[发明专利]大型风力发电机组的可调速轮毂装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种轮毂装置，特别是一种大型风力发电机组的轮毂装置。 

背景技术

对于现在的风力发电机组，由于风速不稳定，风速过低不易利用，风速过高机组本身容易受到损伤。在很多情况下，无论风速如何变化，风力发电机组都要求风轮机转速保持恒定或不超过某一限定范围,为此采用了调速或限速装置。当风速过高时，这些装置还用来限制功率,并减小作用在叶片上的力。 

目前，调速或限速装置有各种各样的类型，但从原理上来看大致有三类:一类是使风轮机偏离主风向,另一类是利用气动阻力,第三类是改变叶片的桨距角。传统风力发电机组的风轮叶片与风轮机转轴之间调速主要靠机械式调速，通过减小迎风面积或通过阻力来限制风轮机叶片速度，这样只起到限制功率作用，浪费了能量，并且加重调速装置负担，影响其使用寿命和可靠性。 

申请号为201020690123.6，名称为“风力发电机电磁刹车装置”的专利文件中提供了一种风力发电机电磁刹车装置，包括控制系统、电磁块及磁性刹车件。但是该技术方案仅仅考虑限制风速过高情况，对于风速超过风力发电机要求风速范围时采用电磁刹车机构，通过吸合式电磁刹车机构的吸合面间的摩擦力实现转轴减速停止。将多余的风能转化为摩擦后的热能，使能量大大浪费，而且产生的大量的热，对机械结构和材料性能都有一定要求和影响，既浪费能源，又降低了设备的可靠性和使用寿命。 

申请号为201120306693.9，名称为“一种风力发电机电磁刹车装置”的专利文件中提供了一种风力发电机电磁刹车装置，通过风速仪对环境监测，提供了一套控制器方案，风速过大时电磁刹车装置中线圈通电，产生与发电机定子磁场反向的磁场，阻碍转子运动，达到刹车目的。不但无法利用过剩风能，而且需要在风能过剩情况下向电磁刹车装置通电，产生反向磁场来达到刹车目的。此外，该刹车装置由于电磁耦合作用，多余能量只能转化成热能，绕组线圈将产生大量的热，线圈由于温度过高容易烧损，可靠性和稳定性都不易保证。 

发明内容

本发明的目的是提供一种既能满足风力发电机所要求的转速范围，又能将过剩的风能转化为电能的大型风力发电机组的可调速轮毂装置。 

本发明的目的可以这样实现： 

本发明的第一种方案是在风轮机的轮毂上加装铁心和励磁线圈，在转轴与轮毂作用部分 加装永磁体，励磁线圈通过轮毂外壳引出电刷与轮毂外的滑环相连接。 

本发明的第二种方案是在风轮机的轮毂上加装永磁体，在转轴与轮毂作用部分加装铁心和励磁线圈，从转轴的励磁线圈侧引出电刷与滑环相连。 

本发明的第三种方案是在风轮机的轮毂上加装铁心和励磁线圈，在转轴与轮毂作用部分也加装铁心和励磁线圈，轮毂与转轴分别引出电刷连接各自的滑环。 

上述三种方案中的滑环通过电缆与控制系统相连，控制系统与电网连接，通过速度传感器信号决定向滑环通入交流电或直流电，或通过滑环向电网送电。 

本发明提供了种使风轮机维持在额定转速范围内的轮毂调速装置，当风速过大时通过电磁感应将过剩的风能转化为电能，同时有效抑制风轮机转速。当风速超过额定风速时，通过控制本轮毂装置励磁绕组通电状态，使本轮毂装置工作于发电机状态，将多余的风能转化为电能储备起来或经过变电送入电网；当风轮机未达到额定转速时，为了使风轮机维持在额定转速范围内，通过控制本轮毂装置励磁绕组通电状态，使本调速装置工作于电动机状态，通过对轮毂对转轴之间的力矩进行补偿，从而使风轮机转轴始终保持在我们所希望的转速范围内，既能满足风力发电机所要求的转速范围，又能将过剩的风能转化为电能。 

风轮机的轮毂及转轴与轮毂作用部分加装有心和励磁线圈及装永磁体。这样，转轴与轮毂之间即可以通过电磁耦合进行能量传递。轮毂与转轴之间通过永磁体和励磁绕组之间的电磁场相互作用，轮毂与转轴之间作用类似于电动机或发电机的定子和转子。风速过高时励磁线圈不通电，装置作用类似于发电机，降低转速同时将多余风能转变为电能。当风轮机转速为额定转速时，励磁线圈通入直流电，轮毂与转轴靠电磁吸力同步转动。风速较低时，励磁线圈通入交流电，作用类似电动机，由于通入线圈的三相交流电可以通过控制电路调控，合成转矩可控，所以在风速低于额定风速时可使风力发电机工作在额定转速，这样在较低风速下可以使风力发电机工作在额定状态。