自动偏航多模块风力发电机制造技术

本发明专利技术涉及可自动偏航风力发电装置领域，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电模块；每个所述发电模块均包括一个作为转子的单元磁体部和一个作为定子的单元线圈部；还包括控制器、信号采集传输模块，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电模块的数量，还包括自动偏航系统。该发电机可根据外部动力输入的变化和大小控制不同数量的发电模块参与发电，从而在输入不同应用段的外部动力、输入不同的外部功率时该发电机均可以正常发电，极大提高外了对部能量的利用率，同时，自动偏航系统使得发电机可以获得最大的受风面积、捕获更多的风能，极大提高发电量。

Automatic yaw multi module wind turbine

【技术实现步骤摘要】
自动偏航多模块风力发电机
本专利技术涉及利用风能进行发电的风力发电机，具体涉及一种自动偏航多模块风力发电机。
技术介绍
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，风力发电的占比越来越高，因风力输入都是不稳定的，现有风力发电机所利用的风能通常是局限在某一个应用段的范围，对应用段外的动力输入无法进行有效利用，导致对可再生能源利用率低下。例如现有的大型风力发电机，其通常由一个额定功率在1000KW左右的大功率的发电模块构成，通常只有在风力达到五级、六级及以上的较大风力时才可以正常发电并输出符合标准的电流，而在二级至四级低风、微风段，外部动力输入和功率输入通常不足以带动发电机正常发电，即便发电，输出的也是不符合一定频率、电压标准的废电，从而使发电机在较低风速的情况下长期处于停摆、闲置状态，因而该类大型风力发电机对风力的利用仅仅是局限于一个应用范围较小的大风力段，对长时间存在的低风力段的风能无法利用，因而整个电机对能量的转化率低，产出投入比较低，浪费大。由此可见，现有发电机因额定功率单一、恒定，其并不能根据外部输入动力的实时变化而调整其内部参与发电的结构和额定功率，因而要么外部动力不足以带动发电机正常发电，要么发电机过速运转烧毁。现有技术公开了一种具有多个发电单元的风力发电机，其可以根据外部风力大小调节发电机的整体功率，其解决了电机功率随外部动力大小变化而变化的技术问题。但自然界的风力大小和风向始终是随时变化的，该多个发电单元的风力发电机并不能解决叶片随风向随时变化的问题，因而风力发电机不能始终使叶片的迎风面最大，不能最大限度的获得风能，因而其对风能的利用并不能达到最佳的状态。
技术实现思路
针对上述现有技术问题，本专利技术提供一种可自动偏航的、由多个可独立运行的发电模块组成的风力发电机，该发电机可根据输入的外部动力大小变化控制不同数量的发电模块参与发电，从而适时调整发电机的功率以适配外部条件；同时，自动偏航系统使得发电机始终可以获得最大的受风面积、捕获更多的风能，极大提高发电量。本专利技术具体技术方案如下。自动偏航多模块风力发电机，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电模块；每个所述发电模块均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部分别与所述主动力轴固定连接并可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各单元线圈部输出电路的导通，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电模块的数量；自动偏航系统，包括偏航电动机、风向探测器、角度传感器，所述风向探测器、角度传感器均与所述控制器信号连接，所述控制器与偏航电动机电连接。所述主动力轴连接外部叶片以输入动力，主动力轴贯穿电机的外壳并与外壳两端通过轴承固定；所述控制器为PLC控制器或智能控制器；多个发电模块是指两个或两个以上的可独立运行的发电模块，每个发电模块分别具有各自的额定功率，通常各发电模块的额定功率是相同的，发电机的额定功率是各发电模块的额定功率相加之和。多个发电模块依次串接在主动力轴上是指多个发电模块依次顺序布置在主动力轴上，使得各发电模块可以同时接受主动力轴传递的外部动力。由于每个发电模块的单元磁体部分别均与主动力轴固定连接，在外部动力驱动下，每个发电模块的单元磁体部都随着主动力轴同步转动，但每个单元磁体部随主动力轴转动并不意味着每个发电模块都在运行发电，在某一单元线圈部的输出电路断开的情况下，与其对应的单元磁体部的转动只是使得该单元线圈部进行切割磁力线而产生电势，但并不产生电流，也不会使对应的该单元磁体部产生作用于主动力轴的反向扭矩或者说反向阻力；当该单元线圈部的输出电路导通外部负载构成回路时这些电势就会在该单元线圈部内产生电流，从而开始参与发电，同时，与该单元线圈部对应的单元磁体部就会产生作用于主动力轴的反向扭矩，从而可与外部动力输入产生的正向扭矩达到一个平衡。本专利技术所述的单元线圈部输出电路的导通，是指单元线圈部的输出电路与外界负载导通从而构成一个回路，因此可以产生电流。本专利技术控制器的作用就在于根据接收到的外部动力输入大小的信号控制导通不同数量的单元线圈部的输出电路从而控制不同数量的发电模块产生电流运行发电，以使得发电机的额定功率实时调整以适配输入的外部动力和功率的大小和变化。