CN108301972A - 一种离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种离网小型垂直轴风力发电机电磁‑机械联合制动装置，其特征是：包括电磁制动机构和与电磁制动机构连接的机械制动机构，电磁制动机构与垂直轴风力发电机的风轮连接，并与风轮同步运转；机械制动机构与垂直轴风力发电机的塔架连接。本装置能够有效解决在风速过大情况下风轮转速过高的问题，通过发电机三相电路短接产生的力矩制动和机械制动，实现风轮的转速可控；增加了风机转速控制的可靠性，同时，将风轮的转速控制在一定范围内，有利于使发电机输出功率保持在一个稳定的范围，减少由于发电机输出功率不稳定造成的对蓄电池的伤害，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机，具体是一种离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置。
背景技术
随着全球气候的变化，环境方面存在的问题越来越受到人们的重视，国家大力推行节能减排政策，减少化石等不可再生能源的消耗，清洁能源在能源消耗中的比例也会越来越大，而风能就属于典型的清洁能源，取之不尽用之不竭，具有极大的优势，正在发挥越来越重要的作用。
离网小型垂直轴风力机具有很多优势：垂直轴风力机结构简单，叶轮转动与风向无关，不需要安装对风装置，制造成本少，产生的噪音也较小，但同样存在着一些问题：如风轮转速是随着风速的改变而改变，这样发电机发出的电流幅值也是时刻改变的，而电流幅值变化太大会对蓄电池有一定的损害，所以研究一种垂直轴风力机的制动装置使风轮转速保持并稳定在正常的工作区间是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有垂直轴风力发电机存在发电不稳定的问题，而提供一种离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，该装置操作简单，产生的刹车力矩大，提高了制动的稳定性及可靠性。
实现本发明目的的技术方案是：
一种离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，包括电磁制动机构和与电磁制动机构连接的机械制动机构，电磁制动机构与垂直轴风力发电机的风轮连接，并与风轮同步运转；机械制动机构与垂直轴风力发电机的塔架连接。
所述电磁制动机构为由上转子盘和与其配装的下转子盘组成的盘式发电机，盘式发电机内部还包括定子和绕设在定子上的绕圈，定子一端与上转子盘内的回转支承轴承相连，另一端与风力发电机的塔架连接，使定子与转子有相对运动，其中：
上转子盘通过其上均匀分布的装配孔与风轮相连，并与其保持同步运转；在上转子盘外缘分别设有3个立柱螺孔，与下转子盘相连，在上转子盘内部磁轭上还均匀分布有12个相邻磁极极性相反的扇形永磁体磁极；
下转子盘通过其外缘设置的3个立柱螺孔与上转子盘相连，在下转子盘内部磁轭上均匀分布有12个相邻磁极极性相反的扇形永磁体磁极，底部中心通过带有螺孔的空心圆柱凸台与机械制动机构的刹车盘连接。
所述机械制动机构包括刹车盘、液压臂、连接杆、多个摩擦组件和多个锁死组件；刹车盘与下转子盘相连，摩擦组件、锁死组件分别设置在液压臂两侧，连接杆一端与风力发电机的塔架相连，另一端与液压臂相连，将液压臂固定在风力发电机的塔架上。
所述刹车盘上中心开设有3个通孔，其表面均匀分布有12个锁死孔。
所述摩擦组件包括刹车臂和对称分布在刹车臂两侧的两个液压槽，两个液压槽互相连通，在液压槽内安装有圆柱形刹车垛，通过液压控制刹车垛移动，使刹车垛与刹车盘形成摩擦，降低风力发电机转速。
所述锁死组件包括分别设置在液压臂两侧的电磁铁和锁死销，锁死销与弹簧相连，通过电磁铁通电使锁死销克服弹簧拉力，穿过刹车盘上的锁死孔，实现机械锁死。
本发明电磁机械联合制动装置安装在垂直轴风力发电机的风轮与机架之间，在正常风速范围内，发电机只进行发电，当风速超过风机额定转速之后，发电机充电电路断开，发电机定子线圈三相电路短接，线圈内部产生三相短路电流，在发电机内部磁场的作用下，产生制动转矩，并且风轮转速越低，发电机内部磁场产生的制动转矩越大。当风速过大时，电磁制动的方式满足不了制动的要求时，此时可以采取机械制动的方式进一步制动，达到在风速过大时停机保护的目的。
本发明的有益效果是：
（1）能够有效解决在风速过大情况下风轮转速过高的问题，通过发电机三相电路短接产生的力矩制动和机械制动，实现风轮的转速可控；
