一种电动风帆可控驱动发电机系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108331714A(43)申请公布日2018.07.27(21)申请号201810267601.7(22)申请日2018.03.29(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人徐国卿张杨许昂(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人陆聪明(51)Int.Cl.F03D9/32(2016.01)F03D9/25(2016.01)F03D1/06(2006.01)B63H9/04(2006.01)H02J7/00(2006.01)H02J7/14(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种电动风帆可控驱动发电机系统(57)摘要本发明公开了一种电动风帆可控驱动发电机系统，该系统包括蓄电池、双向DC/DC变换模块、电机系统、风机、风帆、风帆检测模块、集成控制器和能量监测模块等。本发明将电机和风机叶轮集成在一起，设计了一种新型风电机组结构。本发明在不同风况下控制电机工作在电动/发电状态，实现电动风帆助航、转向和发电的功能。电机与风机叶轮集成的一体化结构不仅可以降低成本，而且节约风帆上的空间；同时通过控制系统实现整个系统驱动性能的优化。CN108331714ACN108331714A权利要求书1/2页1.一种电动风帆可控驱动发电机系统，其特征在于，包括蓄电池（10）、双向DC/DC变换模块（20）、电机系统（30）、风机（40）、风帆（50）、风帆检测模块（60）、集成控制器（70）和能量监测模块（80），所述电机系统（30）和风机（40）组成风电机组，所述双向DC/DC变换模块（20）分别与蓄电池（10）以及风电机组连接，所述风帆（50）两侧对称分布风电机组阵列，所述风帆检测模块（60）与风帆（50）以及集成控制器（70）连接；所述集成控制器（70）与风电机组、风帆检测模块（60）以及能量监测模块（80）连接；所述能量监测模块（80）与蓄电池（10）以及风电机组连接；其中，所述蓄电池（10）为整个系统提供电能，同时也储存电机系统（30）转化的电能；所述双向DC/DC变换模块（20）用于对蓄电池（10）的充放电电压进行升压、降压；所述电机系统（30）用于根据集成控制器（70）发出的控制信号控制电机的运行，并根据能量监测模块（80）反馈的过压、过流、短路信号，判断系统当前的运转状态和健康状态，并在系统异常或故障发生时及时硬件保护；所述风机（40）用于改变风帆（50）帆面上的空气流速，并将进入的气流方向转变为轴向；所述风帆（50）的两侧对称分布风电机组阵列；所述风帆检测模块（60）用于检测风帆（50）上风向、风速以及风帆与其轴心间倾角信号；所述集成控制器（70）用于接收外界风速、风向、风帆倾角信号并控制电机（31）工作在电动或发电状态，根据能量监测模块（80）获取的蓄电池（10）电压、剩余电量、逆变驱动模块（34）的直流电压、直流电流的电气参数，控制电机系统（30）当前的工作状态；所述能量监测模块（80）用于实时监测蓄电池（10）电压、剩余电量、逆变驱动模块（34）的直流电压、直流电流和逆变器散热器温度信号。2.根据权利要求1所述的电动风帆可控驱动发电机系统，其特征在于，所述电机系统（30）包括电机（31）、位置检测模块（32）、驱动控制模块（33）、逆变驱动模块（34）和制动保护模块（35），所述位置检测模块（32）用于检测电机（31）的转子位置信息，所述驱动控制模块（33）通过采样电路和传感器获取电机（31）的三相电流信号、三相电压信号、电机输出转矩、转速的电气参数，输出PWM脉宽调制信号，所述逆变驱动模块（34）用于将驱动控制模块（33）输出的六路PWM脉宽调制信号转化为相应MOSFET管驱动信号，MOSFET管反并联二极管，并根据所述驱动信号导通和关断，所述制动保护模块（35）用于根据能量监测模块（80）反馈的逆变驱动模块（34）的直流电压、直流电流、逆变器散热器温度信号，判断逆变电路是否异常或故障，并在电路发生异常或故障时及时硬件保护。3.根据权利要求1所述的电动风帆可控驱动发电机系统，其特征在于，所述风帆检测模块（60）包括检测风帆上风向的风向检测模块（61）、检测风帆上风速的风速检测模块（62）以及检测风帆与轴心间倾角的风帆倾角检测模块（63）。4.根据权利要求1所述的电动风帆可控驱动发电机系统，其特征在于，所述集成控制器（70）包括信号接收模块（71）、信号解析模块（72）、监测保护模块（73）和控制模块（74），所述信号接收模块（71）与风向检测模块（61）、风速检测模块（62）、风帆倾角检测模块（63）以及位置检测模块（32）相连，所述信号解析模块（72）与所述的