CN104508298B - 风力热发电*** - Google Patents

风力热发电*** Download PDF

Info

Publication number
CN104508298B
CN104508298B CN201380039573.9A CN201380039573A CN104508298B CN 104508298 B CN104508298 B CN 104508298B CN 201380039573 A CN201380039573 A CN 201380039573A CN 104508298 B CN104508298 B CN 104508298B
Authority
CN
China
Prior art keywords
excitation
armature
induction conductivity
wind
heating agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201380039573.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104508298A (zh
Inventor
冈崎徹
中村武恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN104508298A publication Critical patent/CN104508298A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104508298B publication Critical patent/CN104508298B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/18—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/22—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus producing heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

一种风力热发电***，配备有：风力涡轮机；感应电动机(200)；绝热容器(250)；热媒流通机构(40)；磁场控制装置(30)；以及，发电单元。所述感应电动机(200)被容纳在绝热容器(250)内，并且配备有：励磁(转子)(210)，所述励磁具有连接到所述风力涡轮机的转轴(11)的励磁铁芯(211)和励磁导体(215)；以及，电枢(定子)(220)，所述电枢被布置在所述励磁(210)的外侧上并且在其间具有空隙，并且具有电枢铁芯(221)和电枢绕组(225)。所述热媒流通机构(40)在所述绝热容器(250)内流通接收到由感应电动机(200)生成的热量的热媒(400)。磁场控制装置(30)控制向电枢绕组(225)的输入电流，以便导致滑动，该滑动在因为风力涡轮机的旋转导致旋转的转子处生成负载扭矩。发电单元将来自由感应电动机(200)加热的热媒(400)的热量转换为电。

