[发明专利]一种风力发电用高功率磁流体发电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及新能源电力领域，尤其是涉及作为用于将风能转化为电能的风力发电用高功率磁流体发电机系统。

背景技术

风能是一种洁净、可再生能源。随着传统化石能源的消耗和减少，使全球处于能源危机中，而且使用传统能源带来的污染，严重破坏了自然环境，造成温室效应，由此带来的一系列环境问题。风能在地球上有着丰富资源，其可再生、无污染。

现有风力发电机系统通常包括风叶、齿轮箱(变速箱)、发电机、偏航系统、液压系统、塔架、配电单元、控制系统等主要部件。

风叶用于风能捕获，其一般由玻璃钢材料浇注成型，有的风叶也采用木材制作。

齿轮箱，也叫变速箱，可以将很低的风轮转速变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500r/min)，同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。

现有风力发电机采用传统旋转发电机的结构，其把由风叶得到的转速，通过齿轮箱升速传递给发电机，通过发电机的机电能量转换过程把机械能转变为电能。

偏航系统用于控制风叶与风速之间的夹角，可以使风叶扫掠面积总是垂自于主风向。

液压系统是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等。

控制系统是风力发电机的神经中枢。现代风机是无人值守的，其根据风速、风向对发电机系统进行控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网，并监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机。

塔架是支承风叶、齿轮箱、发电机和尾舵的构架。它一般修建得比较高，以获得较大的和较均匀的风能。由于其对风叶、齿轮箱、发电机等起到支撑作用，因而需要有足够的强度。铁塔高度视地而障碍物对风速影响的情况，以及风轮的自径大小而定，一般在20~70m范围内。

由于空气流动方向不稳定，且风速变化剧烈，对传动齿轮造成很大冲击。据统计，齿轮箱的失效损坏是导致风力发电机停工的主要原因之一，且由于齿轮箱重量很重，更换维修耗时，导致成本巨大，给风电企业造成巨大经济损失。

由于风能的能量密度较小，需要很大的风叶以捕获较大的风能功率，而且，风力发电机自身的重量也相当大，在加上机舱重量，例如，一台600kW的风机机舱总重20多吨，1500kW的风机机舱总重50多吨，风叶轮30吨。为了捕获更大的风力能量，现有的风力发电机系统功率越来越大，导致风力发电机整机重量猛增，10MW的风机机舱总重可以预计超过100吨，而塔架的高度可达100m的高度，这样重的发电机系统无论制造、安装、运输、更换、维护都会造成很大的困难，建设、运营成本大，制约了风力发电机的朝向大功率方向的应用，阻碍了风能作为清洁、可再生新能源的利用。

发明内容

鉴于此，为了克服现有风力发电机系统功率容量受限、重量大、结构复杂、安装维护成本高的缺陷，本发明提出一种风力发电机用磁流体发电机系统。该发电机系统采用新型的磁流体发电机作为将风能转换为电能的核心部件，同时取消了笨重的齿轮箱结构，减轻了发电机系统的重量，极大的提高了整机的发电效率和运营可靠性，有利于将风力发电机功率提升到几十至百MW级，开发应用潜力巨大。

本发明提出的一种风力发电用磁流体发电机系统，包括风力叶轮、磁流体发电机。

所述磁流体发电机包括产生磁场的磁体、磁性导电流体、流体通道和控制系统。

所述磁流体发电机的磁场磁体可以是电磁体、永磁体、超导磁体中的至少一种。

所述磁流体发电机的磁性导电流体可以是液体金属，比如液体镓或镓的合金。

所述磁流体发电机的磁场磁体采用永磁体时，该磁体由磁块组合而成形成环状磁体。整个永磁体磁环的合成磁场方向为轴向；其中磁块的排列使得磁场沿轴向朝向磁流体发电通道的一侧磁场加强，而另一侧表面的磁场则弱于朝向磁流体发电通道侧的磁场。

附图说明

图1为现有风力发电机系统示意图。

图2为本发明风力发电用磁流体风力发电机系统示意图。

图3A为本发明风力发电用磁流体风力发电机轴向磁场环状磁体结构示意图。

图3B为本发明风力发电用磁流体风力发电机轴向磁场环状磁体结构平面展开示意图。期中的箭头表示该磁块的充磁方向。

图4A为本发明风力发电用磁流体风力发电机磁流体通道结构立体示意图。

图4B为本发明风力发电用磁流体发电机磁流体通道结构上视示意图。

具体实施方式