【所属领域】

能源环保

【痛点问题】

现有风力发电系统，广泛存在“低变速”到“高恒速”的变速传动需求，即需要通过将低速不稳定的风速转化为电机的高速恒定运行，以进行稳定发电。传统采用机械式变速齿轮箱需要配备润滑油、冷却系统，同时会带来噪声、振动等降低可靠性的问题。同时，由于风速的不稳定导致发电机端电压波动，需要通过变频装置挂网，由于风力发电机组装机容量的不断增大，所需要配置的大容量变频器十分昂贵，使得整套风力发电机系统的成本升高。

【成果介绍】

所提出的一种磁场调制型磁力联轴器，可以应用于风力发电机，同时实现“变速与恒频”的传动作用，既起到变速齿轮的作用，同时又可取代传统的变频装置，从而大幅提升传动系统的可靠性与经济性。

本成果为磁场调制型磁力联轴器，其结构主要由永磁转子、磁调制环和铜转子构成，同时应用了磁场调制效应和电磁感应原理。当磁场调制型磁力联轴器应用于风力发电机系统时，铜转子和同步发电机转子同轴旋转，具有恒定的高转速，永磁转子与风叶同轴旋转，具有变化的低转速。波动的低速永磁转子产生的磁场经过调制环产生一个波动的高速调制磁场，并在铜转子上感应出涡流，铜环上的涡流感应出的磁场可始终与调制磁场保持同步旋转，因此，永磁转子和铜转子之间能产生稳定不变的转矩，即通过所提出的磁场调制型磁力联轴器，风力发电机可以从变化的风能中持续稳定的输出电能。

图1 磁场调制型磁力联轴器结构示意图

图2 应用了磁场调制型磁力联轴器的风力发电机系统示意图

【技术优势】

1. 相比通过机械齿轮箱与变频器实现升速恒频的风力发电系统，磁场调制型磁力联轴器无需润滑、自带软启动、过载保护和可靠性高等优点，同时省去了大容量变频器，极大程度节约了风力发电系统的成本。

2. 现有的磁力齿轮，只适用于变比恒定的传动，如果速比不断变化，则无法稳定地传递功率和转矩；而现有的异步磁力联轴器，虽可以实现“变速”到“恒速”的稳定传动，但仅在变速比接近1的情况下具有较高的效率，起不到变速齿轮的作用。所提出的磁场调制型磁力联轴器，可以在变速比不断变化的情况下，仍平稳地传递功率和转矩，并维持较高的传动效率。同时，通过合理选择此装置各部分的结构尺寸，本变速装置能达到较高的转矩密度，具有较大的转矩传递能力。

【性能指标】

主要性能指标对比如下表：

【资质荣誉】

获第47届日内瓦国际发明展金奖。

【技术成熟度】

已有样品/样机。

【团队介绍】

创新电机技术研究中心依托华中科技大学电气与电子工程学院、强电磁工程全国重点实验室和新型电机技术国家地方共建联合工程研究中心，成立于2011年9月，以满足国家和地方电机企业技术需求为目标，以雄厚的科研实力和先进的研发理念为手段，围绕高端电机设计、分析、驱动、控制及电力电子系统开展工作，从拓扑结构和理论方面开拓创新。研究领域包括：磁场调制永磁电机系统、航空电机系统、大型永磁风力发电机、超导电机、牵引及伺服电机、以及电力电子系统等。成立至今已发展成为我国电机领域综合实力和创新成果突出的团队，并在国际领域享有一定的知名度。

【产业化应用】

本成果可以应用于风力发电的新能源领域，和船舶推进、陆上战车等军事装备领域。该成果的应用有望突破现有基于齿轮箱的刚性连接机械传递或推进轴系抗冲击性差、轴承磨损、噪声大等问题，有利于引导风力发电系统往高功率密度、高可靠性发展，舰船、战车等军事装备向超高隐蔽性、安全性的方向发展。同时，该技术也有利于促进多介质隔离密封技术的发展，可能为超高压介质耿立、超深海舰船设备密封、核动力密封安全提供新颖的原创性技术。

知识产权

该成果包括多项已授权中国发明专利。

合作方式

专利许可、专利转让、作价投资、合作开发、面谈等。

【联系方式】

CG24019