CN101846043B - 一种混合型垂直轴风力发电机 - Google Patents

一种混合型垂直轴风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种小型混合型垂直轴发电机，主要包括：达里厄风轮(1)、达里厄风轮连杆(2)、S型风轮(5)、转轴(3)、S型风轮自动闭合系统(4，8，15)和发电机(7)，其中S型风轮(5)中包括隔板(6)和S型风轮叶片(9)。S型风轮叶片(9)可以在上隔板(13)或下隔板(24)上的叶片轨道(17)内移动，S型风轮自动闭合系统(4，8，15)设置在S型风轮(5)的上隔板(13)或下隔板(24)上，其能够根据发电机所处状态的不同而改变S型风轮叶片(9)之间的相对位置，进而改变S型风轮(5)的迎风面积，从而实现在不改变整个发电机系统的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力，使整个系统在正常运转时更加高效。该混合型垂直轴发电机提出了可以移动的S型风轮叶片的概念，并且结构简单，易实行，可靠性高，适合于各种风力发电场合。

Description

一种混合型垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及一种混合型垂直轴风力发电机，具体是一种可闭合S型风轮叶片的达里厄-S型混合型垂直轴风力发电机。
技术背景
风力发电机，简称风力机，是一种将风能转换成电能的机械装置。随着新能源应用的兴起，风力机越来越受到人们的关注。混合型垂直轴风力机是一种典型的垂直轴风力机，正在被广泛的被用于各种小型、独立电网的供电系统中。在传统的混合型垂直轴风力机中，由于升力型的达里厄式风力机启动风速要求较大，往往不具备自启动的能力，需要S型风轮是作为启动风轮。但是目前，传统型的混合风力机中S型风轮叶片都是固定的，由于S型风轮在高风速下的性能不好，不能高速运转，所以当S型风轮带动升力型的达里厄风力机正常运转之后，系统整体达到一个比较高的转速的时候，启动风轮(S型风轮)就失去了有益的作用，成为系统的负载，影响了升力型的达里厄式风力机的运转效率，从而对整个系统产生“拖后”的影响，影响了系统总的效率。在如今的相关混合型风力机的研究中，很少有解决S型风轮“拖后”效应的方法。
发明内容
为了克服传统混合型风力机中S型风轮“拖后”效应的弊端，本发明的提出一种启动性能比较优越，运行阻力更加小的混合型垂直轴风力机。该发明结构简单、性能可靠、易推广。
本发明提出的方案是在风力发电机系统中加装一个可以使S型风轮叶片移动的S型风轮自动闭合系统，该S型风轮自动闭合系统可以根据风力发电系统的转速和运行情况改变S型风轮叶片的位置。当整个系统处于静止状态时，自动闭合系统使叶片处于最大的迎风位置，使整个系统有最大的启动力矩，当S型风轮带动整个系统正常启动后，随着转速的提高，自动闭合系统使两个叶片相互靠近，最终合拢成圆柱状，以降低系统的运行阻力，提高整体效率。
采用的具体技术方案如下：
一种混合垂直轴发电机，包括达里厄风轮、达里厄风轮连杆、转轴、S型风轮和发电机，其中所述S型风轮具有上隔板、下隔板以及S型风轮叶片，该S型风轮叶片能够在上隔板或下隔板上的叶片轨道内移动；
其特征在于，混合垂直轴发电机还包括S型风轮自动闭合系统，其设置在S型风轮的上隔板或下隔板上，该S型风轮自动闭合系统能够根据发电机所处状态的不同而改变各S型风轮叶片之间的相对位置，进而改变S型风轮的迎风面积，实现在不改变发电机的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力。
本发明所述S型风轮自动闭合系统由连杆、球体和弹簧组成，所述球体通过连杆连接在S型风轮叶片上，弹簧的一端与球体相连接，另一端固定在S型风轮的上隔板上，随着发电机转动而旋转的球体产生的离心力，通过连杆带动S型风轮叶片相对移动，从而实现S型风轮迎风面积的改变。
