[发明专利]一种低风速垂直轴风力发电机及其控制方法

说明书

本发明涉及一种低风速垂直轴风力发电机及其控制方法，属于风电领域。该风力发电机包括：定子、转子、电磁系统、外壳、上端轴承、下端轴承、承重支架、转轴、采风驱动系统、电磁控制系统。所述定子包括定子铁心和三相绕组，与外壳固定；所述转子包括转子铁心、永磁体，位于定子的径向内侧，并与转轴固定；所述电磁系统包括永磁铁和电磁铁，两者上下轴向相对放置；所述采风驱动系统包括横向支架、叶片，横向支架与转轴固定；所述电磁控制系统通过轴向合力设定值与轴向合力实时测量值之差得到电磁铁励磁电流给定值，以此控制旋转阻尼，确保发动机平稳发电。本发明结构简单、控制简便、安装维护方便，风能利用率高，可实现低风速启动及大功率输出。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种低风速垂直轴风力发电机及其控制方法，属于风电领域。

背景技术

目前大功率风力发电机以水平轴风力发电机为主流产品。但水平轴风力发电机存在需要偏航对风、风能利用率低、控制复杂困难、安装不变、成本高等固有缺陷，影响其健康发展。

垂直轴风力发电机可以克服上述缺陷，它无需对风，具有风能利用率较高、控制简单、安装简便等优势，已经在中小功率等级垂直轴风力发电机中得以应用。

但现有垂直轴风力发电机功率等级不高，新近发展起来的磁悬浮垂直轴风力发电机结构复杂，控制难度大，采风面积小，限制了风能的利用，使得发电机笨重、功率小、成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种结构简单、控制简便、效率高的大功率低风速垂直轴风力发电机。

为了达到以上目的，本发明一种低风速垂直轴风力发电机，包括：定子、转子、电磁系统、外壳、上端轴承、下端轴承、转轴、承重支架、采风驱动系统、电磁控制系统。

所述定子包括定子铁心和定子三相绕组，固定安装在所述外壳上；所述转子为内转子，包括转子铁心、永磁体，位于所述定子的径向内侧，并与所述转轴固定；所述定子和所述转子之间有固定工作气隙。

所述电磁系统包括永磁铁、电磁铁，两者上下轴向相对放置，两者之间有固定工作气隙；所述永磁铁为盘式永磁铁，与所述转轴固定；所述电磁铁由绕组和盘式铁心组成，所述绕组为直流励磁绕组，所述盘式铁心与所述承重支架固定；所述承重支架与外壳的底部固定；所述转轴位于所述承重支架的上方，转轴的底端与所述承重支架保持接触。

所述上端轴承与外壳的顶部固定；所述下端轴承位于所述转轴的下端，与所述承重支架固定；所述上端轴承、下端轴承均套在所述转轴的外侧，并与所述转轴保持径向间隙；

所述采风驱动系统包括第一采风系统和第二采风系统；所述第一采风系统包括三组及三组以上组件，沿所述转轴的圆周均匀分布，每组组件包括1个第一叶片、1个第一横向支架，所述第一横向支架的一端与所述转轴固定，另一端与所述第一叶片固定；所述第二采风系统位于所述转轴的顶端，包括三组及三组以上组件，沿所述转轴的圆周均匀分布，每组组件包括1个第二叶片、1个第二横向支架，所述第二横向支架的一端与所述转轴固定，另一端与第二叶片固定。

所述电磁控制系统包括风速传感器、称重传感器、变流器；所述称重传感器与外壳底部固定，且位于所述转轴的正下方；所述变流器为DC/DC变换器，与所述电磁铁绕组相连。

所述定子、电磁系统中的电磁铁、外壳、上端轴承、下端轴承、承重支架、电磁控制系统构成了发电机的静止部分；所述转子、电磁系统中的永磁铁、转轴、采风驱动系统构成了发电机的旋转部分，所述旋转部分简称为旋转物。

上述一种低风速垂直轴风力发电机，其控制方法包括如下步骤：