Description

风力热发电***
技术领域
本发明涉及发电***，并且具体地说涉及风力热发电***，其使用风力来生成热量，并且将该热量转换为电以发电。
背景技术
近些年来，使用可再生能量的发电***已经吸引了关注。作为这些***之一，已知通过发电机将风力涡轮机的旋转能量转换为电能的风力发电***。
作为响应，已经提出了风力热发电***，其通过利用通过感应生热(涡流)的生热的热发生器来将风力涡轮机的旋转能量转换为热能，并且将该热量转换为电能(例如参见日本公开专利No.2011-102576(PTD 1)和日本公开专利No.2012-43728(PTD 2))。
引用列表
专利文件
PTD 1：日本公开专利No.2011-102576
PTD 2：日本公开专利No.2012-43728
发明内容
技术问题
然而，在PTD 1和2中描述的风力热发电***中，需要从开始设计作为组件的热发生器，并且因此升高的成本是关心的问题。
已经鉴于上述情况而做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种风力热发电***，其中，通过使用现有技术来形成热发生器，并且因此，可以便宜地和简单地形成热发生器。
问题的解决方案
本发明的发明人将感应电动机(例如，密封电动机)的现有技术应用到热发生器，并且设计了在风力热发电***中的感应电动机的操作方法(控制)。因此，本发明的发明人完成了本发明。
根据本发明的一种风力热发电***包括：风力涡轮机；感应电动机；热媒流通机构；磁场控制装置；以及，发电部。所述感应电动机包括励磁，所述励磁具有励磁铁芯和在其周围布置的励磁导体；以及，电枢，所述电枢具有配备了面向所述励磁的凸极的电枢铁芯和围绕所述凸极缠绕的电枢绕组。所述励磁和所述电枢之一用作耦合到所述风力涡轮机的转轴的转子，并且其他用作定子。所述热媒流通机构将接收到由所述感应电动机生成的热量的热媒流通。所述磁场控制装置当所述风力涡轮机被风旋转时控制向所述电枢绕组的输入电流，以便导致滑动，所述滑动在与所述转轴协同地旋转的所述转子处产生负载扭矩。所述发电部将由所述感应电动机加热的所述热媒的热量转换为电。
根据本发明的风力热发电***，向所述热发生器应用所述感应电动机的技术，并且因此，可以便宜和简单地形成所述热发生器。利用所述风力涡轮机通过风旋转并且所述感应电动机的所述转子(所述励磁和所述电枢之一)旋转，所述磁场控制装置控制向所述电枢绕组的所述输入电流，以便导致产生所述负载扭矩的滑动，并且由此，调整在所述电枢处生成的磁场的旋转速度。结果，强制地向所述转子提供所述负载扭矩，并且与所述负载扭矩对应的感应电流流过所述励磁的所述励磁导体，并且因此，所述励磁导体产生热量。即，由防止所述转子的旋转的所述负载扭矩引起的工作负载(输出)作为损耗被转换为热量。另外，所述热媒流通机构流通所述热媒，并且由此，生成热量的所述感应电动机(励磁)可以被冷却，并且也可能防止所述励磁导体和所述电枢绕组等被烧毁。可以根据所述感应电动机的规格来酌情确定向所述电枢绕组的所述输入电流的值，使得获得规定的负载扭矩，并且，所述输入电流的所述值可以被设置为例如与额定电流(设计值)相同的电流值。随着向所述电枢绕组的所述输入电流的所述值变得更大，所述负载扭矩在原理上变得更大。然而，如果所述输入电流值太大，则所述电枢铁芯磁饱和，并且因此，所述负载扭矩达到平衡。可设想，将向所述电枢绕组的所述输入电流的所述值设置为例如所述额定电流的50％或更大或110％或更小。
通常，感应电动机包括：被从外部供应电流的初级侧电枢绕组；以及，次级侧导体(例如，鼠笼导体)，所述次级侧导体未电连接到外部，并且具有短路的相对端。在此，该次级侧大体作为励磁，并且因此，在本发明中，所述次级侧被称为“励磁”，并且在所述次级侧上的铁芯和导体分别被表达为“励磁铁芯”和“励磁导体”。通过利用所述感应电动机旋转来调整所述电枢的相位，所述感应电动机也作为发电机。一般，在本发明中，控制在所述发电机模式(其中所述感应电动机以额定旋转速度或较高速度旋转的状态)中操作的所述感应电动机。
在根据本发明的风力热发电***中，所述磁场控制装置可以向所述电枢绕组施加直流电流。
图7是示出典型的感应电动机的速度扭矩特性的一个示例的视图。如图7中所示，所述感应电动机的起动扭矩通常大于当所述感应电动机提供额定输出时的额定扭矩。所述感应电动机的输出与所述旋转速度(旋转的周数)和所述扭矩的乘积成比例。当所述磁场控制装置在因为所述风力涡轮机的旋转导致的所述转子以额定旋转电流(旋转的周数)的旋转期间向所述电枢绕组施加直流电流时，在所述电枢处产生的磁场的旋转速度变为0，并且，与原理上称为的动态制动相同的现象出现。假定所述转子是固定的，并且所述定子相对旋转，则这是与其中滑动变为100％并且所述感应电动机被起动的情况相同的情况。结果，产生与起动扭矩的数量相同数量的负载扭矩，并且，感应电流流过所述励磁的所述励磁导体，并且因此，其工作负载(输出)作为热生成而被所述励磁导体消耗。即，通过向所述电枢绕组施加直流电流，可以输出与所述起动扭矩相同的扭矩，并且，可以获得比所述感应电动机的额定输出大的工作负载(输出)。因此，当具有与传统发电机(电动机)相同的输出的所述感应电动机被用作所述热发生器时，所述热发生器可以与所述发电机作比较在大小和重量上减小。
