葉片經(jīng)連接桿3、斜撐桿4與上段結(jié)構(gòu)、下段結(jié)構(gòu)連接。該設(shè)計(jì)減少了旋轉(zhuǎn)裝置自身的重量，由于重量減輕，磨擦阻力減小，在降低自身能耗的同時(shí)，降低了機(jī)械部件的故障率。參看圖2，所述旋轉(zhuǎn)裝置下段結(jié)構(gòu)包括下旋轉(zhuǎn)筒7、下支座11和中心大齒輪8、下 旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外，下旋轉(zhuǎn)筒和中心柱之間設(shè)有軸承，中心大齒輪套裝在下旋轉(zhuǎn)筒外 并與其周向固定，發(fā)電機(jī)10設(shè)置3-8個(gè)，各發(fā)電機(jī)分布在中心大齒輪周邊，發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)裝置上段結(jié)構(gòu)包括上旋轉(zhuǎn)筒 14和支撐上旋轉(zhuǎn)筒的上支座15，上旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外，上旋轉(zhuǎn)筒上部和中心柱之設(shè)有 徑向軸承，上旋轉(zhuǎn)筒下部與上支座間設(shè)有推力軸承。由于采用多機(jī)聯(lián)用發(fā)電，若有個(gè)別發(fā)電 機(jī)出現(xiàn)故障，只拆卸維修故障發(fā)電機(jī)即可，整機(jī)工作不受影響，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行率。仍參看圖2，本發(fā)明裝置還設(shè)有電磁阻尼機(jī)構(gòu)，電磁阻尼機(jī)構(gòu)由電磁鐵13和阻尼 環(huán)12組成，所述阻尼環(huán)固接在中心大齒輪底部，電磁鐵位于下支座11上，電磁鐵設(shè)置多個(gè)， 它們均布在阻尼環(huán)下方；電磁鐵端面和阻尼環(huán)端面之間的間距為1 5毫米。電磁鐵的通、 斷電由計(jì)算機(jī)控制，風(fēng)速超過設(shè)定值時(shí)，電磁鐵通電時(shí)，經(jīng)阻尼環(huán)向中心大齒輪施加降速阻 力，以保持中心大齒輪正常轉(zhuǎn)速范圍。
權(quán)利要求
一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法，它利用一垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)設(shè)置數(shù)個(gè)，并設(shè)置一套電磁阻尼機(jī)構(gòu)；所述風(fēng)力機(jī)利用一個(gè)中心大齒輪傳動(dòng)連接各發(fā)電機(jī)；所述風(fēng)力機(jī)的的風(fēng)向標(biāo)上設(shè)有風(fēng)速傳感器，計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制電機(jī)的接入數(shù)量，風(fēng)速低，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量少，風(fēng)速高，接入發(fā)電機(jī)數(shù)量多，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)定風(fēng)速時(shí)，接入全部發(fā)電機(jī)；當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定風(fēng)速時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)作，對中心大齒輪施加降速阻力。
2.一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，它包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、塔架(1)、固定在塔 架頂部的中心柱(5)，其中風(fēng)力機(jī)包括葉片(2)和旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)裝置為 上、下兩段結(jié)構(gòu)，上、下兩段結(jié)構(gòu)分別由連接桿(3)斜撐桿(4)與葉片連接，所述旋轉(zhuǎn)裝置下 段結(jié)構(gòu)包括下旋轉(zhuǎn)筒(7)、下支座(11)和中心大齒輪(8)、下旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外，下旋 轉(zhuǎn)筒和中心柱之間設(shè)有軸承，中心大齒輪套裝在下旋轉(zhuǎn)筒外并與其周向固定，所述發(fā)電機(jī) (10)設(shè)置3-8個(gè)，發(fā)電機(jī)分布在中心大齒輪周邊，各發(fā)電機(jī)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(jù)權(quán)利要求2所述的適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在所述中心 大齒輪(8)下部設(shè)置電磁阻尼機(jī)構(gòu)，所述電磁阻尼機(jī)構(gòu)由電磁鐵(13)和阻尼環(huán)(12)組成， 所述阻尼環(huán)固接在中心大齒輪底部，電磁鐵設(shè)置多個(gè)，均布在阻尼環(huán)下方；所述電磁鐵端面 和阻尼環(huán)端面之間的間距為1 5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)裝 置上段結(jié)構(gòu)包括上旋轉(zhuǎn)筒(14)和支撐上旋轉(zhuǎn)筒的上支座(15)，上旋轉(zhuǎn)筒套裝在中心柱外， 上旋轉(zhuǎn)筒和中心柱之間設(shè)有軸承。
全文摘要
一種適于寬風(fēng)速范圍的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置，用于解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用范圍小的問題。技術(shù)方案是發(fā)電機(jī)設(shè)置數(shù)個(gè)，并設(shè)置一套電磁阻尼機(jī)構(gòu)；其中風(fēng)力機(jī)利用一個(gè)中心大齒輪傳動(dòng)連接各發(fā)電機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制電機(jī)的接入數(shù)量，當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定風(fēng)速時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)作，對中心大齒輪施加降速阻力。本發(fā)明主要特點(diǎn)如下采用多部發(fā)電機(jī)聯(lián)用，避免了直驅(qū)電機(jī)出現(xiàn)故障后，需要整機(jī)拆掉維修問題；由計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)速控制電機(jī)的接入數(shù)量，當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)定的風(fēng)速時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制電磁阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使風(fēng)機(jī)仍在使用范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，風(fēng)速利用范圍可達(dá)2-60m/s；風(fēng)力機(jī)與各發(fā)電機(jī)之間由齒輪開齒傳動(dòng)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行成本低。
文檔編號(hào)H02K7/116GK101956672SQ20101050319
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者張遠(yuǎn)林 申請人:張遠(yuǎn)林