CN201173168Y - 直驱式风力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种直驱式风力发电机，包括轮毂、桨叶、永磁直驱发电机、主控制箱、风轮控制箱，永磁直驱发电机转子主轴的一端通过轮毂与桨叶连接，另一端通过联轴器连接他励式同步发电机与励磁机的主轴，或外转子直流发电机主轴，或直流发电机主轴，励磁机或直流发电机的输出端通过电缆与风轮控制箱连接，电缆设置在主轴的通孔中，主控制箱上装有电磁波发射器，电磁波接收器安装在轮毂上，风轮控制信号是通过电磁波发射器和电磁波接收器实现非接触数据传输。本实用新型是通过改进风轮控制动力电源和控制信号的传输方式，从而取消现有技术中的导电滑环，由于动力电源和控制信号不再经由导电滑环转输，从而大大减少了风轮控制系统失效和发生安全事故的概率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直驱式风力发电机。
背景技术
风力发电机的风轮控制系统是由桨叶、轮毂、动力电源传输电缆、滑环、备用电源、风轮控制箱等构成。在风力发电装置中，现有的控制策略是：在额定风速以下，风轮按优化桨距角定桨距运行，通过变流器来调节负载进而控制转速，达到追踪最佳功率曲线和捕获最大风能的目的；在额定风速以上，风轮控制系统则对桨叶进行调整，由风轮控制系统通过调节桨距角或定桨距失速装置来改变风能系数，从而改变风轮叶尖速比，控制风电机组的转速和功率，防止风电机组超出转速极限和功率极限运行而可能造成的事故。
现有直驱式风力发电机的风轮控制系统的动力电源和控制信号是通过导电滑环与外部相连接，导电滑环是动静传输过程中的一个中转部件，它利用导电部件的滑动接触，从外部向转动的风轮控制装置传递电信号和电能。因接触材料与旋转机构长时间的机械接触，可导致绝缘电阻、接触电阻、介质强度和串扰等电性能指标发生变异，最终将导致功能失效，导电滑环使用寿命和可靠性偏低已成为风轮控制系统中的最主要故障。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种能大大减少风轮控制系统失效及发生安全事故的直驱式风力发电机。
本实用新型的直驱式风力发电机，包括轮毂、桨叶、轴承、永磁直驱发电机、主轴、制动盘、主控制箱、制动器、风轮控制箱，其中轮毂、桨叶及风轮控制箱构成风力发电机的风轮，永磁直驱发电机转子主轴的一端通过轮毂与桨叶连接，另一端与制动盘固定，并通过联轴器连接他励式同步发电机与励磁机的主轴，或外转子直流发电机主轴，或直流发电机主轴；驱动桨叶的动力电源由励磁机或直流发电机供应，励磁机或直流发电机的输出端通过电缆与风轮控制箱连接，电缆设置在主轴的通孔中，主控制箱上装有电磁波发射器，电磁波接收器安装在轮毂上，风轮控制信号是通过电磁波发射器和电磁波接收器实现非接触数据传输。
本实用新型的直驱式风力发电机是通过改进风轮控制动力电源和控制信号的传输方式，从而取消现有技术中的导电滑环，风轮动力电源是由与永磁直驱发电机主轴同轴的直流发电机或励磁机供应，而控制信号通过无线传输的方法对风轮的浆叶进行控制。由于动力电源和控制信号不再经由导电滑环转输，从而大大减少了风轮控制系统(变桨距装置或定桨距失速控制机构)失效和发生安全事故的概率。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型实施例结构示意图；
图3为本实用新型实施例结构示意图；
图4为本实用新型实施例结构示意图。
具体实施方式