在根据本发明的风力热发电***中，所述磁场控制装置可以向所述电枢绕组施加具有产生停转扭矩的频率的交流电。
如图7中所示，所述停转扭矩是可以被所述感应电动机输出的最大扭矩，并且比所述额定扭矩和所述起动扭矩更大。当所述磁场控制装置在因为所述风力涡轮机的旋转导致的所述转子以额定旋转速度(旋转的周数)的旋转期间向所述电枢绕组施加具有产生停转扭矩的频率的交流电流时，可以获得更大的工作负载(输出)。具体地说，控制向所述电枢绕组施加的所述交流电流的频率，以便导致产生所述停转扭矩的滑动，并且，调整在所述电枢处生成的磁场的旋转速度。结果，产生与所述停转扭矩的数量相同数量的负载扭矩，并且，更大的感应电流流过所述励磁的所述励磁导体，并且因此，其工作负载(输出)作为热生成被所述励磁导体消耗。延迟，当具有与传统发电机(电动机)相同工作负载(输出)的所述感应电动机被用作所述热发生器时，所述热发生器可以与所述发电机作比较在大小和重量上减小。
根据本发明的风力热发电***可以进一步包括容纳所述感应电动机的绝热容器，其中，所述热媒流通机构可以使所述热媒在所述绝热容器的内部流通。
根据该配置，即使当生成热的所述励磁是转子时，由所述励磁生成的热量也可以容易地被传送到所述热媒。
发明的有益效果
根据本发明的风力热发电***，通过使用所述感应电动机的技术来形成作为组件的所述热发生器，并且因此，可以便宜和简单地形成所述热发生器。
附图说明
图1是示出根据本发明的风力热发电***的整体配置的一个示例的示意图。
图2是示出在第一实施例中的热发生器的配置的一个示例的示意图。
图3是示出在电枢中的电枢绕组的连接的一个示例的说明视图。
图4是示出电枢绕组的连接的另一个示例的说明视图。
图5是示出在第二实施例中的热发生器的配置的另一个示例的示意图。
图6是示出在第一修改中的励磁的配置的示意图。
图7是示出典型的感应电动机的速度扭矩特性的一个示例的说明视图。
具体实施方式
将参考附图来描述本发明的实施例。在附图中，通过相同的附图标记来表示相同或对应的部分。
(第一实施例：励磁＝转子(内侧)，电枢＝定子(外侧))
将参考图1至4来描述根据本发明的第一实施例的风力热发电***。在图1中所示的风力热发电***1包括风力涡轮机10、热发生器20、热媒流通机构40、热交换器50和发电部60。热发生器20包括感应电动机200、绝热容器250和磁场控制装置30(参见图2)。在这个示例中，如图1中所示，风力涡轮机10附接到在塔91的顶部上设置的机舱92，并且热发生器20被容纳在机舱92中。热交换器50和发电部60被设置于在塔91的底部(基座)上建立的建筑物93中。
风力涡轮机10具有下述结构：三个叶片12以转轴11为中心放射状地附接到水平地延伸的转轴11。用于检测旋转速度(旋转的周数)的旋转检测器13(参见图2)附接到风力涡轮机10的转轴11。
通过使用现有的感应电动机(在高温泵中使用的密封电动机)来形成热发生器20。在这个示例中，感应电动机200是三相鼠笼式感应电动机，并且包括彼此面向并且在其间具有间隙的励磁210和电枢220。感应电动机200具有下述结构：励磁210用作转子，并且电枢220用作定子。感应电动机200包括励磁210和与这个励磁210分开的电枢220，并且励磁210用作耦合到风力涡轮机10的转轴11的转子，并且电枢220用作定子。具体地说，励磁(转子)210具有耦合到风力涡轮机10的转轴11的励磁铁芯211和围绕其布置的励磁导体215。励磁210因为风力涡轮机10的旋转而旋转。电枢(定子)220具有：在励磁210的外侧上布置并且其间具有间隙的电枢铁芯221，并且其具有面向励磁210的凸极；以及，围绕凸极缠绕的电枢绕组225。在这个示例中，感应电动机200的励磁210直接地耦合到风力涡轮机10的转轴11。然而，励磁210可以通过提速机来耦合到该提速机的输出轴。在未使用提速机的情况下，可以避免由提速机引起的麻烦。
在励磁(转子)210中，以围绕圆柱形状的励磁铁芯211的鼠笼的形式布置导体，并且这个鼠笼导体形成励磁导体215。通过下述方式来形成该鼠笼导体(励磁导体215)：在彼此分开并且在励磁铁芯211的外周中设置的多个插槽中嵌入导条215b，并且在励磁铁芯211的相对端处提供用于将这些导条215b短路的导体端环215r。这样的鼠笼转子具有诸如极其简单结构和较少故障的优点。在这个示例中，使用鼠笼转子，其中，将鼠笼导体用作励磁导体215。然而，可以使用绕线转子，其中，被围绕其缠绕导体并且具有短路的相对端的绕组被用作励磁导体215。可以通过堆叠诸如硅钢片的电磁钢板来形成励磁铁芯211。励磁导体215可以由例如铜或铝构成。
