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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510003625.8 (22)申请日 2015.01.06 F03D 1/02(2006.01) F03D 7/04(2006.01) F03D 9/00(2006.01) (71)申请人 徐文章 地址 400021 重庆市江北区玉带山 44 号附 26 号 (72)发明人 不公告发明人 (54) 发明名称 两端直驱风力发电机 (57) 摘要 本发明公开了一种两端直驱风力发电机，包 括前端风轮、前端变桨距装置、双轴伸永磁同步发 电机、后端风轮和后端变桨距装置，其前端风轮和 后端风轮轮毂分别直接固定于发电机旋转轴的两 端；由于采取了。
2、双级风轮同轴直驱方式，设备结 构简单、紧凑、可靠性和风能利用率都较高。两端 直驱风力发电机，其采用的变桨距调节方式，即通 过让一个风轮提供正向驱动力距，另一个风轮产 生逆向阻力距的方式，大幅提高了风力发电机的 切出风速 ；由此产生的运行控制模式还进一步提 高了设备的可靠性；所述变桨距调节方式，适合 于所有两级风轮同轴联接或者同轴线串接的双风 轮风力发电机。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104500328 A (43)申请公布日 2015.04.08 CN 104500328 。
3、A 1/1 页 2 1.两端直驱风力发电机，包括前端风轮、前端变桨距装置、永磁同步发电机、后端风轮 和后端变桨距装置，其特征在于，所述前端风轮、所述永磁同步发电机和所述后端风轮沿驱 动风轮的风力方向依次排列。 2.根据权利要求 1 所述的两端直驱风力发电机，其特征在于，所述永磁同步发电机，其 旋转轴为中空结构，其旋转轴贯穿设备并两端都向外伸出。 3.根据权利要求 1 所述的两端直驱风力发电机，其特征在于，所述前端风轮包括前端 叶片和前端轮毂，所述前端轮毂直接或者通过风轮轴固定于所述永磁同步发电机旋转轴的 前端。 4.根据权利要求 1 所述的两端直驱风力发电机，其特征在于，所述前端风轮的叶片桨 。
4、距角通过所述前端变桨距装置调节，其叶片桨距角的调节范围为 0 118，即根据需要， 通过调节所述前端风轮的叶片桨距角，所述前端风轮对所述永磁同步发电机旋转轴既能提 供正向驱动力距，又能产生逆向阻力距。 5.根据权利要求 1 所述的两端直驱风力发电机，其特征在于，所述后端风轮包括后端 叶片和后端轮毂，所述后端轮毂直接或者通过风轮轴固定于所述永磁同步发电机旋转轴的 后端。 6.根据权利要求 1 所述的两端直驱风力发电机，其特征在于，所述后端风轮的叶片桨 距角通过所述后端变桨距装置调节，其叶片桨距角的调节范围为 0 118，即根据需要， 通过调节所述后端风轮的叶片桨距角，所述后端风轮对所述永磁同步发。
5、电机旋转轴既能提 供正向驱动力距，又能产生逆向阻力距。 权 利 要 求 书CN 104500328 A 1/3 页 3 两端直驱风力发电机 技术领域 0001 本发明属于风力发电技术领域，涉及一种双级风轮的风力发电机，特别是其前端 风轮、后端风轮与发电机的布置及其连接方式，以及两级风轮叶片独特的变桨距调节方法。 背景技术 0002 风电是世界上公认的最接近商业化、市场竞争最强的可再生能源技术之一，而应 用中的水平轴风力发电机都只是在发电机一端布置风轮的风力发电机，且由于这些风力发 电机的切出风速都不高，限制了风速的可应用范围，在风速经常性会大于切出风速的地区， 影响设备长期稳定地与公共电网并网。
