【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁流变风力发电机，具体涉及一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机的原理及其设计方法，属于风力发电机。
技术介绍
1、磁流变液是一种特殊的流体，其流变性质可以通过外加磁场进行可控调节。它由微米级的磁性颗粒悬浮在胶体溶液或油基液体中组成。这些磁性颗粒在没有外加磁场时会以无规则的方式分散在基础液体中，表现出类似于牛顿液体的流动性。当外加磁场作用于磁流变液时，这种智能材料可以在毫秒级时间内从液态迅速转变为半固态，实现可逆的相变过程。磁流变液具有快速响应和可控性等特点。由于其特性，基于磁流变液设计的制动器具有简单的结构，减少摩擦磨损，并能实现过载保护。相比传统制动器，磁流变制动器能够提供可调制的制动力。通过调整磁场的强度，可以灵活地控制制动器的输出，以适应不同的工作需求。
2、风力发电机是一种能够将风的动能转换为电能的设备。在其运行过程中，受到外部风速的广泛影响。研究发现，风力发电机的转速与风速呈现线性关系。当风速达到400m/s时，涡轮发电机的转速可能超过20000r/min，这可能导致风力发电机的关键部件，如轴承和转子，在短时间内经受巨大的磨损，极易发生失效。与此同时，发电机的输出电压与转速成正比关系。在高转速环境下，容易导致风力发电机电子线路中的电子元件被击穿或烧坏。因此，在实际应用中，必须对风力发电机的转速进行有效控制，以确保其不超过规定数值。这种保护措施有助于保护风力发电机的稳定运行并延长其使用寿命。
3、目前有三种主要方法用于控制风力发电机的转速：一是根据气动力学理论设计合理的内流场，以减
4、经过研究分析，设计一种新型的基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，在低风速、较高风速下，使其通过磁流变制动器对转轴转速精确高效控制。更高风速的恶劣环境下，通过电磁铁离合器将涡轮驱动轴与发电从动轴分离，实现对风力发电机的主动过载保护。
5、通过专利检索，存在有以下已知的技术方案：申请号：cn201711095418.5，申请日：2017.11.09，公开公告日：2018.02.23，本专利技术公开一种新型风力发电机驱动系统及其控制方法,所述驱动系统设置在连接风力涡轮机主轴与发电机主轴的转轴外侧,包括一隔磁箱体及设置在隔磁箱体内的第一永磁体、第二永磁体和第一电磁体、第二电磁体,第一电磁体和第二电磁体,第一永磁体设置在转轴的外侧,与转轴外壁固连且可同步转动；第二永磁体与第一永磁体磁场方向相反；第一电磁体和第二电磁体通电后,第一电磁体的磁性与第一永磁体的磁场方向相反,而第二电磁体的磁性与第一永磁体的磁场方向相同；通过检测发电机转速及外界风速,对第二永磁体、第一电磁体和第二电磁体分别作出相应的控制,实现发电机在额定转速下工作,不管是微风还是在台风、暴风等条件下,均可实现发电机的正常工作,有效提高风能的利用率、降低度电成本,具有广泛的推广意义和市场价值。
6、上述专利解决了风力发电机高风速下控制发电机在额定转速下的技术问题，通过无刷电机定子驱动转子转动的原理，使用电磁铁作为定子对作为转子的发电机主轴进行转速控制，暂时不能实现对转轴转速的精确控制。由于其控制过程中，需要对电磁铁通大电流且需要持续，成本较高。
7、通过专利检索，存在以下已知的技术方案：申请号：cn202110541888.x，申请日：2021.05.18，公开公告日：2022-07-15，本专利技术公开了一种磁流变级联式发电机,属于风力发电领域。主要由一级发电机、二级发电机、磁流变离合器三部分组成。涡轮在风力作用下转动,带动旋转轴转动,一级发电机产生电能输出,对线圈施加控制电流,磁流变离合器开始工作,对旋转轴产生阻尼力矩,内筒同时受传递力矩开始旋转,二级发电机产生电能输出。本专利技术专利能够在相同转速下产生更高的电能输出,提高风力涡轮发电机能量转化效率；并且通过磁流变液产生可控的阻尼力矩,对发电机的转速进行精确控制。
8、上述专利解决了风力发电机转速过高致使发电机零件磨损失效及电路损坏的问题以及转速控制后风力发电机电能输出较低的问题。巧妙地利用磁流变液特殊的材料性能，设计一种磁流变离合器，在控制发电机转速的同时实现了发电机的多级输出。并且实现了对转轴转速的精确控制。由于对转速的控制全然依赖于磁流变液，缺少对更高转速下的保护措施，高风速下仍可能发生主轴与轴承的损坏。