本发明所述S型风轮自动闭合系统由短连杆、长连杆、铰链和球体组成，所述长连杆的一端与球体相连接，另一端与短连杆铰接，中间部分通过铰链固定在S型风轮的上隔板上，所述短连杆的另一端连接着S型风轮叶片，随着发电机转动而旋转的球体产生的离心力促使长连杆推动短连杆移动，从而带动S型风轮叶片移动，从而实现S型风轮迎风面积的改变。
本发明所述S型风轮自动闭合系统由驱动电机、齿轮机构、电子控制系统控制器和转速传感器组成，所述转速传感器将转速信号传给电子控制系统控制器，该电子控制系统控制器发出电信号给驱动电机，使S型风轮叶片在叶片轨道内移动，从而实现S型风轮迎风面积的改变。
本发明所述S型风轮自动闭合系统还具有齿轮机构，其设置在上隔板上，分别与各S型风轮叶片啮合，使得所述驱动电机能够同步驱动各S型风轮叶片。
本发明中的小型混合型垂直轴发电机主要包括：达里厄风轮、S型风轮、转轴、S型风轮自动闭合系统、发电机。达里厄风轮和S型风轮安装在同一根转轴之上，转轴贴近地面的部分安装着发电机，S型风轮上加装了一个S型风轮自动闭合装置。本发明最大的优点就是在S型风轮上加装了一个S型风轮自动闭合装置，提出了可以根据发电机的运行情况来改变S型叶轮叶片位置的概念。与传统的混合型风力机相比，在不改变整个系统的启动性能的情况下，降低了整个混合风力机系统在正常运行时的阻力，使整个系统在正常运转时可以更加高效。并且，系统结构简单、易实行、可靠性高、适合于各种风力发电场合。
附图说明
图1为第一实施例的装置结构图；
图2为叶片移动轨道的示意图；
图3为第一实施例的原理图；
图4为第二实施例的装置结构图；
图5为第二实施例的原理图；
图6为第三实施例的装置结构图；
图7为第三实施例的原理图。
具体的实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的小型混合垂直轴发电机主要包括：达里厄风轮1、达里厄风轮连杆2、S型风轮5、转轴3、S型风轮自动闭合系统(4，8，15)和发电机7，其中S型风轮5中包括隔板6(分为上隔板13、下隔板24)和S型风轮叶片9，S型风轮叶片9可以在上隔板13或下隔板24上的叶片轨道17内移动，S型风轮自动闭合系统(4，8，15)设置在S型风轮5的上隔板13或下隔板24上，其能够根据发电机所处状态的不同而改变S型风轮叶片9之间的相对位置，进而改变S型风轮5的迎风面积，从而实现在不改变整个发电机系统的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力，使整个系统在正常运转时更加高效。
第一实施例：
如图1、2、3所示，本实施例中的S型风轮自动闭合系统4由连杆12、球体10、弹簧11组成。球体10通过连杆12连接在S型风轮叶片9上，弹簧11的一端与球体10相连接，另一端固定在S型风轮5的上隔板13上，S型风轮叶片9在上隔板13或下隔板24上的叶片轨道17内移动。该S型风轮自动闭合系统4起到使S型风轮叶片9可以根据转速的要求使叶片的迎风面积发生改变的作用：当整个系统由静止开始启动的时候，该S型风轮自动闭合系统4中的弹簧11拉着球体10，通过连接S型风轮叶片9的连杆12的作用，使S风轮叶片9处于迎风面积最大的位置，达到可以使整个风力发电机系统启动的目的；随着转速的提高，球体10的离心力渐渐增大，球体10向外运动，通过连杆12的作用，使S型风轮的叶片9渐渐闭合，直至整个风力发电机系统正常运转之后，叶片9闭合成一个圆柱形，即可以降低整个风力发电机系统运行时的阻力，使整个风力发电机系统在正常运转时更加高效。对它的设计要求如下：弹簧11的弹力在静止时可以拉着球体10，通过连接叶片的连杆12的作用，使S型风轮叶片9处于最佳的迎风位置；球体10的质量必须足够，使风力发电机系统运转时球体10产生的离心力可以拉着其向外运动，使S型风轮叶片9可以闭合；连杆12、弹簧11、S型风轮叶片9和球体10的连接必须牢固；该自动闭合系统4可以位于S型风轮5的上隔板13或是下隔板24上。