（2）此制动装置有两种方式联合制动，增加了风机转速控制的可靠性，同时，将风轮的转速控制在一定范围内，有利于使发电机输出功率保持在一个稳定的范围，减少由于发电机输出功率不稳定造成的对蓄电池的伤害，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例联合制动装置的结构示意图；
图2为电磁制动机构的结构示意图；
图3为上转子盘内部结构示意图；
图4为下转子盘的结构示意图；
图5为机械制动机构的结构示意图；
图6为刹车盘的结构示意图；
图7为液压臂的结构示意图；
图8为液压臂的结构示意图；
图9为连接杆的结构示意图；
图10为电磁制动机构的定子线圈绕线方式及电路连接图。
图中：1.上转子盘 1-1.空心圆柱凸台 1-2.立柱螺孔 1-3.装配孔 2.下转子盘2-1.空心圆柱凸台2-2.螺孔 3.刹车盘 3-1.通孔 3-2.锁死孔 4.液压臂 4-1.螺孔 4-2.进油孔5.连接杆 5-1.固定板 5-2.弧形固定板 6.刹车垛 7.通孔 8.电磁铁 9.锁死销10.定子线圈 11.液压泵 12.油管 13.塔架。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明作进一步说明，但不是对本发明的限制。
如图1所示，本发明一种离网小型垂直轴风力发电机电磁机械联合制动装置，由上转子盘1、下转子盘2、刹车盘3、液压臂4、连接杆5、油管12、液压泵11和塔杆13构成，上转子盘1和下转子盘2匹配配装，下转子盘2与刹车盘3连接，刹车盘3与液压臂4连接，液压臂4与连接杆5连接，固定在塔杆13上，液压臂4通过油管12与液压泵11连接。
如图2-3所示，上转子盘1通过顶部设有的三个装配孔1-3用螺栓与风轮连接，上转子盘1与下转子盘2通过装配孔1-2用螺栓相连，实现风轮与外转子同步运转。
上转子盘1的内部空心圆柱凸台1-1安装有一个回转支撑轴承，定子轴上端与回转支撑轴承相连，定子线圈9安装在定子轴上，定子线圈9被外转子上盖1和下转子盘2包围，定子轴下端与塔杆13固定。
如图2、4、5所示，下转子盘2通过底部设有的空心圆柱凸台2-1上的螺孔2-2与刹车盘3相连。刹车盘3上设有锁死孔3-2。
如图5-10所示，液压臂4通过底部的螺孔4-1与连接杆5一端的固定板5-1连接在一起，连接杆5的另一端弧形固定板5-2与风机塔架相连，从而保证液压臂4位置固定不动。
液压臂4的两侧壁里安装有刹车垛6，液压臂4上有通孔7，在通孔7的一端安装有带有弹簧的锁死销9，孔的另一端安装有电磁铁8，当风机在制动完成后，电磁铁8通电，对一端的锁死销9产生吸引力，使锁死销9穿过刹车盘3上的锁死孔3-2，达到风轮锁死的目的。当需要启动风机时，断开电磁铁8，锁死销9在弹簧的拉伸下退出锁死孔3-2，风轮开始转动。
锁死销9主要受剪力，锁死销9的直径大小由如下公式确定：
(1)
(2)
(3)
式中：M——风轮停止所需力矩（N*m）；L——定子铁芯与锁死孔的中心距离（m）；——屈服强度（N/）；S——锁死销横截面积（）；D——锁死销直径（m）；
根据查阅资料得：一般小型风力发电机的转矩在1.2-2.3 N*m之间，此处取M=2.5N*m，L=0.10m，锁死销9材料选择一般的35号钢，其所能承受的屈服强度为315N/，由此求得锁死销9有效直径为m，远小于锁死销9设计时的直径0.01m，所以锁死销9能满足工作要求。
以某种小型垂直轴风力发电机为例，若风力机工作的正常风速范围为2m/s至13m/s之间，下面就其制动情况进行具体说明：
本装置在工作过程中，当风速小于2m/s时，由于风速过小，启动力矩不够，风机处于停止状态；当风速大于2m/s时，风轮开始带动发电机外转子1、2转动，定子线圈10中产生三相交流电流，经过整流器变成直流电流储存在蓄电池里；随着风速增大，当风速超过风机的额定风速之后，速度传感器检测到风轮的转速过大，将信号传递给电子控制单元，此时断开k1，闭合k2，k3，电路中产生三相短路电流，在上转子盘1和下转子盘2的磁场作用下形成对定子线圈10的制动转矩，风机进入电磁制动状态，此时风机根据转速的大小调整可变电阻的阻值控制回路中的电流，进而控制电机中产生的制动转矩大小，使风轮在一个稳定的转速区间运转。
当通过电磁制动后，风机转速依然过高时，则此时需要进行停机操作以保护风机安全。此时速度传感器将将转速信号传递给机械制动装置中的液压泵，液压泵将液压油通过油路输送到装有刹车垛6的油腔中，使刹车垛6夹紧刹车盘3形成风机的机械刹车。使风机转速降低，此时给电磁铁8通电，使锁死销穿过锁死孔3-2，达到风机自锁的目的。
根据离网小型垂直轴风力机制动所产生的力矩来看，其机械制动部分用于提供动力的液压泵可以选择CB-B4型微型齿轮泵，此型号液压泵可以提供2.5MPa的压力，满足制动时所需压力，转速1450r/min，排量4L/min，驱动功率0.21kw，重2.8kg，由于功率低减少了电能损耗，同时重量轻，也减少了风机塔架的承载重量，比较符合小型风机的重量要求。
