CN101813061A - 摆锤控速风力发电机 - Google Patents

Abstract

摆锤控速风力发电机属风力发电机领域，风轮轴连接风叶，风轮轴通过变速器连接发电机；主、副导风板通过可转动的主、副风板支架连接主、副挡风板，主、副导风板背风面之间夹角小于180°，可凭风力自动寻找风向，使风轮迎风面的一半总是被主、副挡风板挡住，另一半受风，主、副导风板背风面上设有摆杆、摆锤，仅利用自然风力及摆锤的势能实现对发电机转速的调控，不需要测速器及其它动力源做功；发电机转速稳定，技术结构简单，制作成本低，风叶面垂直于水平面，风能利用率及发电效率高。

Description

摆锤控速风力发电机

技术领域：

本发明是一种利用风力发电的装置，属风力发电机领域。

技术背景：

目前，在风力发电技术领域，因大自然形成的风能其风力、风速的大小存在着不定性，即是变化的；而风力发电机的转速按设计技术要求应保持在一个设定的相对稳定范围内。但在目前风力发电技术中，调控风力发电机转速都需先经测速器测速，并将发电机已超速的电磁信号反馈给发电机转速控制系统，由其做功来调控发电机的转速，这一套测速、调控系统技术结构复杂、造价高。

发明内容：

摆锤控速风力发电机目的是提供一种不需测速器，只利用自然风力的动能及摆锤的势能实现对发电机转速的调控；其除利用自然风力及摆锤势能外不需要其他的动力源做功，技术结构简单制作成本低，风叶垂直受风，风能利用率高。

摆锤控速风力发电机技术方案：如图1、图3：设风轮轴固定连接风叶组成风轮，风叶面垂直于水平面。设活动的主导风板、副导风板通过能以同一轴线为轴心转动的主风板支架、副风板支架各连接活动的主挡风板、副挡风板，当风向改变时因主导风板、副导风板的背风面的夹角小于180°，风轮的迎风面总是一半被两块挡风板挡住，另一半形成正风口，使风叶受风时风轮旋转，风轮轴连接变速器，变速器连接发电机。

如图4，图5：当风力超过设定转速所需风力的临界点时，也正是主、副导风板受风后以风板转轴为轴心顺风合拢；其后推杆将后推柱向后的推力使齿条推动齿轮带动摆杆、摆锤，从而使摆杆的初始倾斜角增大的临界点。此时主、副档风板分别向左右分开，在其中间开口形成逆风口的同时，主挡风板使正风口减小，实现对风轮及发电机转速的调控，使之转速稳定不超过设计要求。

解决的问题及效果：摆锤控速风力发电机不需要测速器，其在利用风能发电时，利用风能及摆锤的势能对风轮及发电机转速进行调控，它不需要用风能及摆锤势能以外的其它动力源做功来调控风轮及发电机转速。当多大风力时需要打开逆风口，多大风力时逆风口需要打开多大，都可以根据发电机设计转速技术要求，通过对主、副导风板面积的设定，对主、副导风板之间夹角的设定，对摆锤质量的设定，对摆杆长度的设定，对摆杆初始倾斜角的设定来进行调控。摆锤控速风力发电机风叶垂直受风，风能利用率高；技术结构和制作简单，成本低。

附图说明：

图1：是摆锤控速风力发电机的外观结构示意图

1风轮轴，2风叶，3-1顶盖，3-2底盖，4变速器，5发电机，6风板转轴，7防雨罩，8支架，9-1主导风板，9-2副导风板，10-1主风板支架，10-2副风板支架，11-1主挡风板，11-2副挡风板，19正风口。

图2：上图是副导风板与副挡风板的机件连接结构图

9-2副导风板，10-2副风板支架，11-2副挡风板。

下图是主导风板与主挡风板的机件连接结构图

9-1主导风板，10-1主风板支架，11-1主挡风板。

图3：是风轮顶部结构俯视图

3-1顶盖，6风板转轴，9-1主导风板，9-2副导风板，10-1主风板支架，10-2副风板支架，11-1主挡风板，11-2副挡风板，13后推杆，14后推柱，15齿轮架，16逆风口，19正风口，17齿条，18齿轮，21摆锤。

图4：是当风力大于风轮及发电机设计转速要求时风轮顶部结构状态俯视图

16逆风口，19正风口，17齿条，18齿轮，21摆锤。

图5：是风轮顶部侧视结构示意图，

1风轮轴，3-1顶盖，3-2底盖，6风板转轴，12轴管，14后推柱，15齿轮架，17齿条，18齿轮，20摆杆，21摆锤，W初始倾斜角。

具体实施方式：

如图1：风轮轴1固定连接风叶2组成风轮。风叶面垂直于水平面，风轮在转动时2的水平高度不变；2不少于四片，且可是直板也可是弧形板。1上端通过轴承连接圆形顶盖3-1，1向下通过轴承连接圆形底盖3-2，且1向下穿过3-2连接变速器4，4连接发电机5。在3-1上面中心处设轴承连接风板转轴6，6的轴线垂直于3-1并与3-1的圆心相交，6的上端通过轴承连接支架8，8连接5，在8的顶部设有防雨罩7。

