专利名称：12mw双层水平反向旋转随动变角桨叶直驱同步风力发电机的制作方法
技术领域：
先进、新型、绿色可再生能源，风力发电技术。
背景t支术在我的《水平旋转随动变角浆叶直驱式永磁同步风力发电机组》风电技术的基础上进一步研
究开发，自主创新，完全自主知识产权。 坐明内容本人独立开发的新型机组，其主要特点为，将两台水平旋转随动变角桨叶风机分上、下两层 安装在同一立轴上反向旋转，发电机的定、转子分别安装在上、下两层的风机主轴上。转子是欽铁硼永磁 体构成的可调磁力间隙的多极磁场，定子线圈通过滑环和电刷与输出^电屏相连接，组成双层水平反向旋 转随动变角柴叶直驱永磁同步风力发电机组。构與新颖且经实验反复考证，技术创新、实用、效率髙、结 构牢、重量择、造价低、运行可靠，输出功率大，可达12MW以上。 —、 风机；
1、 在我研制6MW水平旋转随动变角桨叶直驱永磁同步风力发电机组风力发电机时就发现，虽然风机 浆叶直径达九十多米，却'只能有一半平面迎风，推动主轴旋转，而另一半为使风机能正常旋转而不得不调 整为水平状态，以最大限度地减小风阻。如果能把主轴另一侧的风力也利用起来，将可成倍地提高风机的 出力。于是，经多方推敲、实验，立轴、.双层、水平旋转随动变角浆叶结构的风力发电机组的方案逐渐成 熟。工作时，安装在垂直轴上，上下两层的浆叶同时被风力推动；旋转方向相反。.在这里，水平分布的两 层六片浆叶由专用工控计算机控制，经由直流电机，减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时每层均
有一片浆叶平面迎M,推动主轴旋转；而绕主轴180°的另一片浆叶则调整为水平状态，立面迎风;.对风
的阻力很小。随着主轴的转动，每层六片浆叶的角度被不断随机调整， 一直保持上述状态，即上、下两层 浆叶在主轴的两侧始终有两片桨叶迎风，同时有两片桨叶为顺风状态，减小桨叶旋转的阻力，上、下两根 风机主相对反巧旋转的。在风机桨叶直径范围内捕捉风能，最大限度堆把风能转化为两根风机主轴的旋转 机械能，且立轴所承变的侧向推力趋零。由专用工控M"^机控制，随风力大小、周姨髙低和负载大小，执
行机构自动调整迎风侧浆叶的角度。当遇到风力达到10级以上等极端情况时，两层六片桨叶均调整至0
度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。
2、 为获得更多的能量，就要加大浆叶直径，由于用了大量的无缝钢管和钢绞线，使风机整体结构即
庞大又轻巧，平视象两座钢索斜扭桥，鸟瞰则如双层蜘蛛网，整体为卖性连接，故结构牢，重量轻，耐疲
劳，迎风有效面积大。两层浆叶要相对H向旋转，这在机械结构的设计、加工的精度和难度方面都有很大
的困难，但经过多次的设计、实验、改进，再试验，已成功突破，经实验完全可以满足上述要求。
3、为了防止雷电破坏，立轴的顶端和两层六片lfe叶支撑轴外端都设有放电尖端，既避雷针，经支撑
轴、钢绞线、主轴联为一体，为避免雷电电流烧伤轴承，通过多套大面积的滑环和含铜炭刷与防雷接地网相连。二、 发电机
1、发电机定、转子由上下两层风机主轴直接驱动，转子上镶嵌着由钕铁硼永磁体构成的多极发电机 磁场，以适应风机主轴的低转速需要。当这个磁场随上层风机旋转时，切割随下层风机反向旋转的定子线 圈，可使切割线速度倍增，减少电机磁对数，縮小发电机的体积，而产生的电能由上、下两层风机功率的 叠加后转化，输出功率倍增。
2、为了调整上网电压和无功功率，与现有的各种永磁电机不同，特殊结构的钕铁硼永磁体多极磁极
与定子铁心之间，磁力间隙可调整。
三、 考动控制系统