在电枢(定子)220中，以分布式绕组的形式围绕电枢铁芯221的凸极缠绕三相(U相、V相或W相)电枢绕组。在这个示例中，电枢铁芯221被配置为具有圆柱轭部和从这个轭部向内向励磁210突出凸极。虽然以分布式绕组的形式来缠绕电枢绕组225，但是也可以以集中绕组的形式来缠绕电枢绕组225，并且，除了三相绕组之外也可以使用单相或两相绕组。可以通过堆叠诸如硅钢板的电磁钢板来形成电枢铁芯221。因为在其中在其温度变高的热媒400中布置电枢绕组225的高温环境中使用电枢绕组225，所以优选地使用具有例如陶瓷绝缘层的超耐热绕组。作为超耐热绕组，已知可以在高达400℃的温度下使用的耐热绕组。当然，当在低温下使用电枢绕组225时，也可以使用诸如聚酰胺-酰亚胺铜线或聚酰亚胺铜线的搪瓷丝。
绝热容器250容纳感应电动机200(励磁(转子)210和电枢(定子)220)。例如通过围绕由金属构成的容器布置绝热材料来配置绝热容器250。岩棉、玻璃棉、泡沫塑料、砖或陶瓷等可以例如被用作绝热材料。
绝热容器250设置有通过其***转轴11的轴***端口253，并且，转轴11通过这个轴***端口253耦合到感应电动机200的励磁(转子)210。在这个示例中，励磁铁芯211的中心轴设置有通孔，并且转轴11被***该通孔，使得励磁210被固定到转轴11。在绝热容器250内，轴承261和262被设置在两个位置，即，在***转轴11的一侧和与该侧相对的一侧上。通过这些轴承261和262来可旋转地支撑转轴11。
绝热容器250也设置有：入口251，通过其供应热媒400；以及，出口252，从其排放热媒400，并且流通接收到由感应电动机200生成的热量的热媒400。在这个示例中，在绝热容器250的***转轴11的侧上设置入口251，其中，并且在相对侧上设置出口252。热媒流通机构40的供应管41和排放管42分别连接到入口251和出口252。另外，在绝热容器250的轴***端口253处布置轴密封部263。从入口251向绝热容器250供应的热媒400的温度优选地被设置为100℃或更低(例如，常温)，并且因此，可以有效地冷却生成热量的感应电动机200(励磁210)。因为将热媒400的温度设置为100℃或更低，所以仅需要接近入口251布置的轴密封部263具有大约100℃的热阻，并且可以在轴密封部263中使用流体密封剂。从出口252向绝热容器250的外部排放接收到被感应电动机200生成的热量并且被加热到规定温度(例如，200℃至350℃)的热媒400。
水、油或熔盐等可以例如被用作热媒400。当水被用作热媒400时，当水的温度超过100℃时，水被蒸发。因此，当热媒400被加热到超过100℃的温度时，绝热容器250的内压增大。另一方面，当具有在常压下超过100℃的沸点的油或熔盐被用作热媒400时，可以抑制在绝热容器250的内压上的增大，即使热媒400被加热到超过100℃的温度。热媒400在常压下优选地具有超过200℃的沸点，并且更优选地具有超过350℃的沸点，并且热媒400特别优选地在操作温度范围(例如，从常温到350℃)内为液体。在这个示例中，在常压下具有超过的沸点350℃的油被用作热媒400，并且在绝热容器250内流通热媒400，并且感应电动机200将热媒加热到大约350℃。
在因为风力涡轮机10的旋转导致的转子(在此，励磁210)的旋转期间，磁场控制装置30控制向感应电动机200的电枢绕组225的输入电流，以便导致产生负载扭矩的滑动，并且控制在定子(在此，电枢220)处生成的磁场。在这个示例中，用于向电枢绕组225施加直流电流的电源310被连接以允许该直流电流流过电枢绕组225的三相的两相。具体地说，如图3中所示，电枢绕组225的相应的相在电枢220中以Y连接的形式连接，并且直流电流被施加到在U相和V相之间、在U相和W相之间或在V相和W相之间。向电枢绕组225的输入电流的值被设置为与额定电流(设计值)相同的电流值。虽然在这个示例中直流电流被施加到三相的两相，但是可以允许直流电流流过该三相。具体地说，如图4中所示，该两相被短路，并且，向在剩余的一相和这两相之间施加直流电流(图4示出下述情况：其中，V相和W相被短路，并且，向在U相和短路的V和W相之间施加直流电流)。
将描述在该情况下作为热发生器操作的感应电动机200的原理。例如，当磁场控制装置30在励磁(转子)210因为风力涡轮机10的旋转导致以额定旋转速度(额定旋转周数)旋转的情况下向电枢绕组225施加直流电流时，产生与起动扭矩的数量相同数量的负载扭矩。然后，感应电流流过励磁210的励磁导体215，并且其工作负载(输出)被励磁导体215作为热生成消耗。如上参考图7所述，起动扭矩一般大于额定扭矩，并且因此，可以获得比感应电动机200的额定输出大的工作负载(输出)，并且热生成的数量大。
