[發明專利]磁懸浮混合風力發電系統

有效

• 申請號: 201810056781.4
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108087203B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 褚曉廣;蔡彬;孔英;衣學濤;李向東
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D80/00;F03D13/20;F03D3/06;H02N15/00;F03D7/00;F03D7/06;F03D7/04;H02J3/38;F03D1/00;F03D3/00
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1.一種磁懸浮混合風力發電系統，其特征包括機艙、發電機、機艙旋轉體、垂直軸旋轉體、垂直軸定子繞組、懸浮繞組、阻尼繞組、復合塔架、以及電氣控制單元，協同完成水平軸風力發電、水平軸機艙主被動偏航以及垂直軸風力發電；所述機艙前端設置風機槳葉，捕獲高緯度水平風能并驅動發電機發電，機艙上端設置風速風向測試儀；所述機艙旋轉體為圓盤形結構，上端為圓柱形機艙支撐，和機艙底部剛性聯接，下端為圓柱形懸浮約束軸，通過球形滾珠內嵌在機艙托撐內，限制機艙旋轉體懸浮俯仰；所述旋轉T型槽設置在機艙旋轉體的圓盤上端，為垂直軸旋轉體的旋轉軌道，限制機艙旋轉體俯仰；所述偏航鎖存為8個電磁繞組，分別設置在旋轉T型槽上側的內外圓環中，上電制動將機艙旋轉體和垂直軸旋轉體構成一體，驅動機艙懸浮偏航；所述阻尼繞組位于機艙旋轉體T型槽下端，調控垂直軸旋轉體的懸浮磁場和電磁轉矩；所述垂直軸旋轉體包括T型旋轉軌、垂直槳葉、變槳伺服伺服電機、以及垂直軸定子繞組，協同完成垂直軸風力發電以及水平軸機艙的主被動偏航；所述T型旋轉軌內嵌在機艙旋轉體T型槽內，嚴防垂直軸旋轉體傾覆和俯仰；所述垂直槳葉為低高度風能的捕獲單元，共有4個，為機艙懸浮被動偏航和垂直軸旋轉體懸浮驅動發電提供轉矩；所述變槳伺服伺服電機安裝在垂直槳葉上端，經變速齒輪與垂直槳葉旋轉軸機械耦合，改變垂直槳葉迎風面積，調控垂直軸風能捕獲；所述垂直軸定子繞組為機艙主動偏航和低高度風能捕獲繞組，在懸浮磁場輔助作用下驅動機艙主被動偏航和垂直軸風能捕獲。

2.根據權利要求1所述的磁懸浮混合風力發電系統，其特征是所述復合塔架包括機艙托撐和塔架底撐，支撐機艙旋轉體、垂直軸旋轉體以及機艙；所述機艙托撐為圓形凹槽，凹槽內直徑為機艙旋轉體外徑，凹槽底部設置圓環狀摩擦片，中心設置圓柱形凹槽，放置懸浮約束軸，限制機艙旋轉體偏航俯仰和軸向旋轉；所述懸浮繞組設置在機艙托撐下部、圓形環帶內，共有16個繞組，按照N/S順序排列，調控懸浮繞組電流改變垂直軸旋轉體的懸浮高度，實施水平軸機艙偏航和垂直軸發電；所述塔架底撐與機艙托撐剛性聯結，內部設置電氣控制單元，經電源線通道與發電機、垂直軸定子繞組、懸浮繞組以阻尼繞組相聯結，調控水平和垂直軸風能捕獲以及匯流饋網。

3.根據權利要求1所述的磁懸浮混合風力發電系統，其特征是所述電氣控制單元包括機側變流器、網側變流器、升壓變壓器、BUCK-BOOST變流器、垂直軸雙向變流器、H橋變流器、兩BUCK變流器以及DSP28035主控單元；所述機側變流器為可控PWM整流器，位于發電機后側，將發電機輸出的交流電整流，采用占空比調控實施高緯度風能最大捕獲；所述網側變流器為三相能量雙向可控變流器，占空比調控維持直流母線電壓恒定；所述BUCK-BOOST變流器為能量雙向流動的升降壓變壓器，BOOST升壓將垂直軸風力發電捕獲能量升壓并匯流至機側變流器直流母線，BUCK降壓將機側變流器母線降壓為垂直軸雙向變流器和H橋變流器提供能量；所述垂直軸雙向變流器為整流和逆變兩種模式變流器，逆變模式為垂直軸定子繞組提供三相交流電能，產生電磁轉矩驅動機艙偏航，整流模式將垂直軸定子繞組捕獲和轉化的交流整流，并經BUCK-BOOST升壓匯流至機側變流器直流母線；所述H橋變流器為懸浮繞組電流控制變流器，與懸浮繞組直流聯接，占空比和方向協同改變，實施垂直軸旋轉體懸浮高度調控；所述兩BUCK變流器包括BUCK變流器1和BUCK變流器2，BUCK變流器1和阻尼繞組相連，控制懸浮磁場密度和垂直軸風機捕獲功率，BUCK變流器1與伺服電機相連，調節垂直軸槳葉迎風面積，實施水平軸機艙懸浮下被動偏航和垂直軸風力發電的最大風能捕獲；DSP28035主控單元采集電流、電壓、風速風向、發電機轉速、垂直軸旋轉體轉速，對電氣控制單元內的變流器實施控制。