[发明专利]12MW双层水平反向旋转随动变角桨叶直驱同步风力发电机

说明书

技术领域：

先进、新型、绿色可再生能源，风力发电技术。

背景技术：

在我的《水平旋转随动变角浆叶直驱式永磁同步风力发电机组》风电技术的基础上进一步研究开发，自主创新，完全自主知识产权。

发明内容：

本人独立开发的新型机组，其主要特点为，将两台水平旋转随动变角浆叶风机分上、下两层安装在同一立轴上反向旋转，发电机的定、转子分别安装在上、下两层的风机主轴上。转子是釹铁硼永磁体构成的可调磁力间隙的多极磁场，定子线圈通过滑环和电刷与输出配电屏相连接，组成双层水平反向旋转随动变角浆叶直驱永磁同步风力发电机组。构思新颖且经实验反复考证，技术创新、实用、效率高、结构牢、重量轻、造价低、运行可靠，输出功率大，可达12MW以上。

一、风机；

1、在我研制6MW水平旋转随动变角浆叶直驱永磁同步风力发电机组风力发电机时就发现，虽然风机浆叶直径达九十多米，却只能有一半平面迎风，推动主轴旋转，而另一半为使风机能正常旋转而不得不调整为水平状态，以最大限度地减小风阻。如果能把主轴另一侧的风力也利用起来，将可成倍地提高风机的出力。于是，经多方推敲、实验，立轴、双层、水平旋转随动变角浆叶结构的风力发电机组的方案逐渐成熟。工作时，安装在垂直轴上，上下两层的浆叶同时被风力推动，旋转方向相反。在这里，水平分布的两层六片浆叶由专用工控计算机控制，经由直流电机，减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时每层均有一片浆叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴180°的另一片浆叶则调整为水平状态，立面迎风，对风的阻力很小。随着主轴的转动，每层六片浆叶的角度被不断随机调整，一直保持上述状态，即上、下两层浆叶在主轴的两侧始终有两片浆叶迎风，同时有两片浆叶为顺风状态，减小浆叶旋转的阻力，上、下两根风机主相对反向旋转的。在风机浆叶直径范围内捕捉风能，最大限度地把风能转化为两根风机主轴的旋转机械能，且立轴所承受的侧向推力趋零。由专用工控计算机控制，随风力大小、周波高低和负载大小，执行机构自动调整迎风侧浆叶的角度。当遇到风力达到10级以上等极端情况时，两层六片浆叶均调整至0度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。

2、为获得更多的能量，就要加大浆叶直径，由于用了大量的无缝钢管和钢绞线，使风机整体结构即庞大又轻巧，平视象两座钢索斜拉桥，鸟瞰则如双层蜘蛛网，整体为柔性连接，故结构牢，重量轻，耐疲劳，迎风有效面积大。两层浆叶要相对反向旋转，这在机械结构的设计、加工的精度和难度方面都有很大的困难，但经过多次的设计、实验、改进，再试验，已成功突破，经实验完全可以满足上述要求。

3、为了防止雷电破坏，立轴的顶端和两层六片浆叶支撑轴外端都设有放电尖端，既避雷针，经支撑轴、钢绞线、主轴联为一体，为避免雷电电流烧伤轴承，通过多套大面积的滑环和含铜炭刷与防雷接地网相连。

二、发电机：

1、发电机定、转子由上下两层风机主轴直接驱动，转子上镶嵌着由釹铁硼永磁体构成的多极发电机磁场，以适应风机主轴的低转速需要。当这个磁场随上层风机旋转时，切割随下层风机反向旋转的定子线圈，可使切割线速度倍增，减少电机磁对数，缩小发电机的体积，而产生的电能由上、下两层风机功率的叠加后转化，输出功率倍增。

2、为了调整上网电压和无功功率，与现有的各种永磁电机不同，特殊结构的釹铁硼永磁体多极磁极与定子铁心之间，磁力间隙可调整。

三、自动控制系统：

1、本风力发电机组的自动控制系统由双层水平反向平旋转随动变角浆叶计算机控制系统和若干可编程控制器及风向、风速传感器、定子线圈温度传感器、主轴转速传感器、输出电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、等诸多传感器、变送器和若干电动执行机构组成。控制双层水平反向旋转随动变角桨叶边推动主轴旋转边自行调整迎风、顺风角度。

2、为考虑到电网事故、故障、本机检修、自然灾害和在各种极端情况下都能泰然处置，保证以工控机为核心的控制系统不间断的正常工作，确保电动执行机构能准确无误地把浆叶调整到需要的位置，控制电源采用配置了带浮充电源的蓄电池的直流供电系统。

3、当遇到风力达到10级以上等极端情况时，双层六片浆叶自动调整迎风角度，直至调至0度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。

4、通过自动控制系统调整磁场间隙和调整迎风面浆叶角度，使周波、电压、无功功率与系统平衡，并获得最大输出的有功功率。