热媒流通机构40在绝热容器250内流通接收到由感应电动机200生成的热量的热媒400(参见图1和2)。在这个示例中，提供了：供应管41，其具有连接到绝热容器250的入口251的一端，用于向绝热容器250内供应热媒400；排放管42，其具有连接到绝热容器250的出口252的一端，用于向绝热容器250的外部排放热媒400；以及，在供应管41中设置的流通泵43。供应管41和排放管42的其他端连接到热交换器50，并且通过流通泵43在热发生器20(绝热容器250)和热交换器50之间流通热媒400，使得在绝热容器250内流通热媒400。优选的是，根据由感应电动机200加热的热媒400的温度通过流通泵43来调整热媒400的流速。具体地说，当热媒400的温度大于规定温度时，热媒400的流速增大。当热媒400的温度低于规定温度时，该流速减小。结果，感应电动机200可以被保持在操作温度范围内。
由热发生器20(感应电动机200)加热的热媒400通过排放管42被传输到热交换器50。在这个示例中，向热交换器50内填充热存储材料，并且在热交换器50内布置第一热交换管51和第二热交换管52。排放管42连接到第一热交换管51的一端。被加热到规定温度的热媒400通过第一热交换管51流通，并且因此，在热媒400和热存储材料之间执行热交换，并且，在该热存储材料中存储热媒400的热量。另一方面，辅助热媒(例如，水)通过第二热交换管52流通，并且因此，在热存储材料和辅助热媒之间执行热交换，并且，通过第二热交换管52流通的辅助热媒被蒸发。辅助热媒的所生成的气流(例如，高温和高压气流)通过第二热交换管52被传输到发电部60。即，该热交换器50也具有作为热存储设备的功能。潜热存储材料或显热存储材料等可以被用作热存储材料，或者可以组合地使用它们。通常，潜热存储材料涉及在固体和液体之间的相变，并且具有大于显热存储材料的热存储密度。供应管41连接到第一热交换管51的另一端，并且进行热交换并且被冷却的热媒400再一次通过供应管41被流通泵43传输到热发生器20(绝热容器250)。
发电部60将由热发生器20(感应电动机200)加热的热媒400的热量转换为电。在这个示例中，在热交换器250中存储的热量被转换为电。在图1中所示的发电部60被配置为包括汽轮机61和发电机62的组合，并且汽轮机61被从热交换器50供应的气流旋转，并且发电机62被驱动以生成电力。通过使用在热交换器50中存储的热量来用于发电，即使当风力变化时，稳定的发电是可能的。
从发电部60排放的辅助热媒的气流被冷凝器71冷却并且返回为液体，并且其后，被流通泵72供应到热交换器50(第二热交换管52)。结果，辅助热媒在热交换器50和发电部60之间流通。
(第二实施例：励磁＝转子(内侧)，电枢＝定子(外侧))
在第一实施例中，已经描述了下述配置：其中，磁场控制装置30向电枢绕组225施加直流电流。然而，在第二实施例中，将参考图5来描述下述配置：其中，磁场控制装置30向电枢绕组225施加具有产生停转扭矩的频率的交流电流。除了磁场控制装置30的配置不同之外，热发生器20的配置与参考图2所述的第一实施例的相同。因此，下面将主要描述差别。
磁场控制装置30包括电源310和逆变器320，并且被配置为通过逆变器320向电枢绕组225供应来自电源310的交流电流。具体地说，磁场控制装置30被配置为在逆变器320处生成具有规定频率的三相交流电流，并且向电枢绕组225施加该三相交流电流，以便导致产生停转扭矩的滑动。
将描述在该情况下作为热发生器操作的感应电动机200的原理。例如，当磁场控制装置30在励磁(转子)210因为风力涡轮机110旋转而以额定旋转速度(额定旋转周数)旋转的情况下向电枢绕组225施加具有产生停转扭矩的频率的交流电流时，产生与停转扭矩的数量相同数量的负载扭矩。然后，感应电流流过励磁210的励磁导体215，并且其工作负载(输出)被励磁导体215作为热生成而消耗。如上参考图7所述，停转扭矩一般比额定扭矩和起动扭矩更大，并且因此，可以获得比感应电动机200的额定输出更大的工作负载(输出)，并且热生成的数量更大。
(第一修改：励磁＝定子(外侧)，电枢＝转子(内侧))
在上述第一和第二实施例中，已经说明了下述配置：其中，在感应电动机200中，励磁210用作转子，并且电枢220用作定子(旋转励磁类型)。而且，使用感应电动机200的该技术，感应电动机也可以具有下述配置：其中，将在励磁210和电枢220之间的位置关系逆转，使得励磁210用作定子，并且电枢220用作转子(旋转电枢类型)。