偏航电动机用于驱动风力发电机主机的整体转向，以使得叶片的迎风面最大，获得的风能更多。风向探测器用于感知风向并将风向信号传输给控制器，控制器发出指令控制偏航电动机的运转和运转方向，角度传感器用于感知发电机设备整体的偏航角度并将信号传输给控制器，当偏航角度大于某个预设值时，控制器指令电动机停止运转以确保发电设备的稳定性和安全性，避免过度偏转造成设备的损伤。预设的偏转角度包括正向最大值和负向最大值，该两个值控制发电机和叶片在两个相反方向的最大偏转角度。当然，也可在电机上增设一个风速传感器，风速传感器将风速信号传输给控制器，当风速达到台风级别的某一预设数值时，控制器指令偏转电动机偏转一定的角度以规避强风确保安全，当偏转角度达到预设的安全角度时，偏航电机停止偏转。在此，是将风速信号与偏转角度信号二者结合起来控制，风速值和偏转角度值事先在控制器中预设好。本专利技术控制器接收到的信号包括主动力轴的转速信号或扭矩信号，也可以是发电模块的功率信号、电压信号、电流信号，还包括风向探测器传输的风向信号、角度传感器的角度信号。本专利技术所述“参与发电”，系指输出的电符合一定的电压、频率标准，可以满足供电、用电需求，也就是通常所说的正常发电。为了更好的控制单元线圈部的输出电路，所述控制系统还包括多个通断开关模块；控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器可根据接收到的来自信号采集传输模块的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部输出电路的导通。所述的通断开关模块最好是电磁开关。进一步，所述单元磁体部包括若干相对设置的左磁体、右磁体，左磁体与右磁体之间留有间隙，所述单元线圈部位于所述间隙内。所述单元磁体部包括一组相对设置的左磁盘、右磁盘，所述左磁体按照N极、S极交错布置在左磁盘上，所述右磁体按照S极、N极交错布置右磁盘上；且相对设置的左磁体与右磁体磁极相反。这种结构可以确保磁场的强度，又可以最大限度的增加单元线圈部内磁通量的变化，从而提高发电机的发电效率和能量转化率。更进一步，相邻的两个所述单元磁体部共用一个磁盘，该磁盘同时兼做一个单元磁体部的左磁盘和相邻的另一个单元磁体部的右磁盘，左磁体、右磁体分别布置在该磁盘的两个面上。这种优化可以使得发电机的结构更加紧凑，并可以在相邻的两个单元磁体部之间节约一个磁盘，从而可以节约成本。所述单元线圈部为与所述左磁盘、右磁盘形状匹配的线圈盘，线圈盘内设置有若干小线圈包。因为输入的外部动力的大小变化首先反应在发电机主动力轴的转速上，外部动力大则转速高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自动偏航多模块风力发电机，其特征在于：包括/n电机外壳、主动力轴；/n依次串接在主动力轴上的多个发电模块；每个所述发电模块均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部分别与所述主动力轴固定连接并可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；/n控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各单元线圈部输出电路的导通，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电模块的数量；/n自动偏航系统，包括偏航电动机、风向探测器、角度传感器，所述风向探测器、角度传感器均与所述控制器信号连接，所述控制器与偏航电动机电连接。/n

【技术特征摘要】
1.自动偏航多模块风力发电机，其特征在于：包括
电机外壳、主动力轴；
依次串接在主动力轴上的多个发电模块；每个所述发电模块均包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部分别与所述主动力轴固定连接并可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；
控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各单元线圈部输出电路的导通，控制器通过控制输出电路导通的单元线圈部的数量以控制参与发电的发电模块的数量；
自动偏航系统，包括偏航电动机、风向探测器、角度传感器，所述风向探测器、角度传感器均与所述控制器信号连接，所述控制器与偏航电动机电连接。


2.根据权利要1所述的自动偏航多模块风力发电机，其特征在于：所述控制系统还包括多个通断开关模块；控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器可根据接收到的来自信号采集传输模块的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部输出电路的导通。


3.根据权利要求1或2所述的自动偏航多模块风力发电机，其特征在于：所述单元磁体部包括若干相对设置的左磁体、右磁体，左磁体与右...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤廷孝，
申请(专利权)人：宁波晓风风电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33