专利名称：制动装置及采用该装置的垂直轴风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于垂直轴风力发电机的制动装置，同时也涉及采用该制动 装置的垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域。
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。中 国已成为世界上最活跃的风电市场。2009年全国新增风电装机容量超过800万千瓦，累计 总容量已达2000万千瓦以上。因此，我国风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广阔。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，但其存在设计制造复杂，造价居高不下等缺陷。相比之下，经过改 进设计的垂直轴H型风力发电机以启动风速低、风能利用率高和无噪声等众多优点，具备 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造成损害，需要 采用一定的制动措施。在现有的大型水平轴风力发电机中，通常使用碟型或抱间刹车，而垂 直轴风力发电机由于固有的低转速、大扭矩特性，加之无法在强风时进行偏航以减小迎风 面积，因此常规的制动装置无法应用在相同功率的垂直轴风力发电机上。为了解决垂直轴风力发电机的制动难题，人们提出了电磁制动加机械制动的解决 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风 力发电机的制动系统及其制动方法。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间，摩擦片。刹车装置是刹车箍或刹车碟或 刹车盘，还包括安全销和控制该安全销的安全销电磁阀。当风速超过最大发电风速需要刹 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。该技术方案可以在不改变垂直风机抗风能力的前提下，有效降低垂直轴风机在强风速 时的振动，提高垂直轴风力发电机的安全性和可靠性。发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于垂直轴风力发电机的制动装置。为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案一种用于垂直轴风力发电机的制动装置，其特征在于所述制动装置包括至少一个电磁制动器和至少一个气动制动器，所述电磁制动器 和所述气动制动器安装在制动器支架之上，并沿发电机制动盘的圆周均勻设置；所述电磁制动器和所述气动制动器分别与垂直轴风力发电机的控制器进行连接。其中，[0012]在供电条件正常的情况下，所述电磁制动器和所述气动制动器按照电磁制动-气 动制动-电磁制动-气动制动的循环过程交替启动。在供电条件不正常的情况下，仅由气动制动器进行动作。一种垂直轴风力发电机，其采用如上所述的制动装置。本实用新型通过对多种制动手段的组合使用，实现了对风力发电机转速的有效控 制，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。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为采用本实用新型所提供的制动装置的垂直轴风力发电机的剖视图；图2为沿发电机制动盘的圆周设置的多个电磁制动器和气动制动器的分布示意 图；图3为电磁制动器和气动制动器实现交替制动的操作流程图。
具体实施方式
现有的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，特别是在风速达到台风般的速度时，往往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。这种在紧急情况下的突然停机会对电网的完全稳定运行造成很 大的影响，同时也是对风能资源的一种浪费。为此，本实用新型所提供的垂直轴风力发电机 制动方法摒弃了在紧急情况下突然停机的传统制动思路，通过多种制动手段的组合使用， 实现了风力发电机在较高风速情况下的限速运行，从而既保证了风力发电机自身的安全， 也避免了对电网造成过大的冲击。在本实用新型中，所使用的多种制动手段包括电磁制动、气动制动和必要时的电 阻制动。其中，电磁制动适合在风力发电机正常发电状态下进行转速控制，而气动制动既 适合在正常发电状态下进行转速控制，也适合在无电条件下进行转速控制。电阻制动是在 电磁制动和气动制动的效果都不明显的情况下，通过改变电枢回路的电阻实现对转速的控 制。三种制动手段相互配合，共同确保垂直轴风力发电机在较高风速情况下安全稳定地运 行。如
