[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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種磁懸浮混合風力發電系統，將水平軸風力發電和垂直軸風力發電納為一體，全方位捕獲風能。采用磁懸浮驅動技術，完成機艙懸浮下偏航對風和垂直軸旋轉體懸浮下風能捕獲。風向改變促使垂直軸旋轉體在H橋變流器作用下懸浮機艙，調節垂直軸槳葉迎風面積和垂直軸定子繞組電流，實現機艙主被動偏航對風；偏航結束后，機艙和機艙旋轉體在懸浮電流控制下，柔性無沖擊降落至復合塔架，垂直軸旋轉體在小懸浮氣隙下風能捕獲，采用阻尼繞組電流調控、垂直軸槳葉迎風調控以及垂直軸定子繞組電流控制，協同實現垂直軸風能最大捕獲。本發明的真正實用化將極大提升風能利用率，拓寬了風能利用空間，降低偏航功耗和設備維護費用。

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮混合風力發電系統，是一種含水平軸風力發電和垂直軸風力發電協同一體的混合發電系統，尤其是垂直軸風力發電兼具水平軸風力發電的機艙懸浮偏航功能，極大降低了機艙偏航功耗，非常適合大中型風機發電系統。

背景技術

風力發電是一種嚴格無污染能源形式，利用價值高，已成為世界各國能源戰略的重心。風機偏航系統是水平軸風電機組的關鍵組件，驅動風機槳葉始終迎風捕獲最大風能。目前，風機偏航系統采用多電機多齒輪耦合技術，傳動比甚至高達10000以上，結構復雜、故障率高，尤其是較大的摩擦損耗使得風機偏航功耗較大，嚴重影響有效風機捕獲功率。發明專利200910161406.7和201410143297.7披露了一種磁懸浮偏航裝置，采用磁懸浮驅動技術在風向改變時懸浮機艙，風機偏航在機艙懸浮下進行，極大降低了機艙重力所致的摩擦轉矩，提升了風能利用率。但大中型風電機組槳葉工作在80米高的塔架上，風速風向相對穩定，機艙偏航迎風占風電機組總運行時間不到30％，磁懸浮偏航裝置大約70％的時間運行在閑置狀態；另外，風機槳葉僅能捕獲塔架上端風能，增大風機槳葉雖能夠提升捕獲空間，但過大的風機槳葉極易導致上下風速的差異，引發機艙傾覆力矩的增大，嚴重影響風力發電機組穩定，為此風機塔架下端較大范圍內風能無法有效捕獲。

發明內容

本發明的技術任務克服現有技術的不足，提供一種將垂直軸風力發電和水平軸風力發電納為一體的磁懸浮混合風力發電系統，提升風能捕獲空間和偏航裝置利用率。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種磁懸浮混合風力發電系統，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；機艙前端設置風機槳葉，捕獲高緯度水平方向風能并驅動發電機發電，機艙上端設置風速風向測試儀；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；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；設置了8個電磁繞組進行偏航鎖存，分別安裝在旋轉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；設置阻尼繞組調控垂直軸旋轉體的懸浮磁場和電磁轉矩；垂直軸旋轉體包括T型旋轉軌、垂直軸槳葉、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；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；垂直軸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下旋轉發電提供驅動轉矩；為垂直軸風機槳葉設置4個伺服電機，并安裝在垂直軸槳葉上端，經變速齒輪與垂直軸槳葉旋轉軸耦合，動態調整垂直軸槳葉迎風面積；垂直軸定子繞組為機艙主動偏航驅動和低高度風能捕獲的發電繞組，在懸浮磁場輔助作用下，垂直軸定子繞組通電，產生電磁轉矩驅動機艙主動偏航，偏航結束垂直軸旋轉體懸浮降落至小懸浮氣隙，在垂直軸槳葉驅動下，垂直軸定子繞組旋轉完成捕獲風能到電能的轉化。