实施例1(如图1)：一种直驱式风力发电机，包括轮毂1、桨叶2、轴承3、永磁直驱发电机4、主轴5、制动盘6、主控制箱10、制动器12、风轮控制箱14，永磁直驱发电机4的转子主轴5的一端通过轮毂1与桨叶2连接，另一端与制动盘6固定，并通过联轴器与他励式同步发电机7的转子主轴相连，他励式同步发电机7的励磁机8为直流发电机，励磁机8与他励式同步发电机7同轴，励磁机8的输出端通过电缆15分别与他励式同步发电机7的转子绕组及风轮控制箱14连接，电缆15安装在他励式同步发电机7转子主轴及永磁直驱发电机主轴5的通孔16中，励磁机8为他励式同步发电机7提供励磁电流，为风轮控制系统提供动力电源，主控制箱10上装有电磁波发射器9，电磁波接收器13安装在轮毂1上，永磁直驱发电机4、制动器11、他励式同步发电机7固定在塔筒10的机座上。
其工作原理是：桨叶2启动前，当测风速装置在一段时间内测得的平均风速大于切入风速时，制动器11松开，采用变桨距装置的将风轮的桨叶2攻角开到最大，采用定桨距失速控制装置的则使桨叶2收回叶尖阻尼板，使桨叶2处于迎风方向。当桨叶2克服静摩擦力启动后，桨叶2带动永磁直驱发电机4和他励式同步发电机7运转，根据转速，主控制箱10发出指令调节他励式同步发电机7的励磁电流，当他励式同步发电机7的输出功率接近其额定功率时，给永磁直驱发电机4加上负载，同时，减小他励式同步发电机7的励磁电流。与他励式同步发电机7转子同轴的励磁机8除给他励式同步发电机7提供励磁电流外，还通过电缆向风轮控制系统提供动力电源。
当风速在额定范围内变化时，风轮控制系统将始终不动作，其转速的控制是通过调整他励式同步发电机7的励磁电流和控制输出电流来实现的；当风速超出额定范围时，对风轮进行控制，逐渐减小桨叶攻角或使叶尖阻尼板动作，直到风速达到切出风速，风轮进入保护状态。
风轮控制信号是通过安装在主控制箱10上的电磁波发射器9和安装在轮毂1上的电磁波接收器13实现非接触数据传输，再经风轮控制箱12对桨叶调节装置发出控制指令，从而改变桨叶的工作状态。
实施例2(如图2、3)：一种直驱式风力发电机包括轮毂1、桨叶2、轴承3、永磁直驱发电机4、主轴5、制动盘6、主控制箱10、制动器12、风轮控制箱14，永磁直驱发电机4转子主轴5的一端通过轮毂1与桨叶2连接，另一端与制动盘6固定，并通过联轴器与外转子直流发电机的内转子17主轴相连，外转子直流发电机的外转子18与副风轮21相连，或通过皮带与变频调速电动机20相连，外转子18通过轴承19固定在外转子直流发电机的内转子17主轴上，外转子直流发电机的外转子18上设有永磁体，内转子17上绕组的输出端通过电缆15与风轮控制箱14连接，电缆15安装在外转子直流发电机的内转子17主轴及永磁直驱发电机主轴5的通孔16中，为风轮控制系统提供动力电源，主控制箱10上装有电磁波发射器9，电磁波接收器13安装在轮毂1上，永磁直驱发电机4、制动器12及变频调速电动机20固定在塔筒11的机座上。
其工作原理是：当平均风速大于切入风速时，松开制动器12，由电网供电使变频调速电动机20启动，带动外转子直流发电机的外转子18旋转，或由副风轮21带动外转子直流发电机的外转子18旋转，向风轮控制系统供电。采用变桨距装置的将风轮的桨叶攻角开到最大，采用定桨距失速控制装置的则使桨叶收回叶尖阻尼板，风轮处于迎风方向，风轮转动后，外转子直流发电机的内转子17与外转子18之间形成相对旋转运动，主控制箱10发出指令使变频调速电动机20相应地减速，永磁直驱发电机4工作时，主控制箱10根据速度控制器的指令调节发电机的负载。当风速超出额定范围时，对风轮进行控制，逐渐减小桨叶攻角或使叶尖阻尼板动作，直到风速达到切出风速，风轮进入保护状态。
风轮控制信号的传输方式与实施1中所述的相同。
