CN102155361B - 转斗调速式垂直轴风力发电装置 - Google Patents

转斗调速式垂直轴风力发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转斗调速式垂直轴风力发电装置，包括发电机，发电机的轴上由上向下分别套有相接触驱动风轮机构和调速风轮机构。本发明的驱动风轮机构是将风能变为机械能带动发电机发电的装置，风轮上的风斗有凹凸两个面：凹面是吸收风能的一面，它产生一种阻力推动风轮旋转。凸面是导流面，它可使风斗在运行中减小与气流的摩擦阻力，减少风轮能量损耗。所以，只要改变风斗凹凸面对风向的不同角度就能改变风轮的转速。本发明采用全机械结构，无需外加动力，无需复杂和易损的电子部件，结构安全，性能可靠，使用方便。

Description

转斗调速式垂直轴风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，尤其是一种转斗调速式垂直轴风力发电装置。
背景技术
目前随着矿物资源的日趋减少，人类对新能源的开发利用越来越迫切，风力就是最具有开发规模的可再生新能源，它具有无污染、可再生、无需运输、便于安装等许多优点，倍受人们的重视和利用。但是自然风速有着不稳定和瞬息万变的特性，在风力发电方面当风速超过切出数值时，如果风电机没有可靠灵活的调速装置，对风电机的安全就有破坏作用，所以，风电机的调速装置是保护机组性能安全的重要装置。目前的垂直轴风力发电机，多数没有调速装置，风速小转的慢，风速高转得快，遇到强台风时自身很难生存。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种全机械结构，无需外加动力，无需复杂和易损的电子部件，结构安全，性能可靠，使用方便的转斗调速式垂直轴风力发电装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种转斗调速式垂直轴风力发电装置，包括发电机，发电机的轴上由上向下分别套有相接触驱动风轮机构和调速风轮机构。
所述驱动风轮机构包括套于发电机的轴上的风轮轮毂，风轮轮毂上均布有若干发散状的驱动风轮臂杆，所述每个驱动风轮臂杆的末端均活动连接有一个风斗，每个风斗的下端通过摆动装置连接于发电机轴外部的风轮轮毂上，且摆动装置的下部与调速风轮机构相接触。
所述摆动装置包括与风斗下端相连的风斗立轴，风斗立轴穿过驱动风轮臂杆末端上设置的立轴座与立轴臂相连，立轴臂与长拉杆一端相连，长拉杆另一端与之字形拐臂上端相连，之字形拐臂的中部通过销轴活动连接于拐臂座上，拐臂座设置于套在发电机轴外部的风轮轮毂上，拐臂座的下部设有连接之字形拐臂和拐臂座的回位弹簧N，之字形拐臂的下端与调速风轮机构相接触。
所述风斗由凹凸两个面组成，其中，凹面是吸收风能的一面，凸面是导流面。
所述风轮轮毂上设有罩在发电机轴末端外部的防护罩。
所述调速风轮机构包括套在发电机的轴上并固定于发电机壳上的下滑套，下滑套外部装有上下设置且啮合的螺旋套和螺旋轮毂座，螺旋轮毂座上均布有若干发散状调速风轮臂杆，每个调速风轮臂杆的末端均固定安装有一个调速风杯，每个调速风轮臂杆上均设有与发电机壳相连的回位弹簧F；所述螺旋套上设有两个导向槽，导向槽内装有使螺旋套只能上下移动不能径向旋转的定位销，螺旋套上部装有推力轴承，推力轴承的上面与所述之字形拐臂相接触。
所述螺旋套的下端面上设有螺旋齿，螺旋轮毂座的上端面上设有与螺旋套上的螺旋齿相啮合的螺旋齿。
所述发电机为风力发电机，风力发电机设置支撑架上。
本发明的驱动风轮是将风能变为机械能带动发电机发电的装置，风轮上的风斗有凹凸两个面：凹面是吸收风能的一面，它产生一种阻力推动风轮旋转。凸面是导流面，它可使风斗在运行中减小与气流的摩擦阻力，减少风轮能量损耗。所以，只要改变风斗凹凸面对风向的不同角度就能改变风轮的转速。
本发明的风斗与风斗立轴连接在一起，风斗立轴垂直安装在立轴座中，属于动配合可旋转，风斗立轴下端固定着立轴臂，立轴臂有长拉杆与拐臂上端连接，拐臂安装在拐臂座可转动，拐臂下端与推力轴承上面接触，推力轴承下面装在螺旋套上，螺旋套上有两个导向槽装有定位销，它的作用使螺旋套只能上下移动不能径向旋转。螺旋套下端的螺旋齿与螺旋轮毂座上面的螺旋齿啮合，螺旋套和螺旋轮毂都装在下滑套上边。当风速小于额定风速时，调速风轮不转，由于回位弹簧F的作用螺旋轮毂座和螺旋套处于全啮合状态，推力轴承处入最低位置，由于回位弹簧N8的作用，拐臂下端收缩，长拉杆外伸，风斗的凹面与驱动风轮臂杆轴向平行，风电机正常运转。当风速大于额定风速时，调速风轮顺向摆动，由于螺旋轮毂座和螺旋套的作用，推力轴承上行，推动拐臂下端张开，上端收缩，长拉杆拉动立轴臂带动风斗立轴和风斗向内旋转，风斗凹面受风量减少，驱动风轮转速降低，发电机处于调速状态。当风速再大，达到切出风速以上时，由于调速风轮的旋转作用，经过传递风斗的凹面与驱动风轮臂杆的轴向成90度，此时风斗对风力的获取能量几乎为零，驱动风轮和发电机停转，所以，具有抗台风的功能。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明局部结构示意图；