6、发电。设计者本着提高风力发电机的切出风速即扩展 风速应用范围，增加风能利用效率，并出于设备长期安全运行可靠性考虑，推出一种双级风 轮的两端直驱风力发电机。 发明内容 0003 本发明提供了一种两端直驱风力发电机，其目的是要提高风能利用效率，解决应 用中的风力发电机切出风速不高的问题 ； 为实现上述目的，其技术解决方案是 ：一种两端直驱风力发电机，包括前端风轮、前端 变桨距装置、永磁同步发电机、后端风轮和后端变桨距装置 ；所述前端风轮、所述永磁同步 发电机和所述后端风轮沿驱动风轮的风力方向依次排布。 0004 上述所述永磁同步发电机为内转子结构或者外转子结构或者盘式结构，其旋转轴 为中空结构，其。
7、旋转轴贯穿设备并两端都向外伸出 ； 优选地，所述永磁同步发电机为内转子（磁极）、外定子（绕组）结构。 0005 上述所述前端风轮包括前端叶片和前端轮毂，其前端轮毂直接或者通过风轮轴固 定于上述所述永磁同步发电机旋转轴的前端 ； 优选地，所述前端叶片的数量为 2 片 ； 优选地，所述前端轮毂直接固定于所述永磁同步发电机旋转轴的前端。 0006 上述所述前端风轮的叶片桨距角通过上述所述前端变桨距装置调节 ； 优选地，所述前端风轮的叶片桨距角的调节范围为 0 118，即根据需要，通过调节 所述前端风轮的叶片桨距角，所述前端风轮对上述所述永磁同步发电机旋转轴既能提供正 向驱动力距、又能产生逆向阻力距。。
8、 0007 上述所述后端风轮包括后端叶片和后端轮毂，其后端轮毂直接或者通过风轮轴固 定于上述所述永磁同步发电机旋转轴的后端 ； 优选地，所述后端叶片的数量为 2 片 ； 优选地，所述后端叶片为对称翼型 ； 优选地，所述后端轮毂直接固定于所述永磁同步发电机旋转轴的后端。 0008 上述所述后端风轮的叶片桨距角通过上述所述后端变桨距装置调节 ； 优选地，所述后端风轮的叶片桨距角的调节范围为 0 118，即根据需要，通过调节 说 明 书CN 104500328 A 2/3 页 4 所述后端风轮的叶片桨距角，所述后端风轮对上述所述永磁同步发电机旋转轴既能提供正 向驱动力距、又能产生逆向阻力距。 附图说。
9、明 0009 图 1 为两端直驱风力发电机示意图 ； 图2为图1的右视图； 图 3 为两端直驱风力发电机典型结构示意图 ； 图 4 为应用示意图一 ； 图 5 为应用示意图二 ； 图 6 为应用示意图三。 具体实施方式 0010 如图 1、图 2 和图 3 所示，两端直驱风力发电机包括前端风轮 1、前端变桨距装置、 双轴伸永磁同步发电机 2、后端风轮 3、后端变桨距装置、电机舱 5、塔架 6 等等 ；所述前端风 轮 1 包括前端叶片 11 和前端轮毂 12，所述后端风轮 3 包括后端叶片 31 和后端轮毂 32 ；前 端风轮 1、永磁同步发电机 2 和后端风轮 3 沿驱动风轮的风力方向依次排布。
10、。 0011 两端直驱风力发电机，其前端风轮 1、后端风轮 3 通过前端变桨距装置、后端变桨 距装置分别调节前端叶片 11 和后端叶片 31 的桨距角。 0012 两端直驱风力发电机，其前端轮毂 12、后端轮毂 32 分别直接固定于发电机旋转轴 4 的前端和后端。 0013 两端直驱风力发电机，其日常运行模式是 ：前端叶片 11 的桨距角 0 90范围保 持一个相对固定值，通过后端变桨距装置自动调节后端叶片 31 的桨距角，控制发电机旋转 轴 4 的转速大小，保证双轴伸永磁同步发电机 2 正常运转。 0014 上述日常运行模式的具体操作是：当风速大于等于切入风速、且接近或者小于 25m/s 时。