第二实施例：
如图4、5所示，该自动闭合系统8由短连杆21、长连杆23、铰链14、球体22组成。长连杆23的一端与球体22相连接，另一端与短连杆21的铰接，中间部分通过铰链14固定在S型风轮的上隔板13上。短连杆21的另一端连接着S型风轮叶片9，S型风轮叶片9在上隔板13或下隔板24上的叶片轨道17内移动。该自动闭合系统8起到使S型风轮叶片9可以根据转速的要求使S型风轮5的迎风面积发生改变的作用：当整个风力发电机系统由静止开始启动的时候，自动闭合系统8中的球体22没有离心力，其重力通过短连杆21、长连杆23的作用，使S型风轮叶片9处于迎风面积最大的位置，达到可以使整个风力发电机系统启动的目的；随着转速的提高，球体22离心力的作用使其的高度上升，通过短连杆21、长连杆23以及铰链14的作用，使S型风轮叶片9渐渐闭合，直至整个风力发电机系统正常运转之后，S型风轮叶片9闭合成一个圆柱形，即可以降低整个风力发电机系统运行时的阻力，使整个风力发电机系统在正常运转时更加高效。对它的设计要求如下：系统静止时，球体22的重力作用在长连杆23上，通过短连杆21的作用，拉着叶片9使之处于最佳的迎风位置；球体22的质量必须足够，使整个风力发电机系统运转时球体22产生的离心力可以拉着球体22向外运动，通过短连杆21、长连杆23和铰链14的作用，使叶片9可以闭合；短连杆21、长连杆23的长度与球体22的设计必须参照叶片9移动所需的力；短连杆21、长连杆23、铰链14，球体22的连接必须牢固；该自动闭合系统8可以位于S型风轮5的上隔板13或是下隔板24之上。
第三实施例：
如图6、7所示，该自动闭合系统15由驱动电机16、齿轮机构18、电子控制系统控制器19和转速传感器20组成。转速传感器20将转速信号传给电子控制系统控制器19，该电子控制系统控制器19发出电信号给驱动电机16，驱动电机16使S型风轮叶片9在设置于上隔板13或下隔板24上的叶片轨道17内移动以改变S型风轮叶片9的位置，齿轮机构18设置在上隔板13上，其分别与两S型风轮叶片9啮合，从而保证两个叶片移动的同步性。该自动闭合系统15起到使S型风轮叶片9可以根据转速的要求使S型风轮的迎风面积发生改变的作用：当整个风力发电机系统由静止开始启动的时候，自动闭合系统15中的电子控制系统控制器19，发出电信号给驱动电机16，驱动电机16的转动使S型风轮叶片9处于迎风面积最大的位置，达到可以使整个风力发电机系统启动的目的；随着转速的提高，转速传感器20将风力发电机系统的转速信号传送给控制器19，控制器19发出电信号驱动电16机使S型风轮叶片9渐渐闭合，直至整个风力发电机系统正常运转之后，S型风轮叶片9闭合成一个圆柱形，即可以降低整个风力发电机系统运行时的阻力，使整个系统在正常运转时更加高效。对它的设计要求如下：电子控制系统控制器19的设计可以使将转速传感器20传来电信号通过处理后转送后输送给驱动电机16，并且可以很好的控制驱动电机16的转动；驱动电机16可以根据控制器19送来的电信号精确的控制风轮叶片9的移动；设置在上隔板13或下隔板24上的齿轮机构18，通过一个同步齿轮可以使两个S型风轮叶片在叶片移动轨道17上同时相向或远离运动；该自动闭合系统可以位于S型风轮5的上隔板13或是下隔板24之上。

Claims (3)

1.一种混合垂直轴发电机，包括达里厄风轮(1)、达里厄风轮连杆(2)、转轴(3)、S型风轮(5)和发电机(7)，其中所述S型风轮(5)具有上隔板(13)、下隔板(24)以及S型风轮叶片(9)，该S型风轮叶片(9)能够在上隔板(13)或下隔板(24)上的叶片轨道(17)内移动；