例如，如图6中所示，励磁(定子)可以具有下述结构：在圆柱形的励磁铁芯211的内周上以鼠笼的形式布置导体，并且这个鼠笼导体形成励磁导体215。通过下述方式来形成该鼠笼导体(励磁导体215)：在彼此分开并且在励磁铁芯211的内周中设置的多个插槽中嵌入导条215b，并且在励磁铁芯211的相对端处提供用于将这些导条215b短路的导体端环215r。另一方面，电枢(转子)被布置在励磁210的内侧上并且其间具有间隙，并且耦合到风力涡轮机的转轴。具体地说，电枢可以具有下述结构：电枢铁芯耦合到风力涡轮机的转轴，并且围绕向外向励磁突出的电枢铁芯的凸极缠绕电枢绕组。类似于第一实施例，以例如三相分布式绕组的形式来缠绕电枢绕组。另外，从磁场控制装置通过滑环向电枢绕组供应激励电流(输入电流)。
即使利用这样的配置，通过在因为风力涡轮机的旋转导致的转子(在此，电枢)的旋转期间使用磁场控制装置来控制向电枢绕组的输入电流以便导致产生负载扭矩的滑动，与负载扭矩对应的感应电流流过励磁的励磁导体，并且该励磁导体生成热量。例如，类似于第一实施例，当磁场控制装置在其中因为风力涡轮机的旋转导致电枢(转子)以额定旋转速度(额定旋转周数)来旋转的情况下向电枢绕组施加直流电流时，产生与起动扭矩的数量相同数量的负载扭矩，并且其工作负载(输出)被励磁导体作为热生成而消耗。替代地，类似于第二实施例，当磁场控制装置向电枢绕组施加具有产生停转扭矩的频率的交流电流时，产生与停转扭矩的数量相同数量的负载扭矩，并且其工作负载(输出)被励磁导体作为热生成而消耗。
另外，利用该配置，生成热量的励磁是定子，并且因此，下述配置是可能的：感应电动机未被容纳在绝热容器中。具体地说，通过下述方式来提供热媒流动路径：在励磁中形成孔，通过该孔，热媒流通，或者，在励磁的外周表面上布置管，通过该管，热媒流通，并且，该热媒流动路径形成热媒流通机构，并且因此，可以向热媒传送由感应电动机(励磁)生成的热量。在该情况下，可以省略绝热容器，并且因此，热发生器可以在大小上减小。
(第二修改：励磁＝定子(内侧)，电枢＝转子(外侧))
在上述第一和第二实施例中，已经描述了下述配置：其中，在感应电动机200中的定子(电枢220)的内侧上布置转子(励磁210)(内转子类型)。而且，使用感应电动机200的技术，感应电动机也可以具有下述配置：其中，在励磁210和电枢220之间的位置关系不改变，使得励磁210用作定子，并且电枢220用作转子，并且在定子(励磁210)的外侧上布置转子(电枢220)(外转子类型)。
例如，电枢铁芯可以耦合到转轴，使得电枢与风力涡轮机的转轴协同地旋转，并且，励磁(励磁铁芯)可以利用悬臂被支撑，并且被固定到外壳，诸如绝热容器。在该情况下，从磁场控制装置通过滑环向电枢绕组供应激励电流(输入电流)。
(第三修改：励磁＝转子(外侧)，电枢＝定子(内侧))
类似于第二修改，上述第一修改的感应电动机也可以具有下述配置：其中，电枢用作定子，并且励磁用作转子，并且，在定子(电枢)的外侧上布置转子(励磁)(外转子类型)。
在如上所述的根据本发明的风力热发电***中，通过使用感应电动机的技术来形成作为组件的热发生器，并且因此，可以便宜和简单地形成热发生器。另外，当具有与传统的发电机(电动机)相同的工作负载(输出)的感应电动机被用作热发生器时，该热发生器与发电机作比较可以在大小和重量上减小。
本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明的主旨的情况下被酌情修改。例如，在提供了容纳感应电动机的绝热容器并且在绝热容器内将热媒流通的配置的情况下，可以通过下述方式来增强在励磁210和热媒400之间的热交换效率：在励磁铁芯211的表面上设置凹凸或翅片以增大励磁210的表面面积。另外，不像普通的发电机(电动机)那样，期望热发生器的损失(热发生)应当大。因此，励磁导体215可以除了铜或铝之外还由更便宜的金属(例如，铁)构成。除了通过堆叠硅钢板的形成之外，励磁铁芯211也可以由更便宜的铁构成，或者，铆合不是必不可少的。
可以在使用可再生能量发电的领域中适当地使用根据本发明的风力热发电***。
附图标记列表
1风力热发电***；10风力涡轮机；11转轴；12叶片；13旋转检测器；20热发生器；200感应电动机；210励磁；211励磁铁芯；215励磁导体；215b导条；215r导体端环；220电枢；221电枢铁芯；225电枢绕组；250绝热容器；251入口；252出口；253轴***端口；261、262轴承；263轴密封部；30磁场控制装置；310电源；320逆变器；40热媒流通机构；400热媒；41供应管；42排放管；43流通泵；50热交换器；51第一热交换管；52第二热交换管；60发电部；61汽轮机；62发电机；71冷凝器；72流通泵；91塔；92机舱；93建筑物

