[发明专利]无齿轮箱高速同步风力发电机

说明书

技术领域：

本发明利涉及可再生能源风力发电设备领域

技术背景：

当前大型风力发电设备主要绝大部分是采用水平轴高位布置，即由装在高处的风轮，(其 迎风平面是垂直于地面)，回转轴是水平布置，将风轮吸收的能量通过旋转轴传递给与其同轴 位置上的发电机，使其发电。主要有二种形式：一是带增速箱的，将风轮的低转速增加发电机 的高转速，由于风电机工况复杂变化较大，受力恶劣，齿轮箱往往损坏，据统计目前风机事故 中70％是由于齿轮箱及轴承造成的。因此，人们希望去掉增速箱：二是无齿轮箱直驱式风电机， 由风轮直接带动发电机发电，则要求发电机也是低转速的，发电机转速很低，则极数势必要多， 极数一多，其尺寸则大，据目前直驱风电机来看，如1500kw容量的发电机的外转子尺寸直径大 到4.2米以上，重量重达十几吨，这么大的直径尺寸与重量，不论运输或吊装都将是非常困难 的，发电机自身的加工制造困难也是很大的。有没有办法即去掉齿轮箱，又可采用高速的同步 发电机呢？本发明就是为此而为的。

风轮①是通过主轴②由前后支承③④经联合器⑤带动低转速高压油泵⑥转动产生高压油， 通到变速油马达⑧里，经联轴器⑩驱动发电机⑦转动发电，发电机与风轮可以同轴按装，也可 以分开按装的，刹车装置⑨是装在油泵后面，采用自身的高压油可以刹车，结构简单而紧凑。 当风轮轴速发生变化时，自动调速器动作，保持发电机转速不变，当风速达到切出风速时， 风速传感器发讯给则瞬间反转并立即刹车，风轮的动能消耗在油压的升高上，确保风 轮与发电机的安全无恙。系统冷却由冷却液压站承担。

专利内容：

1、本发明是没有增速箱的水平轴风力发电机，其特征在于：

a、风轮主轴与发电机之间断开的，也可以直接联结，发电机可选取最佳位置布置。

b、发电机只是通过主轴带动高压油泵工作，而发电机靠二台可变速的液压马达带动发电 的。

2、发电机采用普通的高速同步发电机，省去直驱风电机采用的永磁多极发电机的体积庞 大、重量很重乃至带来的加工，运输吊装的诸多困难。

3、油压刹车是装在低速轴上，采用油压松闸，失压失电时弹簧刹车的安全可靠措施。

4、变速马达其特征在于：

a、采用配流方式进行调速：

b、曲线环的调节是由伺服马达转动，伺服马达是由风速传感器经过信号处理器来指挥的， 用来保证发电机的转速恒定，而省去价昂的变频系统。

c、由于发电机的转速是恒定的，省去变频器，使成本大大降低。

5、变桨变距系统是采用液压系统，其特征在于：

a、三片桨叶由三个独立的液压伺服马达单独控制，受制风速传感器控发来的指令。

b、整个保护系统服从于控制系统，当发生过截、过压、超速，或风速过大的油压系统， 会自动失压。顺桨刹车，确保风电机的安全。

c、整个液压系统，包括桨时的控制，刹车、循环、冷却都通过液压站进行的。

6、高压油泵与变速马达采用软管联接，布置灵活。发电机可以在底座任何位置，也可装 在塔筒内。

7、整个液压系统省去绝大部分的电磁伐、溢流伐、节流伐……提高系统的效率。

8、本发明整个机舱可以分体吊装，因这设有同心轴的校正问题。因此可以在现场将各部 套分别吊到机舱内按桨，免除非用大型吊装设备不可的困难，也可采用自吊法。

图1本发明结构示意图

图2本发明结构另一种布置方式

图3调速器结构原理图

附图说明

三片风叶⑩装在轮毂①上，轮毂①与主轴②联接，由前支承⑨与后轴承④支承着，主轴通 过联轴器⑤带动无级调速器工作，其内高压油泵产生的高压油分别通向变速油马达⑧，由油马 达通过联轴器带动发电机发电。刹车装置在主轴②上，是采用失压弹簧刹车装置，有油压时将 弹簧⑨顶开，一旦失压，弹簧制动比较可靠。液压站⑩装在油泵后面，分段式油箱装在底座上。 发电机另一种布置方式如图2所示。当风速变化时，通过调速器使发电机转速始终不变，风速 大于切出风速(25m/s)时，调速器瞬时反向施制刹车，以保安全。

调速原理如图3所示，调速装置是由风速传感器到控制系统，再由控制器指令伺服马 达工作，达到调速目的。