其特征在于，混合垂直轴发电机还包括S型风轮自动闭合系统(4，8，15)，其设置在S型风轮(5)的上隔板(13)或下隔板(24)上，该S型风轮自动闭合系统(4，8，15)能够根据发电机所处状态的不同而改变各S型风轮叶片(9)之间的相对位置，进而改变S型风轮(5)的迎风面积，实现在不改变发电机的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力；
所述S型风轮自动闭合系统(4)由连杆(12)、球体(10)和弹簧(11)组成，所述球体(10)通过连杆(12)连接在S型风轮叶片(9)上，弹簧(11)的一端与球体(10)相连接，另一端固定在S型风轮(5)的上隔板(13)上，随着发电机转动而旋转的球体(10)产生的离心力，通过连杆(12)带动S型风轮叶片(9)相对移动，从而实现S型风轮(5)迎风面积的改变。
2.一种混合垂直轴发电机，包括达里厄风轮(1)、达里厄风轮连杆(2)、转轴(3)、S型风轮(5)和发电机(7)，其中所述S型风轮(5)具有上隔板(13)、下隔板(24)以及S型风轮叶片(9)，该S型风轮叶片(9)能够在上隔板(13)或下隔板(24)上的叶片轨道(17)内移动；
其特征在于，混合垂直轴发电机还包括S型风轮自动闭合系统(4，8，15)，其设置在S型风轮(5)的上隔板(13)或下隔板(24)上，该S型风轮自动闭合系统(4，8，15)能够根据发电机所处状态的不同而改变各S型风轮叶片(9)之间的相对位置，进而改变S型风轮(5)的迎风面积，实现在不改变发电机的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力；
所述S型风轮自动闭合系统(8)由短连杆(21)、长连杆(23)、铰链(14)和球体(22)组成，所述长连杆(23)的一端与球体(22)相连接，另一端与短连杆(21)铰接，中间部分通过铰链(14)固定在S型风轮(5)的上隔板(13)上，所述短连杆(21)的另一端连接着S型风轮叶片(9)，随着发电机转动而旋转的球体(22)产生的离心力促使长连杆(23)推动短连杆(21)移动，从而带动S型风轮叶片(9)移动，从而实现S型风轮(5)迎风面积的改变。
3.一种混合垂直轴发电机，包括达里厄风轮(1)、达里厄风轮连杆(2)、转轴(3)、S型风轮(5)和发电机(7)，其中所述S型风轮(5)具有上隔板(13)、下隔板(24)以及S型风轮叶片(9)，该S型风轮叶片(9)能够在上隔板(13)或下隔板(24)上的叶片轨道(17)内移动；
其特征在于，混合垂直轴发电机还包括S型风轮自动闭合系统(4，8，15)，其设置在S型风轮(5)的上隔板(13)或下隔板(24)上，该S型风轮自动闭合系统(4，8，15)能够根据发电机所处状态的不同而改变各S型风轮叶片(9)之间的相对位置，进而改变S型风轮(5)的迎风面积，实现在不改变发电机的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力；
所述S型风轮自动闭合系统(15)由驱动电机(16)、齿轮机构(18)、电子控制系统控制器(19)和转速传感器(20)组成，所述转速传感器(20)将转速信号传给电子控制系统控制器(19)，该电子控制系统控制器(19)发出电信号给驱动电机(16)，使S型风轮叶片(9)在叶片轨道(17)内移动，从而实现S型风轮(5)迎风面积的改变；
所述齿轮机构(18)，其设置在上隔板(13)上，分别与各S型风轮叶片(9)啮合，使得所述驱动电机(16)能够同步驱动各S型风轮叶片(9)。
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