Claims (3)

1.一种风力热发电***，包括：
风力涡轮机；
感应电动机，所述感应电动机包括励磁和电枢，所述励磁具有励磁铁芯和在励磁铁芯周围布置的励磁导体，所述电枢具有电枢铁芯和三个相位的电枢绕组，所述电枢铁芯设置有面向所述励磁的凸极，所述电枢绕组围绕所述凸极来被缠绕，并且所述感应电动机被配置成使得，所述励磁和所述电枢之中的一个用作被耦合到所述风力涡轮机的转轴的转子，而另一个用作定子；
磁场控制装置，所述磁场控制装置用于：当作为所述风力涡轮机正同时被风旋转的结果，所述转子正与所述转轴协同地旋转时，所述磁场控制装置将直流电流施加到三个相位当中的至少两个相位的电枢绕组，
其中，当所述风力涡轮机正被风旋转时所述磁场控制装置将所述直流电流施加到至少两个相位的电枢绕组引起滑动，该滑动将比所述感应电动机的额定扭矩大的负载扭矩强制地提供给正与所述转轴协同地旋转的所述转子，
其中，所述磁场控制装置将所述直流电流施加到至少两个相位的电枢绕组使得所述转子的旋转速度变为比在当所述风力涡轮机正在被风旋转时的所述感应电动机的额定旋转速度小，以及
其中，当所述风力涡轮机正被风旋转时所述磁场控制装置将所述直流电流施加到至少两个相位的电枢绕组引起与所述负载扭矩对应的感应电流流经所述励磁的所述励磁导体，其转而使得由所述感应电动机生成热；
热媒流通机构，所述热媒流通机构用于使接收由所述感应电动机生成的热的热媒流通，其中，所述热媒和其流通被配置成在同时存储至少一部分由所述感应电动机所生成的热的时候防止对所述励磁导体和所述电枢绕组的热损伤；以及
发电部，所述发电部用于将由所述感应电动机所生成的所述热媒的热转换为电。
2.一种风力热发电***，包括：
风力涡轮机；
感应电动机，所述感应电动机包括励磁和电枢，所述励磁具有励磁铁芯和在励磁铁芯周围布置的励磁导体，所述电枢具有电枢铁芯和电枢绕组，所述电枢铁芯设置有面向所述励磁的凸极，所述电枢绕组围绕所述凸极来被缠绕，并且所述感应电动机被配置成使得，所述励磁和所述电枢之中的一个用作被耦合到所述风力涡轮机的转轴的转子，而另一个用作定子；
磁场控制装置，所述磁场控制装置具有电源，所述磁场控制装置用于：当作为所述风力涡轮机正同时被风旋转的结果，所述转子正与所述转轴协同地旋转时，所述磁场控制装置将交流电流施加到所述电枢绕组，所述交流电流具有用于生成比所述感应电动机的额定扭矩大的停转扭矩的频率，
其中，当所述风力涡轮机正被风旋转时所述磁场控制装置施加所述交流电流给所述电枢绕组引起滑动，该滑动将比所述感应电动机的所述额定扭矩大的负载扭矩强制地提供给正与所述转轴协同地旋转的所述转子，
其中，所述磁场控制装置施加所述交流电流给所述电枢绕组使得所述转子的旋转速度变为比在当所述风力涡轮机正在被风旋转时的所述感应电动机的额定旋转速度小，以及
其中，当所述风力涡轮机正被风旋转时所述磁场控制装置施加所述交流电流给所述电枢绕组引起与所述负载扭矩对应的感应电流流经所述励磁的所述励磁导体，其转而使得由所述感应电动机生成热；
热媒流通机构，所述热媒流通机构用于使接收由所述感应电动机生成的热的热媒流通，其中，所述热媒和其流通被配置成在同时存储至少一部分由所述感应电动机所生成的热的时候防止对所述励磁导体和所述电枢绕组的热损伤；以及
发电部，所述发电部用于将由所述感应电动机所生成的所述热媒的热转换为电。
3.根据权利要求1或2所述的风力热发电***，进一步包括：
绝热容器，所述绝热容器用于容纳所述感应电动机，其中，
所述热媒流通机构使所述热媒在所述绝热容器的内部流通。
CN201380039573.9A 2012-07-26 2013-07-12 风力热发电*** Expired - Fee Related CN104508298B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-166322 2012-07-26
JP2012166322A JP6038525B2 (ja) 2012-07-26 2012-07-26 風力熱発電システム
PCT/JP2013/069164 WO2014017320A1 (ja) 2012-07-26 2013-07-12 風力熱発電システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104508298A CN104508298A (zh) 2015-04-08
CN104508298B true CN104508298B (zh) 2019-10-08