图1所示，在垂直轴风力发电机之中，盘式无铁芯永磁发电机封装在端盖1和中 心轴3围合而成的封闭空间内，底部安装有制动盘2。在制动盘2的下方分别安装有电磁制 动器4和气动制动器5。这两个制动器都安装在制动器支架6之上。其中，电磁制动器与电 网供电线路连接而动作，因此必须在有电的条件下运行。气动制动器连接一个气动驱动机 构，该气动驱动机构连接一个压缩气囊。该气动制动器可以在无电的条件下运行。上述的 电磁制动器和气动制动器都分别与垂直轴风力发电机的PLC控制器进行连接，从中获得有 关的控制信息。在本实用新型的一个具体实施例中，电磁制动器为DCSZ型。它利用电动圆 盘磁感应来电产生吸力，从而起到制动的作用。气动制动器为QDCSZ型。它由压缩气囊供 气，由气动阀自动向刹车钳送气，产生制动合力，达到制动的目的。上述的电磁制动器4和气动制动器5可以是多个，它们沿发电机制动盘的圆周均勻设置。如图2所示，其中的电磁制动器4和气动制动器5各有4个。在实践中，制动器的 数量可以根据垂直轴风力发电机的大小、制动器的类型等因素灵活调整，在此就不赘述了。在垂直轴风力发电机的运行过程中，可以采用机械、光学或者频闪的方法测量风 力发电机的转速。一旦转速开始超过预定的范围，则将超转速信号输送给PLC控制器，由 PLC控制器再给制动器发出指令，让电磁制动器4和气动制动器5开始工作。电磁制动器4 和气动制动器5根据旋转力矩的大小，交替制动。下面分别进行详细的说明。如图2所示，在垂直轴风力发电机开始启动之后，PLC控制器监控该风力发电机的 风轮旋转速度。当达到需要进行制动的转速范围后，启动电磁制动器的一个刹车钳(也称 接触器)，开始制动工作。在此情况下，每次延时预定的时间(例如5分钟)对风力发电机 的转速进行测量，在风力发电机的转速超过安全值(例如25rpm)的情况下，再启动电磁制 动器的另一个刹车钳(也可以是单独的另一个电磁制动器)进行制动。由此类推，一共可 以启动电磁制动器上的四个刹车钳进行制动。如果电磁制动器的制动效果不明显，风力发 电机的转速仍然超过25rpm，可以启动气动制动器的一个刹车钳，如果还不奏效的话，接着 启动气动制动器的另一个刹车钳(也可以是单独的另一个气动制动器)进行制动。由此类 推，一共可以启动气动制动器上的四个刹车钳进行制动。在供电条件正常的情况下，上述的 电磁制动器和气动制动器可以交替使用，即电磁制动-气动制动-电磁制动-气动制动，由 此循环(该循环过程被称为正常循环)。在供电条件不正常的情况下，可以仅仅是气动制 动器进行动作，由此形成的循环过程被称为主循环。在正常循环过程中，如果制动效果不明 显，风轮的转速仍然超过25rpm，则可以启动电阻制动手段。刹车电阻的接触器开始分级启 动，逐渐使电枢回路的电阻趋近于短路状态，从而实现对风轮制动的效果。关于电阻制动的 进一步介绍，可以参考公告号为CN87208277的中国实用新型专利“风力发电机制动装置” 中的相关内容，在此就不详细赘述了。通过上述的交替制动步骤，可以控制风力发电机的转速在25rpm的安全值以下， 始终处于正常的工作循环过程中。以上对本实用新型所提供的用于垂直轴风力发电机的制动装置进行了详细的说 明。对本领域的技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显 而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求1.一种用于垂直轴风力发电机的制动装置，其特征在于所述制动装置包括至少一个电磁制动器和至少一个气动制动器，所述电磁制动器和所 述气动制动器安装在制动器支架之上，并沿发电机制动盘的圆周均勻设置；所述电磁制动器和所述气动制动器分别与垂直轴风力发电机的控制器进行连接。
2.如权利要求1所述的用于垂直轴风力发电机的制动装置，其特征在于在供电条件正常的情况下，所述电磁制动器和所述气动制动器按照电磁制动-气动制 动-电磁制动-气动制动的循环过程交替启动。
3.如权利要求1所述的用于垂直轴风力发电机的制动装置，其特征在于 在供电条件不正常的情况下，仅由气动制动器进行动作。
4.一种垂直轴风力发电机，其特征在于所述垂直轴风力发电机采用如权利要求1所述的制动装置。
专利摘要本实用新型公开了一种用于垂直轴风力发电机的制动装置及采用该装置的垂直轴风力发电机。该制动装置包括至少一个电磁制动器和至少一个气动制动器，电磁制动器和气动制动器安装在制动器支架之上，并沿发电机制动盘的圆周均匀设置；电磁制动器和气动制动器分别与垂直轴风力发电机的控制器进行连接。本实用新型通过对多种制动手段的组合使用，实现了对风力发电机转速的有效控制，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。
文档编号F03D7/06GK201827024SQ20102916604
公开日2011年5月11日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者王建辉, 盛明凡, 蒋大龙 申请人:国能风力发电有限公司