[发明专利]一种适应低风速风力机的无刷电励磁低速发电机

说明书

技术领域

本发明属于发电机领域，具体是一种适应低风速风力机的无刷电励磁低速发电机。     

背景技术

随着化石能源的枯竭，太阳能、风能、生物质能作为种新型绿色环保能源在新世纪具有广阔的应用前景，随着各项实用技术的逐步完善，此类新能源将不断得到大力普及。

    目前，新能源领域以风能利用最为普及，其代表机型是中、大型风力机为主的并网模式，然而此类风力机因为体积大、叶片长、风轮的直径大，因此转速都是很低的，额定转速在每分钟20-30转范围。但是为其配套的发电机的转速(每分钟1500转）均采用体积小、重量轻的高速发电机这是因为这些部件都要安装在空中的机舱内，不允许超重的原因。

    因此，为了满足发电机的高转速，必须配套使用变速比极大的变速器，拿功率为1000千瓦，每分钟20转的风力机来说，所配套每分钟1500转的发电机时就需要变速器的变速比为1:75，即风力机主轴旋转一圈，发电机轴就要转75圈，如此大变比的变速器，不但自身因为摩擦的原因，其本身要消耗很多的功率，一般要消耗风力机主轴总功率的1/3-1/4，同时因为变速器变比太大因此导致体积大、重量大并且在低速段的齿轮受力太大，经常损坏，是现在运转中的风力机的主要缺陷之一。

如果是1500千瓦的风力机组，风轮为每分钟转17圈的风力机配套1500转的发电机，那么变比将达到1:89，即风力机主轴转一圈，发电机主轴要转89圈，上述这些问题就更严重了，就更容易损坏了。

四年前在大型风力发电机的结构创新方面出现了一种无变速器的永磁直驱式低速发电机，其转速很低可以直接与低转速的风力机直接连接，不再需要变速器，其转子是由磁力很强的稀土永磁铁制作的，虽然是不用变速器了，但是因为转子的磁力太强，致使这种发电机的启动阻力太大，目前仅适用于高风速地区使用，因为只在高风速地区才能使风力机获得很大的转动力矩，才能克服永磁铁转子对定子的吸引力，才能够启动。

但是高风速的地区，专业上称为“风能资源丰富区”仅占我国国土面积的8%，其它如风能资源较丰富区占18%；可利用区占50%；贫乏区占24%。因此，目前的风力机都是安装在8%的地区中，而其它国土面积的绝大部分都无法利用现在的这种模式的风力机。目前传统的在中、大型风力机上配套的发电机的形式，无论是早期的恒速、恒频式风力机，还是改进后的变速、变频双馈式风力机以及最新式的直驱永磁的风力机，都是不能解决低风速区的启动问题，因此无法在绝大部分地区使用。 

然而这两类地区占我国国土总面积的68%，我国的风能利用模式如果不能够在68%的国土面积上发展，而仅仅是在8%的国土面积上做文章，想要大力发展风能资源，其实是有严重缺陷的，如果在此类地区（我国沿海大部分地区，年平均风速为4-6秒/米，但是风能有效小时在5000-7000小时，即风速低、时间长，总量很大，但风速偏低所以现有模式的风力机无法利用），能够解决低风速风力机和配套的发电机的问题，毋庸置疑，是可以大大拓宽风能资源的利用地区范围，从根本上改变我国风能利用大局。

本发明所提出的一种适应低风速风力机的无刷电励磁低速发电机，正是立足于占国土面积68%的风能资源较丰富区和可利用区地区，研究开发低风速风力机组，充分利用占68%的土地面积的风能，解决这些大范围地区的风能利用难题，而提出的一种前任没有的、先进的、实用的技术及装置，希望我国的风能资源利用步入一个崭新的局面。

风力机获得的能量是与风力机的迎风面积成正比，并且与风速的3次方成正比的关系，因此，低风速的风力机也毫无例外的遵循这个定律，即，风力机的获得能量与风速的3次方成正比，因此在风速降低时，总输出功率也以3次方的规律降低，一般是表现为低风速时不能启动，这是因为在低风速的情况下风力机获得的能量很小，不能克服启动阻力，而传统的风力机因为有变速比特大的变速器，所以阻力特别大，而永磁直驱式的风力机组虽然没有变速器，但是因为使用的转子是拥有极强磁力的稀土磁铁做成，因此转子对定子的磁吸力特别大，也是表现为启动阻力巨大，无法在低风速时启动。

风速低时能量太小，所以现在的大型风力机都是工作在高风速区（风速≥10s/m，一般额定风速范围是12-16s/m），小于10s/m的风速根本不能启动，皆因为启动阻力大大超过了风力机在这个风速中所获得的动力。

在风能资源较丰富区，一般的平均风速是5-10s/m（4-6级风），在风能资源可利用区，平均风速是3-7s/m（2-5级风）