[發(fā)明專利]一種基于磁流變離合器的級聯(lián)式風(fēng)力發(fā)電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110541888.X
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113193698B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代俊;朱泰榮;李佳奇;高煒程;廖運來;劉瑩;唐彬;邵瑞文;董偉康
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K7/108;H02K5/173;H02K5/04;H02K16/00;F03D9/25;F03D7/00
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本發(fā)明公開了一種磁流變級聯(lián)式發(fā)電機，屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。主要由一級發(fā)電機、二級發(fā)電機、磁流變離合器三部分組成。渦輪(21)在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動，帶動旋轉(zhuǎn)軸(20)轉(zhuǎn)動，一級發(fā)電機產(chǎn)生電能輸出，對線圈(4)施加控制電流，磁流變離合器開始工作，對旋轉(zhuǎn)軸(20)產(chǎn)生阻尼力矩，內(nèi)筒(3)同時受傳遞力矩開始旋轉(zhuǎn)，二級發(fā)電機產(chǎn)生電能輸出。本發(fā)明專利能夠在相同轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生更高的電能輸出，提高風(fēng)力渦輪發(fā)電機能量轉(zhuǎn)化效率；并且通過磁流變液產(chǎn)生可控的阻尼力矩，對發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于磁流變離合器的級聯(lián)式風(fēng)力發(fā)電機，具體涉及一種基于磁流變離合器的級聯(lián)式風(fēng)力發(fā)電機的原理及其設(shè)計方法，屬于風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁流變液是一種智能材料。磁流變液由載液及懸浮在載液中的磁性顆粒組成。在外加磁場的作用下，磁流變液會在毫秒內(nèi)從液態(tài)可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)。磁流變液響應(yīng)迅速，控制過程來回可調(diào)，基于磁流變液設(shè)計的離合器結(jié)構(gòu)簡單，摩擦磨損小，可實現(xiàn)過載保護，克服了傳統(tǒng)離合器的弊端，是新型的傳動構(gòu)件，其在無級調(diào)速的應(yīng)用已經(jīng)得到國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。

風(fēng)力發(fā)電機采用風(fēng)能作為驅(qū)動能源。在風(fēng)力發(fā)電機的工作過程中，風(fēng)速的變化范圍很寬，研究表明，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速呈線性變化，當(dāng)風(fēng)速達到400m/s時，渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將會達到20000r/min以上，致使風(fēng)力發(fā)電機的軸承、轉(zhuǎn)子等磨損失效。同時發(fā)電機的輸出電壓隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的升高而增大，致使風(fēng)力發(fā)電機電子線路的電子元件被擊穿或燒壞。在實際使用中，必須要控制風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不能超過規(guī)定值。同時，轉(zhuǎn)速不能超過規(guī)定值也制約了風(fēng)力發(fā)電機的輸出電能。

目前控制風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速的方法大致有三種：一是通過氣動力學(xué)理論設(shè)計合理的內(nèi)流場，減小渦輪的驅(qū)動力矩；二是通過機械摩擦或機械裝置限制渦輪轉(zhuǎn)速的升高；三是提高轉(zhuǎn)子的阻力矩。第一種方法需要設(shè)計復(fù)雜的流道，很難實現(xiàn)大效率的轉(zhuǎn)速控制；第二種方法需要比較大的轉(zhuǎn)速控制裝置；第三種方法的實現(xiàn)方式有很多種。經(jīng)過研究分析，設(shè)計一種新型的基于磁流變離合器的級聯(lián)式風(fēng)力發(fā)電機，使其通過磁流變離合器控制上下級發(fā)電機，在對轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速精確高效控制的同時實現(xiàn)多級發(fā)電，產(chǎn)生更高功率的電能輸出。

通過專利檢索，存在以下已知的技術(shù)方案：申請?zhí)枺篊N201420403483.5，申請日：2014.07.21，公開公告日：2014.12.03，本實用新型涉及一種多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組，其解決了現(xiàn)有雙饋發(fā)電機在低風(fēng)速下效率較低的技術(shù)問題，其包括無刷雙饋發(fā)電機、第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)，無刷雙饋發(fā)電機的定子繞組包括相互獨立極數(shù)不同的第一套定子繞組和第二套定子繞組；第一套定子繞組連接有角接開關(guān)和星接開關(guān)；第二套定子繞組的連接有角接開關(guān)和星接開關(guān)。本實用新型可用于風(fēng)力發(fā)電。

上述專利解決現(xiàn)有雙饋發(fā)電機在低風(fēng)速下發(fā)電效率較低的技術(shù)問題，提供一種發(fā)電效率高的多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組，采用單軸發(fā)電機，暫時不能實現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的精確控制。由于其使用雙向變頻器，成本較高，控制方法復(fù)雜。

通過專利檢索，存在以下已知的技術(shù)方案：申請?zhí)枺篊N202010878061.3，申請日：2020.08.27，公開公告日：2020.12.04，本發(fā)明涉及渦輪發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機，包括調(diào)節(jié)固定裝置、集風(fēng)錐形筒、輔助扇葉和主驅(qū)動裝置和防護機構(gòu)。主驅(qū)動裝置安裝在調(diào)節(jié)固定裝置的內(nèi)部，集風(fēng)錐形筒安裝在調(diào)節(jié)固定裝置的一端，輔助扇葉轉(zhuǎn)動安裝在主驅(qū)動裝置上，且所述輔助扇葉位于主驅(qū)動裝置遠離集風(fēng)錐形筒的一端，主驅(qū)動裝置包括傳動齒輪、限位安裝軸、渦輪葉片、固定連接環(huán)、安裝環(huán)、傳動桿、內(nèi)傳動齒輪和驅(qū)動齒輪。本發(fā)明使用過程中可以確保在風(fēng)速較小時仍然可以進行正常的工作，并且渦輪葉片轉(zhuǎn)動后自身在第一導(dǎo)風(fēng)板和第二導(dǎo)風(fēng)板導(dǎo)流作用下可以形成渦流，從而渦輪葉片轉(zhuǎn)動的速度越來越快，也使得在風(fēng)速較小時渦輪葉片可以高速的旋轉(zhuǎn)。