设主导风板9-1通过所设的主风板支架10-1连接所设的主挡风板11-1，10-1通过轴承连接6。

设副导风板9-2通过所设的副风板支架10-2连接所设的副挡风板11-2，10-2通过轴承连接6。使风轮的迎风面一半被两块挡风板挡住，另一半形成正风口19，风叶受风时风轮旋转，发电机工作。

结合图2和图5所示：在11-1和11-2的下端边各连接的10-1和10-2分别通过各自的轴承与3-2下面中心处所设的轴管12连接，12与3-2是固定连接，12内径大于1直径。

结合图3、图5：在3-1上面，因9-1和9-2背风面之间的夹角小于180°。当风向改变时，9-1和9-2以6为轴心转动，以迎风面寻找并对向来风方向，使风轮的迎风面总是一半被两块挡风板挡住，另一半形成正风口19，风叶受风时风轮旋转，发电机工作。在9-1和9-2的背风面上，分别通过轴承连接所设的两根后推杆13，两根13分别通过各自的轴承连接所设的后推柱14；设弧齿或人字齿的齿条17与14固定连接，6上设固定连接的齿轮架15，15通过轴承连接所设的弧齿或人字齿的齿轮18，17与18啮合，在18的下半部固定连接所设的摆杆20，20上设摆锤21；图5的两条虚线所形成的夹角W是摆杆与齿轮园心和地心连线所形成的初始倾斜角；因17与18初始啮合点的设定使20有一个W存在；则在21的势能作用下，如图3：使在风力不超过设计转速要求时11-1和11-2合并为一体，逆风口16关闭。

如图4：当风力、风速增大到大于设计转速要求时，风力做功使9-1、9-2以风板转轴为轴心作顺风合拢转动：通过13推动14背向6移动，使20发生偏转，W开始增大；同时使11-1与11-2以6为轴心作逆向分离转动，逆风口16打开，由16进入风轮的风其方向与2的转动方向相反，同时11-1使19减小，从而调控风轮及发电机转速，使之保持在设定转速范围内正常工作。

摆锤控速风力发动机的技术特征是：当风力小于等于发电机设计转速要求时，20的初始位置使W大于0°角。当风力增大到大于发电机设计转速要求时，W开始增大，我们将W的这一增大的变化量用ΔW表示；则当且仅当风力大于发  电机设计转速要求时，ΔW随风力的增大而增大且随风力的减小而减小。即：当风力小于等于发电机设计转速要求时，21的初始设定位置使其势能大于0，则当且仅当风力大于发电机设计转速要求时，21的势能随风力的增大而增大且随风力的减小而减小。

Claims (10)

1.摆锤控速风力发电机包括风轮、支架、变速器、发电机、正风口、逆风口，其特征在于风轮轴(1)连接风叶(2)，组成风轮，(1)连接变速器(4)，(4)连接发电机(5)，(5)连接支架(8)，主导风板(9-1)、副导风板(9-2)通过主风板支架、副风板支架分别与主挡风板(11-1)、副挡风板(11-2)连接，并主、副风板支架分别通过轴承与风板转轴(6)连接，(1)通过轴承连接顶盖(3-1)和底盖(3-2)；(9-1)、(9-2)背风面设有通过轴承连接的后推杆(13)，(13)通过轴承连接后推柱(14)，(14)上设有齿条(17)，(17)啮合齿轮(18)，(18)由设在(6)上的齿轮架(15)通过轴承连接，在(18)的下半部连接摆杆(20)，(20)连接所设的摆锤(21)。

2.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：(1)和(2)是固定连接。

3.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：风轮在转动时(2)的水平高度不变。

4.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：(3-1)和(3-2)都是圆形的。

5.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：(9-1)和(9-2)的背风面之间的夹角小于180°。

6.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：设有可以开、合的逆风口(16)，由(16)进入风轮的风其方向与(2)的转动方向相反。

7.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：当(9-1)、(9-2)、(11-1)、(11-2)发生转动时，都是以同一轴线为轴心。

8.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：(6)的轴线垂直于(3-1)并与(3-1)的圆心相交。

9.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：(12)的内径大于(1)的直径。

10.如权利要求1所述的摆锤控速风力发电机，其特征在于：当且仅当风力大于发电机设计转速要求时，ΔW随风力的增大而增大且随风力的减小而减小，(21)的势能随风力的增大而增大且随风力的减小而减小。

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