[发明专利]一种用于垂直轴风力发电机的制动装置及其制动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于垂直轴风力发电机的制动装置，同时也涉及该制动装置的制动方法。

背景技术

风能是水能之外最具规模应用前景的可再生能源，受到世界各国的高度重视。

风力发电机按旋转轴的方向来分，可分为水平轴和垂直轴两种。目前被广泛应用的是水平轴风力发电机，但其存在结构复杂，制造和维护费用较高等缺点。相比之下，经过改进的垂直轴风力发电机具有启动风速较低、风能利用率较高和低噪声等优点，具有更加广阔的市场应用前景。

在风力发电机使用过程中，为了避免风力突然增大而给机组运行带来危害，需要采取一定的制动措施。在现有的大型水平轴风力发电机中，可以通过偏航系统、空气动力刹车、机械刹车等手段来进行制动。由于垂直轴风力发电机在强风时无法通过偏航来减小迎风面积，所以需要制动扭矩更加大的制动装置来保证其安全性。

为了解决垂直轴风力发电机的制动难题，人们提出了一些机械制动的解决方案。例如在申请号为200910003965.5的中国发明专利申请中，公开了一种用于垂直轴的制动装置及其制动方法。它包括与发电机的转子轴或风轮垂直轴连接的刹车装置，以刹车电磁阀控制的刹车制动臂或刹车制动闸、摩擦片。刹车装置是刹车箍、刹车碟或刹车盘，还包括安全销和控制该安全销的安全电磁阀。当风速超过最大发电机风速需要刹车时，启动刹车电磁阀，控制刹车制动臂或刹车制动碟，通过摩擦片作用，使风机刹车。当风速低于刹车风速而不需刹车时，刹车电磁阀关闭，控制刹车制动臂或刹车制动碟，保持初始状态。

发明内容

本发明的目的在于提供另一种用于垂直轴风力发电机的制动装置。

本发明的目的还在于提供一种使用该用于垂直轴风力发电机的制动装置的制动方法。

为实现上述的发明目的，本发明的用于垂直轴风力发电机的制动装置由与发电机转子连接的制动盘、安装于固定转轴上的制动器支架以及安装于上述制动器支架上的机械制动器组成。所述制动盘与发电机转子同轴。所述机械制动器是钳盘式液压制动器或者气动制动器，其钳口上、下均有刹车片，制动盘的摩擦部分插入到上、下刹车片之间。

本发明的用于垂直轴风力发电机的制动装置，其中所述机械制动器可以是一个或者多个，采用多个机械制动器时以发电机的旋转中心轴线对称分布。

本发明还提供一种使用本发明的用于垂直轴风力发电机的制动装置的制动方法，当需要制动时，机械制动器合上钳口，使得上、下摩擦片压在制动盘上，使发电机转子制动；当需要解除制动时，机械制动器张开钳口，使发电机转子可以转动。

本发明的用于垂直轴风力发电机的制动装置和采用该制动装置的制动方法，避免了高风速情况下的紧急停机，不仅提高了垂直轴风力发电机的安全性，而且也避免了对电网造成过大的冲击。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为采用本发明所提供的制动装置的垂直轴风力发电机的剖视图；

图2为沿制动盘的圆周设置的多个机械制动器的分布示意图。

具体实施方式

现有的水平轴风力发电机在风速超过预定的安全范围后，需要通过偏航等方式降低风轮的转速，特别是在风速达到较大时，往往在偏航后由安装在传动轴上的紧急制动闸等进行强制停机以实现自我保护。垂直轴风力发电机在大风时不能进行偏航降低迎风面积以减轻机械制动装置的制动力要求，而是需要通过机械制动、提高发电机发电制动扭矩来降低和限制转速，从而控制风轮输入扭矩的方法来对机组进行保护。当风力发电机的风轮输入扭矩大于风力发电机发电制动扭矩极限后，必须由机械制动来提供额外的制动力来控制发电机转速不超过安全运行的最大转速。极端的情况是发电机故障或者电网故障不能输出电能时，需要由机械制动装置对发电机进行紧急制动至停止，以实现自我保护。

如图1，垂直轴风力发电机可采用外转子无铁心的永磁发电机结构。风轮可直接驱动外转子旋转发电。作为直驱式风力发电机，其转速低，扭矩大，因此需要制动装置提供更大的扭矩。

本发明采用与外转子直接相连的制动盘，有利于扩大了制动盘的制动半径，提高制动扭矩。本发明还采用了多个对称分布的制动器，可以使得制动力矩与制动器的个数成正比，提高了制动扭矩。本发明采用钳盘式结构，钳口上、下均分布有摩擦片，制动盘摩擦部分插入到上、下摩擦片之间，使得制动力矩增加为单面摩擦结构的两倍。