Family

ID=49997135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380039573.9A Expired - Fee Related CN104508298B (zh) 2012-07-26 2013-07-12 风力热发电***

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10184451B2 (zh)
JP (1) JP6038525B2 (zh)
CN (1) CN104508298B (zh)
IN (1) IN2015DN00247A (zh)
WO (1) WO2014017320A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6257960B2 (ja) * 2013-08-27 2018-01-10 住友電気工業株式会社 風力発電システム
JP6465457B2 (ja) * 2015-06-18 2019-02-06 住友電気工業株式会社 誘導加熱装置、及び発電システム
CN106499585A (zh) * 2015-09-07 2017-03-15 江苏中创华俊新能源设备科技股份有限公司 一种风力发电机中利用磁力耦合传递扭矩的结构
CN105156278A (zh) * 2015-09-28 2015-12-16 上海海事大学 组合式风力发电及风力致热装置
JP7228126B2 (ja) 2017-01-24 2023-02-24 住友電気工業株式会社 エネルギー貯蔵システムおよび変動電力安定利用システム
CN108556562B (zh) * 2018-03-23 2024-03-12 中信戴卡股份有限公司 一种用于控制轮毂温度的装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039909A (en) * 1975-02-10 1977-08-02 Massachusetts Institute Of Technology Variable speed electronic motor and the like
JPS57131875A (en) * 1981-02-09 1982-08-14 Hitachi Ltd Energy converting device
CN2556381Y (zh) * 2002-05-27 2003-06-18 徐鸣 同轴逆向双转子风力发电机
CN102270895A (zh) * 2010-06-02 2011-12-07 Ssb风***两合公司 电力驱动装置
CN102575648A (zh) * 2009-10-15 2012-07-11 住友电气工业株式会社 发电***
CN103621176A (zh) * 2011-06-08 2014-03-05 住友电气工业株式会社 感应加热装置和包括该感应加热装置的发电***

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477163A (en) * 1994-08-03 1995-12-19 General Electric Company Turn fault detection
US6310417B1 (en) * 1999-12-30 2001-10-30 Lockheed Martin Energy Research Corporation Hybrid-secondary uncluttered induction machine
JP5397866B2 (ja) * 2008-03-18 2014-01-22 国立大学法人京都大学 超電導回転子、超電導回転機および超電導回転機システム
JP5243210B2 (ja) * 2008-11-28 2013-07-24 三菱電機株式会社 回転電機
JP2010272669A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Panasonic Corp ガスレーザ発振装置
TW201145793A (en) * 2009-11-17 2011-12-16 Aerovironment Inc Integrated motor drive and battery charging system
JP5293626B2 (ja) * 2010-01-29 2013-09-18 住友電気工業株式会社 誘導加熱装置およびそれを備える発電システム
JP2011236790A (ja) 2010-05-10 2011-11-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 発電システム
JP2012043728A (ja) 2010-08-23 2012-03-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 発熱機および風力熱発電システム
JP2012112296A (ja) 2010-11-24 2012-06-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 発熱機および風力熱発電システム
JP6257960B2 (ja) * 2013-08-27 2018-01-10 住友電気工業株式会社 風力発電システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039909A (en) * 1975-02-10 1977-08-02 Massachusetts Institute Of Technology Variable speed electronic motor and the like
JPS57131875A (en) * 1981-02-09 1982-08-14 Hitachi Ltd Energy converting device
CN2556381Y (zh) * 2002-05-27 2003-06-18 徐鸣 同轴逆向双转子风力发电机
CN102575648A (zh) * 2009-10-15 2012-07-11 住友电气工业株式会社 发电***
CN102270895A (zh) * 2010-06-02 2011-12-07 Ssb风***两合公司 电力驱动装置
CN103621176A (zh) * 2011-06-08 2014-03-05 住友电气工业株式会社 感应加热装置和包括该感应加热装置的发电***

Also Published As

Publication number Publication date
JP6038525B2 (ja) 2016-12-07
US20150192109A1 (en) 2015-07-09
JP2014025410A (ja) 2014-02-06
WO2014017320A1 (ja) 2014-01-30
US10184451B2 (en) 2019-01-22
CN104508298A (zh) 2015-04-08
IN2015DN00247A (zh) 2015-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104508298B (zh) 风力热发电***
JP6257960B2 (ja) 風力発電システム
JP5740254B2 (ja) 水冷式風力発電装置及び風力発電装置の発電機冷却方法
JP5413814B2 (ja) 発電システム
CN109787405A (zh) 一种基于混合冷却技术的高效磁通壁垒电机
US20120306201A1 (en) Fluid-cooled load resistor for use in energy production and use therefor
Furuse et al. Development of a cooling system for superconducting wind turbine generator
CN107863866A (zh) 一种大功率电磁调速电机
CN106795861B (zh) 具有可滑动极组件的同步超导旋转机械及其方法
KR101724179B1 (ko) 전기 기기용 회전자의 열사이펀 냉각
CN207442620U (zh) 飞轮能量存储***
JP7304010B2 (ja) エネルギー貯蔵システムおよび変動電力安定利用システム
JP5344380B2 (ja) 発電システム
KR20120109210A (ko) 와전류 유도 발열장치를 이용한 냉난방시스템
CN107910985A (zh) 一种基于蒸发冷却装置的余热发电***
KR101486752B1 (ko) 초전도 발전 시스템
Wang et al. Design and Preliminary Optimization of a Heat Exchanger Formed by Additive Manufacturing for Outer-Rotor PMSM
CN208226839U (zh) 一种电机
Xiong et al. Designing air cooling rotor for evaporative cooling turbo generator
JP2000125511A (ja) 回転電機の冷却装置
WO1989003607A1 (fr) Amplificateur d'energie

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191008

Termination date: 20200712