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专利号: 2018100567814
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;其他类目中不包括的产生机械动力或反推力的发动机
更新日期:2025-04-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种磁悬浮混合风力发电系统,其特征包括机舱、发电机、机舱旋转体、垂直轴旋转体、垂直轴定子绕组、悬浮绕组、阻尼绕组、复合塔架、以及电气控制单元,协同完成水平轴风力发电、水平轴机舱主被动偏航以及垂直轴风力发电;所述机舱前端设置风机桨叶,捕获高纬度水平风能并驱动发电机发电,机舱上端设置风速风向测试仪;所述机舱旋转体为圆盘形结构,上端为圆柱形机舱支撑,和机舱底部刚性联接,下端为圆柱形悬浮约束轴,通过球形滚珠内嵌在机舱托撑内,限制机舱旋转体悬浮俯仰;所述旋转T型槽设置在机舱旋转体的圆盘上端,为垂直轴旋转体的旋转轨道,限制机舱旋转体俯仰;所述偏航锁存为8个电磁绕组,分别设置在旋转T型槽上侧的内外圆环中,上电制动将机舱旋转体和垂直轴旋转体构成一体,驱动机舱悬浮偏航;所述阻尼绕组位于机舱旋转体T型槽下端,调控垂直轴旋转体的悬浮磁场和电磁转矩;所述垂直轴旋转体包括T型旋转轨、垂直桨叶、变桨伺服伺服电机、以及垂直轴定子绕组,协同完成垂直轴风力发电以及水平轴机舱的主被动偏航;所述T型旋转轨内嵌在机舱旋转体T型槽内,严防垂直轴旋转体倾覆和俯仰;所述垂直桨叶为低高度风能的捕获单元,共有4个,为机舱悬浮被动偏航和垂直轴旋转体悬浮驱动发电提供转矩;所述变桨伺服伺服电机安装在垂直桨叶上端,经变速齿轮与垂直桨叶旋转轴机械耦合,改变垂直桨叶迎风面积,调控垂直轴风能捕获;所述垂直轴定子绕组为机舱主动偏航和低高度风能捕获绕组,在悬浮磁场辅助作用下驱动机舱主被动偏航和垂直轴风能捕获。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮混合风力发电系统,其特征是所述复合塔架包括机舱托撑和塔架底撑,支撑机舱旋转体、垂直轴旋转体以及机舱;所述机舱托撑为圆形凹槽,凹槽内直径为机舱旋转体外径,凹槽底部设置圆环状摩擦片,中心设置圆柱形凹槽,放置悬浮约束轴,限制机舱旋转体偏航俯仰和轴向旋转;所述悬浮绕组设置在机舱托撑下部、圆形环带内,共有16个绕组,按照N/S顺序排列,调控悬浮绕组电流改变垂直轴旋转体的悬浮高度,实施水平轴机舱偏航和垂直轴发电;所述塔架底撑与机舱托撑刚性联结,内部设置电气控制单元,经电源线通道与发电机、垂直轴定子绕组、悬浮绕组以阻尼绕组相联结,调控水平和垂直轴风能捕获以及汇流馈网。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮混合风力发电系统,其特征是所述电气控制单元包括机侧变流器、网侧变流器、升压变压器、BUCK-BOOST变流器、垂直轴双向变流器、H桥变流器、两BUCK变流器以及DSP28035主控单元;所述机侧变流器为可控PWM整流器,位于发电机后侧,将发电机输出的交流电整流,采用占空比调控实施高纬度风能最大捕获;所述网侧变流器为三相能量双向可控变流器,占空比调控维持直流母线电压恒定;所述BUCK-BOOST变流器为能量双向流动的升降压变压器,BOOST升压将垂直轴风力发电捕获能量升压并汇流至机侧变流器直流母线,BUCK降压将机侧变流器母线降压为垂直轴双向变流器和H桥变流器提供能量;所述垂直轴双向变流器为整流和逆变两种模式变流器,逆变模式为垂直轴定子绕组提供三相交流电能,产生电磁转矩驱动机舱偏航,整流模式将垂直轴定子绕组捕获和转化的交流整流,并经BUCK-BOOST升压汇流至机侧变流器直流母线;所述H桥变流器为悬浮绕组电流控制变流器,与悬浮绕组直流联接,占空比和方向协同改变,实施垂直轴旋转体悬浮高度调控;所述两BUCK变流器包括BUCK变流器1和BUCK变流器2,BUCK变流器1和阻尼绕组相连,控制悬浮磁场密度和垂直轴风机捕获功率,BUCK变流器1与伺服电机相连,调节垂直轴桨叶迎风面积,实施水平轴机舱悬浮下被动偏航和垂直轴风力发电的最大风能捕获;

DSP28035主控单元采集电流、电压、风速风向、发电机转速、垂直轴旋转体转速,对电气控制单元内的变流器实施控制。