Claims (6)
1.一种离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：包括电磁制动机构和与电磁制动机构连接的机械制动机构，电磁制动机构与垂直轴风力发电机的风轮连接，并与风轮同步运转；机械制动机构与垂直轴风力发电机的塔架连接。
2.根据权利要求1所述的离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：所述电磁制动机构为由上转子盘和与其配装的下转子盘组成的盘式发电机，盘式发电机内部还包括定子和绕设在定子上的绕圈，定子一端与上转子盘内的回转支承轴承相连，另一端与风力发电机的塔架连接，使定子与转子有相对运动，其中：
上转子盘通过其上均匀分布的装配孔与风轮相连，并与其保持同步运转；在上转子盘外缘分别设有3个立柱螺孔，与下转子盘相连，在上转子盘内部磁轭上还均匀分布有12个相邻磁极极性相反的扇形永磁体磁极；
下转子盘通过其外缘设置的3个立柱螺孔与上转子盘相连，在下转子盘内部磁轭上均匀分布有12个相邻磁极极性相反的扇形永磁体磁极，底部中心通过带有螺孔的空心圆柱凸台与机械制动机构的刹车盘连接。
3.根据权利要求1所述的离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：所述机械制动机构包括刹车盘、液压臂、连接杆、多个摩擦组件和多个锁死组件；刹车盘与下转子盘相连，摩擦组件、锁死组件分别设置在液压臂两侧，连接杆一端与风力发电机的塔架相连，另一端与液压臂相连，将液压臂固定在风力发电机的塔架上。
4.根据权利要求3所述的离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：所述刹车盘上中心开设有3个通孔，其表面均匀分布有12个锁死孔。
5.根据权利要求3所述的离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：所述摩擦组件包括刹车臂和对称分布在刹车臂两侧的两个液压槽，两个液压槽互相连通，在液压槽内安装有圆柱形刹车垛，通过液压控制刹车垛移动，使刹车垛与刹车盘形成摩擦，降低风力发电机转速。
6.根据权利要求3所述的离网小型垂直轴风力发电机电磁-机械联合制动装置，其特征是：所述锁死组件包括分别设置在液压臂两侧的电磁铁和锁死销，锁死销与弹簧相连，通过电磁铁通电使锁死销克服弹簧拉力，穿过刹车盘上的锁死孔，实现机械锁死。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN111997832A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-27 | 上海交通大学 | 一种双叶轮并网风力发电机 |
| CN114184223A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-03-15 | 安徽中科昊音智能科技有限公司 | 一种风力发电声纹监控系统 |
| CN116792431A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-09-22 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种风机混合制动盘及风机机组 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN111997832A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-27 | 上海交通大学 | 一种双叶轮并网风力发电机 |
| CN114184223A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-03-15 | 安徽中科昊音智能科技有限公司 | 一种风力发电声纹监控系统 |
| CN116792431A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-09-22 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种风机混合制动盘及风机机组 |
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