【所屬領(lǐng)域】
能源環(huán)保
【痛點(diǎn)問(wèn)題】
現有風(fēng)力發(fā)電系統，廣泛存在“低變速”到“高恒速”的變速傳動(dòng)需求，即需要通過(guò)將低速不穩定的風(fēng)速轉化為電機的高速恒定運行，以進(jìn)行穩定發(fā)電。傳統采用機械式變速齒輪箱需要配備潤滑油、冷卻系統，同時(shí)會(huì )帶來(lái)噪聲、振動(dòng)等降低可靠性的問(wèn)題。同時(shí)，由于風(fēng)速的不穩定導致發(fā)電機端電壓波動(dòng)，需要通過(guò)變頻裝置掛網(wǎng)，由于風(fēng)力發(fā)電機組裝機容量的不斷增大，所需要配置的大容量變頻器十分昂貴，使得整套風(fēng)力發(fā)電機系統的成本升高。
【成果介紹】
所提出的一種磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器，可以應用于風(fēng)力發(fā)電機，同時(shí)實(shí)現“變速與恒頻”的傳動(dòng)作用，既起到變速齒輪的作用，同時(shí)又可取代傳統的變頻裝置，從而大幅提升傳動(dòng)系統的可靠性與經(jīng)濟性。
本成果為磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器，其結構主要由永磁轉子、磁調制環(huán)和銅轉子構成，同時(shí)應用了磁場(chǎng)調制效應和電磁感應原理。當磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器應用于風(fēng)力發(fā)電機系統時(shí)，銅轉子和同步發(fā)電機轉子同軸旋轉，具有恒定的高轉速，永磁轉子與風(fēng)葉同軸旋轉，具有變化的低轉速。波動(dòng)的低速永磁轉子產(chǎn)生的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)調制環(huán)產(chǎn)生一個(gè)波動(dòng)的高速調制磁場(chǎng)，并在銅轉子上感應出渦流，銅環(huán)上的渦流感應出的磁場(chǎng)可始終與調制磁場(chǎng)保持同步旋轉，因此，永磁轉子和銅轉子之間能產(chǎn)生穩定不變的轉矩，即通過(guò)所提出的磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器，風(fēng)力發(fā)電機可以從變化的風(fēng)能中持續穩定的輸出電能。
圖1 磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器結構示意圖
圖2 應用了磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器的風(fēng)力發(fā)電機系統示意圖
【技術(shù)優(yōu)勢】
1. 相比通過(guò)機械齒輪箱與變頻器實(shí)現升速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統，磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器無(wú)需潤滑、自帶軟啟動(dòng)、過(guò)載保護和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)省去了大容量變頻器，極大程度節約了風(fēng)力發(fā)電系統的成本。
2. 現有的磁力齒輪，只適用于變比恒定的傳動(dòng)，如果速比不斷變化，則無(wú)法穩定地傳遞功率和轉矩；而現有的異步磁力聯(lián)軸器，雖可以實(shí)現“變速”到“恒速”的穩定傳動(dòng)，但僅在變速比接近1的情況下具有較高的效率，起不到變速齒輪的作用。所提出的磁場(chǎng)調制型磁力聯(lián)軸器，可以在變速比不斷變化的情況下，仍平穩地傳遞功率和轉矩，并維持較高的傳動(dòng)效率。同時(shí)，通過(guò)合理選擇此裝置各部分的結構尺寸，本變速裝置能達到較高的轉矩密度，具有較大的轉矩傳遞能力。
【性能指標】
主要性能指標對比如下表：
性能指標 |
本成果 |
同類(lèi)成果 |
轉矩密度 |
200kNm/m3 |
160kNm/m3 |
傳動(dòng)效率 |
~93% |
~90% |
【資質(zhì)榮譽(yù)】
獲第47屆日內瓦國際發(fā)明展金獎。
【技術(shù)成熟度】
已有樣品/樣機。
【團隊介紹】
創(chuàng )新電機技術(shù)研究中心依托華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、強電磁工程全國重點(diǎn)實(shí)驗室和新型電機技術(shù)國家地方共建聯(lián)合工程研究中心，成立于2011年9月，以滿(mǎn)足國家和地方電機企業(yè)技術(shù)需求為目標，以雄厚的科研實(shí)力和先進(jìn)的研發(fā)理念為手段，圍繞高端電機設計、分析、驅動(dòng)、控制及電力電子系統開(kāi)展工作，從拓撲結構和理論方面開(kāi)拓創(chuàng )新。研究領(lǐng)域包括：磁場(chǎng)調制永磁電機系統、航空電機系統、大型永磁風(fēng)力發(fā)電機、超導電機、牽引及伺服電機、以及電力電子系統等。成立至今已發(fā)展成為我國電機領(lǐng)域綜合實(shí)力和創(chuàng )新成果突出的團隊，并在國際領(lǐng)域享有一定的知名度。
【產(chǎn)業(yè)化應用】
本成果可以應用于風(fēng)力發(fā)電的新能源領(lǐng)域，和船舶推進(jìn)、陸上戰車(chē)等軍事裝備領(lǐng)域。該成果的應用有望突破現有基于齒輪箱的剛性連接機械傳遞或推進(jìn)軸系抗沖擊性差、軸承磨損、噪聲大等問(wèn)題，有利于引導風(fēng)力發(fā)電系統往高功率密度、高可靠性發(fā)展，艦船、戰車(chē)等軍事裝備向超高隱蔽性、安全性的方向發(fā)展。同時(shí)，該技術(shù)也有利于促進(jìn)多介質(zhì)隔離密封技術(shù)的發(fā)展，可能為超高壓介質(zhì)耿立、超深海艦船設備密封、核動(dòng)力密封安全提供新穎的原創(chuàng )性技術(shù)。
知識產(chǎn)權
該成果包括多項已授權中國發(fā)明專(zhuān)利。
合作方式
專(zhuān)利許可、專(zhuān)利轉讓、作價(jià)投資、合作開(kāi)發(fā)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG24019