图3是调速风轮俯视图；
图4a是风轮风斗正常运行状态图；
图4b是风轮风斗调速状态图；
图4c是风轮风斗停转状态图；
其中1.电机壳，2.下滑套，3.螺旋轮毂座，4.螺旋套，5.导向槽，6.定位销，7推力轴承，8.回位拉簧N，9.拐臂，10.拐臂座，11.风轮轮毂，12.防护罩，13.调速风轮臂杆，14.调速风杯，15.风斗，16.风斗立轴，17.立轴座，18.立轴臂，19.长拉杆，20.驱动风轮臂杆，21、发电机的轴，22、发电机轴承，23、发电机定子，24、发电机转子，25、发电机绕组，26、支撑架，27、发电机，28、调速风轮机构，29、驱动风轮机构，30、回位拉簧F。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图4所示，一种转斗调速式垂直轴风力发电装置，包括发电机27，发电机的轴21上由上向下分别套有相接触驱动风轮机构29和调速风轮机构28。
所述驱动风轮机构29包括套于发电机的轴21上的风轮轮毂11，风轮轮毂11上均布有若干发散状的驱动风轮臂杆20，所述每个驱动风轮臂杆20的末端均活动连接有一个风斗15，每个风斗15的下端通过摆动装置连接于发电机轴21外部的风轮轮毂11上，且摆动装置的下部与调速风轮机构相接触。
所述摆动装置包括与风斗15下端相连的风斗立轴16，风斗立轴16穿过驱动风轮臂杆20末端上设置的立轴座17与立轴臂18相连，立轴臂18与长拉杆19一端相连，长拉杆19另一端与之字形拐臂9上端相连，之字形拐臂9的中部通过销轴活动连接于拐臂座10上，拐臂座10设置于套在发电机轴21外部的风轮轮毂11上，拐臂座10的下部设有连接之字形拐臂9和拐臂座10的回位弹簧N8，之字形拐臂9的下端与调速风轮机构相接触。
所述风斗15由凹凸两个面组成，其中，凹面是吸收风能的一面，凸面是导流面。
所述风轮轮毂11上设有罩在发电机轴末端外部的防护罩12。
所述调速风轮机构28包括套在发电机的轴21上并固定于发电机壳1上的下滑套2，下滑套2外部装有上下设置且啮合的螺旋套4和螺旋轮毂座3，螺旋轮毂座3上均布有若干发散状调速风轮臂杆13，每个调速风轮臂杆13的末端均固定安装有一个调速风杯14，每个调速风轮臂杆13上均设有与发电机壳1相连的回位弹簧F30；所述螺旋套4上设有两个导向槽5，导向槽5内装有使螺旋套4只能上下移动不能径向旋转的定位销6，螺旋套4上部装有推力轴承7，推力轴承7的上面与所述之字形拐臂9相接触。
所述螺旋套4的下端面上设有螺旋齿，螺旋轮毂座3的上端面上也设有与螺旋套4上的螺旋齿相啮合的螺旋齿。
所述发电机27为风力发电机，风力发电机设置支撑架26上。如图1所示，发电机27由发电机绕组25、发电机转子24、发电机定子23、发电机轴21和发电机轴承22组成，该组成结构为现有技术，在此不再赘述。
本发明的驱动风轮机构29是将风能变为机械能带动发电机发电的装置，风轮上的风斗15有凹凸两个面：凹面是吸收风能的一面，它产生一种阻力推动风轮旋转。凸面是导流面，它可使风斗15在运行中减小与气流的摩擦阻力，减少风轮能量损耗。所以，只要改变风斗15凹凸面对风向的不同角度就能改变风轮的转速。
本发明的风斗15与风斗立轴16连接在一起，风斗立轴16垂直安装在立轴座17中，属于动配合可旋转，风斗立轴下端固定着立轴臂18，立轴臂18有长拉杆19与拐臂9上端连接，拐臂9安装在拐臂座10可转动，拐臂9下端与推力轴承7上面接触，推力轴承7下面装在螺旋套4上，螺旋套4上有两个导向槽5装有定位销6，
它的作用使螺旋套4只能上下移动不能径向旋转。螺旋套4下端的螺旋齿与螺旋轮毂座3上面的螺旋齿啮合，螺旋套4和螺旋轮毂3都装在下滑套2上边。当风速小于额定风速时，调速风轮不转，由于回位弹簧F的作用螺旋轮毂座3和螺旋套4处于全啮合状态，推力轴承7处入最低位置，由于回位弹簧N8的作用，拐臂9下端收缩，长拉杆19外伸，风斗15的凹面与驱动风轮臂杆20轴向平行，风电机正常运转。当风速大于额定风速时，调速风轮28顺向摆动，由于螺旋轮毂座3和螺旋套4的作用，推力轴承7上行，推动拐臂9下端张开，上端收缩，长拉杆19拉动立轴臂18带动风斗立轴6和风斗15向内旋转，风斗15凹面受风量减少，驱动风轮29转速降低，发电机处于调速状态。当风速再大，达到切出风速以上时，由于调速风轮28的旋转作用，经过传递风斗15的凹面与驱动风轮臂杆20的轴向成90度，此时风斗对风力的获取能量几乎为零，驱动风轮和发电机停转，所以，具有抗台风的功能。