11、，在设备以常规方式正常启动后，前端叶片 11 的桨距角在 0 90（即提供正向 驱动力距的位置）范围保持相对固定，只是在 0 90范围调节后端叶片 31 的桨距角，就 能够控制发电机旋转轴 4 的转速大小，此时，前端风轮 1 和后端风轮 3 共同相向直接正向驱 动双轴伸永磁同步发电机 2 按其额定功率正常工作 ； 当风速接近或者大于25m/s、且小于安全风速的75%或者更低时，前端叶片11的桨距角 进行对应适度调整后保持相对固定，此时，只是通过后端变桨距装置在 0 90范围调节 后端叶片31的桨距角，已难以或者不能控制发电机旋转轴4的转速大小，此时，两端直驱风 力发电机选择通过后端变桨距装置在。
12、90118范围调节后端叶片31的桨距角，通过产生 逆向阻力距的方式，控制发电机旋转轴4的转速大小，此时，前端风轮1提供正向驱动力距、 后端风轮 3 提供逆向阻力距的方式保证双轴伸同步发电机 2 按其额定功率正常工作。 0015 上述日常运行模式中前端叶片 11 的桨距角保持一个相对固定值（其大小可根据 两端直驱风力发电机的额定风速和当前一段时间风电场的平均风速而定），其目的，一是从 提高设备的可靠性考虑，让前端变桨距装置经常性地处于备用状态 ；二是让控制模式简单 化。 0016 两端直驱风力发电机，在设备运行过程中，当后端变桨距装置出现突发性故障而 说 明 书CN 104500328 A 3/。
13、3 页 5 无法调节后端叶片 31 的桨距角时，可选择启用备选安全运行模式，此时，后端叶片 31 的桨 距角（故障时所处位置一般应在 0 90之间）保持固定，通过前端变桨距装置自动调节前 端叶片 11 的桨距角，控制发电机旋转轴 4 的转速大小，保证双轴伸永磁同步发电机 2 正常 运转。具体操作方法参照上述日常运行模式。 0017 两端直驱风力发电机，通过上述所述独特的变桨距调节方法，成功实现提高风力 发电机的切出风速即扩展风速应用范围的目的，且似乎不再有传统意义上的切出风速概 念，出于对设备、特别是对风轮叶片保护考虑，切出风速设定为安全风速的 75% 或者更低。 0018 两端直驱风力发电机。
14、，通过上述所述日常运行模式和备选安全运行模式，提高了 风力发电机的可靠性，可确保设备长期稳定地供电，直到用电低峰时或者设备大修期间安 排进行检修。 0019 两端直驱风力发电机，除了常规停机模式外还可选择后端变桨距装置直接在 90 118范围调节后端叶片 31（优选对称翼型）桨距角，通过后端风轮 3 对发电机旋转 轴 4 提供适度大小的逆向阻力距，实现气动减速停机，减少机械刹车对传动系统的冲击。 0020 两端直驱风力发电机，其发电机旋转轴 4 使用空心轴的目的，一是为减轻机组的 重量，二是为方便电缆走线 ；通过在空心轴径向方向钻孔，圆周滑轨或者滑环方式，解决风 轮轮毂及其叶片内部供电和控制信。
15、号传达问题。 0021 由于双级风轮机组风能利用率通常高于单级风轮机组，在相同功率下，双级风轮 机组所用叶片较短、单支叶片重量较轻，加之一级风轮和二级风轮都采用两支叶片，这样可 减轻因增加一级风轮后而给机组增加的重量。 0022 如图4、图5和图6所示（其中1为前端风轮，2为双轴伸永磁同步发电机，3为后端 风轮，4为发电机旋转轴，7为联轴器，8为变速齿轮箱，9为鼠笼型异步发电机或者双馈异步 发电机），上述所述变桨距调节方式，适合于所有两级风轮同轴连接或者同轴线串接的双风 轮风力发电机。 0023 以上所述，仅是本发明的一些较佳优选方式而已，并非对本发明作任何形式上的 限制，任何人员利用上述提示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或者装饰，均落在本 发明保护范围内。 说 明 书CN 104500328 A 1/2 页 6 图1 图2 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104500328 A 2/2 页 7 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104500328 A 。