9、通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本专利技术的新颖性，并且以上专利文件的相互组合没有破坏本专利技术的创造性。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术公开的一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，要解决的技术问题为：风力发电机转速过高致使发电机零件磨损失效及电路损坏的问题。利用电磁铁，设计一种电磁铁离合器，结合磁流变液特殊的材料性能，在控制发电机转速的同时实现了在超高风速下对发电机所在轴和转子的保护。同时整体结构上该风力发电机具有以下优点：(1)小型发电机；(2)抗过载能力强；(3)转速精确控制；(4)响应速度快；(5)能量转化效率高；(6)工作原理简单易理解(7)结构可靠，可工作环境多；(8)制造工艺成熟。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
3、本专利技术公开的的一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，其中包括电磁铁离合器，一个发电机组，及磁流变制动器。励磁线圈通过控制电流产生磁场，由于磁流变液自身的特性，当磁场通过制动器中的磁流变液间隙，使得磁流变液发生相应得流变效应。在流变效应下，磁流变液发生固化，其对从动轴得阻尼力矩提高，从而可以降低浸没在磁流变液中得轴体的转速。当从动轴低于额定转速时，通过通入电磁铁离合器控制电流使两级电磁铁间产生吸引力，驱动轴与从动轴的齿轮啮合，使得从动轴随驱动轴转动。当风速过高，从动轴转速高于额定转速时，超过了磁流变液减速的极限，通过通入电磁铁离合器控制电流使得两级电磁铁间产生斥力，使得驱动轴与从动轴齿轮主动分离，而当从动轴转速低于额定转速时，通过通入电磁铁离合器控制电流使得两级电磁铁间产生吸引力，重新使得驱动轴与从动轴齿轮啮合，从动轴重新跟随驱动轴转动。实现对发电机所在从动轴过载情况的保护。
4、有益效果：
5、1、本专利技术公开的一种磁流变风力发电机材料主要为铁和铝，来源丰富、存量巨大、生产成本低廉，同时其中使用的相关结构主体制造工艺成熟，是一个经济可行的方案。
6、2、专利技术公开的一种磁流变风力发电机，不同于传统的风力发电机结构。巧妙运用了磁流变离合器，实现了对风力发电机转轴转速的精确控制，控制精度高，响应速度快。
7、3、本专利技术公开的一种磁流变风力发电机采用电磁铁离合器，在转速控制的同时，实现了在高风速，恶劣工作环境下对发电机所在从动轴的保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，其特征在于：该发电机包括：电磁铁离合器、发电机组、磁流变制动器；电磁铁离合器包括涡轮(16)、驱动轴(14)、深沟球轴承(1)、上端盖(15)、两级电磁铁(2)、从动轴(13)，驱动轴(14)与从动轴(13)面上有啮合齿，所述结构可通过电磁铁吸引或排斥力进行啮合或分离；发电机组包括一对转子磁体(3)，一个定子线圈(10)，从动轴(13)与壳体(6)之间有深沟球轴承，所述结构中由从动作带动转子磁体(3)与定子线圈(10)之间产生磁通量变化输出电能；磁流变制动器包括励磁线圈(4)、磁流变液(5)、轴联圆盘(9)。磁流变液填充在轴联圆盘之间，所诉结构中由励磁线圈(4)产生磁场使磁流变液固化，增加阻尼力矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，其特征在于：所述电磁铁离合器中上级电磁铁与驱动轴(14)固定，在所述驱动轴(14)与上级电磁铁之间通过深沟球轴承(1)连接，深沟球轴承与驱动轴(14)通过过盈配合固定，所述电磁铁离合器中下级磁体与壳体(6)固定，下级磁体与从动轴(13)间存在间隙，采用非接触形式。<...
【技术特征摘要】
1.一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，其特征在于：该发电机包括：电磁铁离合器、发电机组、磁流变制动器；电磁铁离合器包括涡轮(16)、驱动轴(14)、深沟球轴承(1)、上端盖(15)、两级电磁铁(2)、从动轴(13)，驱动轴(14)与从动轴(13)面上有啮合齿，所述结构可通过电磁铁吸引或排斥力进行啮合或分离；发电机组包括一对转子磁体(3)，一个定子线圈(10)，从动轴(13)与壳体(6)之间有深沟球轴承，所述结构中由从动作带动转子磁体(3)与定子线圈(10)之间产生磁通量变化输出电能；磁流变制动器包括励磁线圈(4)、磁流变液(5)、轴联圆盘(9)。磁流变液填充在轴联圆盘之间，所诉结构中由励磁线圈(4)产生磁场使磁流变液固化，增加阻尼力矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁铁离合器的磁流变风力发电机，其特征在于：所述电磁铁离合器中上级电磁铁与驱动轴(14)固定，在所述驱动轴(14)与上级电磁铁之间通过深沟球轴承(1)连接，深沟球轴承与驱动轴(14)通...
【专利技术属性】
技术研发人员：代俊，朱泰荣，于锦，武剑温，谢峤峰，于宁，万高，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。