实施例3(如图4)：一种直驱式风力发电机包括轮毂1、桨叶2、轴承3、永磁直驱发电机4、主轴5、制动盘6、主控制箱10、制动器12、风轮控制箱14，永磁直驱发电机4转子主轴5的一端通过轮毂1与桨叶2连接，另一端与制动盘6固定，并通过联轴器与直流发电机的转子23主轴相连，直流发电机的定子22的绕组的输出端通过电缆15与风轮控制箱14连接，电缆15安装在直流发电机的转子23主轴及永磁直驱发电机主轴5的通孔16中，为风轮控制系统提供动力电源，主控制箱10上装有电磁波发射器9，电磁波接收器13安装在轮毂1上，永磁直驱发电机4、直流发电机的定子22及制动器12固定在塔筒11的机座上。
其工作原理是：当风轮转动后，直流发电机转子23开始工作并向风轮控制系统供电。永磁同步发电机工作时，主控制箱9内的变流器根据速度控制器的指令调节发电机的负载，风速在额定范围内变化时，风轮控制系统始终不动作。当风速超出额定范围时，采用变桨距装置的将使桨叶攻角将逐渐减小；采用定桨距失速控制机构的使叶尖阻尼板动作逐渐转成90°，直到风速达到切出风速，风轮进入保护状态。
风轮控制信号的传输方式与实施1中所述的相同。
Claims (3)
1、一种直驱式风力发电机，包括轮毂(1)、桨叶(2)、轴承(3)、永磁直驱发电机(4)、主轴(5)、制动盘(6)、主控制箱(10)、制动器(12)、风轮控制箱(14)，其特征在于：永磁直驱发电机(4)的转子主轴(5)的一端通过轮毂(1)与桨叶(2)连接，另一端与制动盘(6)固定，并通过联轴器与他励式同步发电机(7)的转子主轴相连，他励式同步发电机(7)的励磁机(8)为直流发电机，励磁机(8)与他励式同步发电机(7)同轴，励磁机(8)的输出端通过电缆(15)分别与他励式同步发电机(7)的转子绕组及风轮控制箱(14)连接，电缆(15)安装在他励式同步发电机(7)转子主轴及永磁直驱发电机主轴(5)的通孔(16)中，主控制箱(10)上装有电磁波发射器(9)，电磁波接收器(13)安装在轮毂(1)上。
2、一种直驱式风力发电机，包括轮毂(1)、桨叶(2)、轴承(3)、永磁直驱发电机(4)、主轴(5)、制动盘(6)、主控制箱(10)、制动器(12)、风轮控制箱(14)，其特征在于：永磁直驱发电机(4)的转子主轴(5)的一端通过轮毂(1)与桨叶(2)连接，另一端与制动盘(6)固定，并通过联轴器与外转子直流发电机的内转子(17)主轴相连，外转子直流发电机的外转子(18)与副风轮(21)相连，或通过皮带与变频调速电动机(20)相连，外转子(18)通过轴承(19)固定在外转子直流发电机的内转子(17)主轴上，外转子直流发电机的外转子(18)上设有永磁体，内转子(17)上绕组的输出端通过电缆(15)与风轮控制箱(14)连接，电缆(15)安装在外转子直流发电机的内转子(17)主轴及永磁直驱发电机主轴(5)的通孔(16)中，主控制箱(10)上装有电磁波发射器(9)，电磁波接收器(13)安装在轮毂(1)上。
3、一种直驱式风力发电机，包括轮毂(1)、桨叶(2)、轴承(3)、永磁直驱发电机(4)、主轴(5)、制动盘(6)、主控制箱(10)、制动器(12)、风轮控制箱(14)，其特征在于：永磁直驱发电机(4)的转子主轴(5)的一端通过轮毂(1)与桨叶(2)连接，另一端与制动盘(6)固定，并通过联轴器与直流发电机的转子(23)主轴相连，直流发电机的定子(22)的绕组的输出端通过电缆(15)与风轮控制箱(14)连接，电缆(15)安装在直流发电机的转子(23)主轴及永磁直驱发电机主轴(5)的通孔(16)中，主控制箱(10)上装有电磁波发射器(9)，电磁波接收器(13)安装在轮毂(1)上。
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