Claims (6)

1.一种转斗调速式垂直轴风力发电装置，包括发电机，其特征在于：发电机的轴上由上向下分别套有相接触驱动风轮机构和调速风轮机构；
所述驱动风轮机构包括套于发电机的轴上的风轮轮毂，风轮轮毂上均布有若干发散状的驱动风轮臂杆，所述每个驱动风轮臂杆的末端均活动连接有一个风斗，每个风斗的下端通过摆动装置连接于发电机轴外部的风轮轮毂上，且摆动装置的下部与调速风轮机构相接触；
所述调速风轮机构包括套在发电机的轴上并固定于发电机壳上的下滑套，下滑套外部装有上下设置且啮合的螺旋套和螺旋轮毂座，螺旋轮毂座上均布有若干发散状调速风轮臂杆，每个调速风轮臂杆的末端均固定安装有一个调速风杯，每个调速风轮臂杆上均设有与发电机壳相连的回位弹簧F；所述螺旋套上设有两个导向槽，导向槽内装有使螺旋套只能上下移动不能径向旋转的定位销，螺旋套上部装有推力轴承，推力轴承的上面与之字形拐臂相接触。
2.根据权利要求1所述的转斗调速式垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述摆动装置包括与风斗下端相连的风斗立轴，风斗立轴穿过驱动风轮臂杆末端上设置的立轴座与立轴臂相连，立轴臂与长拉杆一端相连，长拉杆另一端与之字形拐臂上端相连，之字形拐臂的中部通过销轴活动连接于拐臂座上，拐臂座设置于套在发电机轴外部的风轮轮毂上，拐臂座的下部设有连接之字形拐臂和拐臂座的回位弹簧N，之字形拐臂的下端与调速风轮机构相接触。
3.根据权利要求2所述的转斗调速式垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述风斗由凹凸两个面组成，其中，凹面是吸收风能的一面，凸面是导流面。
4.根据权利要求1所述的转斗调速式垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述风轮轮毂上设有罩在发电机轴末端外部的防护罩。
5.根据权利要求1所述的转斗调速式垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述螺旋套的下端面上设有螺旋齿，螺旋轮毂座的上端面上设有与螺旋套上的螺旋齿相啮合的螺旋齿。
6.根据权利要求1所述的转斗调速式垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述发电机为风力发电机，风力发电机设置支撑架上。
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