1、 本风力发电机组的自动控制系统由双层水平反向平旋转随动变角桨叶计算机控带J系统和若干可编 程控制器及风向、风速传感器、定子线圈温度传感器、主轴转速传感器、输出电压变送器、电流变送器、 有功功率变逢器、无功功率变送器、等诸多传感器、变送器和若干电动,机构组成。控制双层水平反向. 旋转随动变角桨叶边推动主轴旋转边自行调整iS风、顺风角度。
2、 为考虑到电网事故、故障、本机检修、自然灾害和在各种极端情况下都能泰然处置.保证以工控 机为核心的控制系统不间断的正常工作，确保电动执行机构能准确无误地把浆叶调整到需要的位置，控制 电源采用配置了带浮充电源的蓄电池的直流供电系统。
3、 当遇到风力达到IO级以上等极端情况时，双层六片桨叶自动调整迎风角度，直至调至0度(既 与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。
4、 通过自动控制系统调整磁场间隙和调整迎风面桨叶角度，使周波、.电压、无功功率与系统平衡， 并获得最大输出的有功功率。
5、 并网控审J"系统本系统用作风力发电机组安全并入和退出电网系统。因采用特殊结构，可调磁隙 的永磁同步发电机，所以此风力发电机组并入和退出电网与传统的水电、火电机組并无两样。
四、 与现有的风力发电机组比较，此双层水平反向旋转随动变角浆叶直接驱动永磁同步风力发电机 组有以下优势
1、 因为大半径、大面积的浆叶是直接被风推动而不是切风，且在直径恥ra长的迎风面上全面收集风
能；所以可捕捉到更大的能量，因而可以做到i2柳这样大的单机容量。
2、 因发电机定、转子反向旋转直接驱动，省去了机械损耗很大且故障率高的加速齿轮箱，降低了整 机的造价，同时提高了效率并具有高可靠性。
3、 风机整体结构为柔性连接，从根本上解决了风机浆叶余年运行材料疲劳损坏的问题，桨叶材料选 择范围宽，造价低。
4、 因风机的双层桨叶绕立轴水平反向旋转，塔架承受的侧向力趋零，主要承担风力发电机组的自
重力，所以对塔架的要求不高，甚至可在高层建k物的顶层安装。这样就大大降低了风机和风电场的造价。
具体实施例方式
一、 本人自2005年起，利用业余时间研制此风力发电机，经过几年的努力，在制作出一台小模型机 的基础上，完成其全部的设计理念，并付诸-实施。
二、 200KW模型机正在制作中。
权利要求
一、本发明的技术特征主要有立轴、双层水平反向旋转随动变角浆叶、整体柔性连接的的风机。在全直径范围内最大限度地把风能转化为上、下两根反向旋转的风机主轴旋转的机械能，直接驱动发电机的定、转子反向旋转，转速加倍，输出功率叠加。
1、 立轴、双层水平反向旋转随动变角浆叶、整体柔性连接的风机。
2、 双层随动变角桨叶计算机控制系统。
3、 转子是钕铁硼永磁体构成的可调磁力间隙的多极磁场,定子线圈通过滑环和电刷输出，转子、定 子相对反向旋转，1t殊结构的永磁同步发电机。
全文摘要
本发明“12MW双层水平反向旋转随动变角桨叶直驱同步风力发电机”属新型、绿色、可再生能源技术领域，风力发电技术。完全自主知识产权。主要解决了如下技术问题一、在《6MW水平旋转随动变角桨叶立轴直驱永磁同步风力发电机组》风电技术的基础上进一步研究开发。采用双层水平反向旋转随动变角的大直径，大面积，主要靠钢绞线柔性连接浆叶结构的风机。二、上、下两个风机经专用控制系统保证双层桨叶边推动上、下主轴反向旋转边自行调整迎风、顺风角度，直接驱动发电机的定、转子反向旋转，转速加倍，功率叠加。三、特殊结构的发电机由钕铁硼永磁体多极可调磁力间隙的转子与反向旋转带滑环的定子构成。四、因单机容量高达12MW，节省大量的基础和配套费用，用其建造风电场的总费用可降低40％以上。
文档编号H02K16/00GK101550910SQ200810189739
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者徐锦镛 申请人:徐锦镛