CN102900622A - 垂直轴风力发电机启动保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直轴风力发电机启动装置，包括风轮主轴和风轮，发电机叶片与叶片支撑板的外端固定连接，当发电机叶片转动时，叶片支撑板的内端向风轮主轴传递扭矩，进而驱动风轮主轴转动，叶片支撑板的内端固定于空套轴承座上，空套轴承座又通过轴承安装于风轮主轴上，另有风速自适应离合器控制空套轴承座向风轮主轴传输动力，其主动部与空套轴承座固定连接，其从动部与风轮主轴同步转动，还能沿风轮主轴轴线方向移动，使风速自适应离合器包括主动部和从动部相互离合，当主动部与从动部结合并同步转动，向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，使垂直轴风力发电机启动。本发明具有提高风能利用效率，优化垂直轴风力发电机的自启动性能。

Description

垂直轴风力发电机启动保护装置

技术领域

本发明涉及一种发电机启动装置，特别适宜安装在自启动性能较差的升力型垂直轴风力发电机上，用于提高发电机的低速启动性能，该装置还具有高速保护功能，保护发电机，延长发电机使用寿命。

背景技术

风力发电机是一种将风能转换机械能、电能或热能的能量转换装置，按风轮轴的在空间方向位置的不同，它可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。

垂直轴风力发电机（VAWT vertical axis wind turbine）从结构原理上，主要分为升力型和阻力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。阻力型风力发电机优点是起动转矩较大，启动性能良好，但是它的转速低，风力机风能利用率低于水平轴风力发电机。升力型转速高，旋转惯性大，结构相对简单，成本较低，但此结构在垂直轴风力发电机开始运行时，启动比较困难尤其是风速小的情况下运转性能差。

垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转，其主要优点是无需对风、结构简单以及维修维护方便。但是由于垂直轴风力机的叶片受到材料和结构的客观限制，其额定转速比水平轴风力发电机的风轮转速低，导致风能利用效率较低。其次，垂直轴风力发电机在风速较低的情况下，自启动性能比水平轴风力机差，造成了低风速时发电效率较低，导致发电机的低速启动性能不够理想。再次，在风力机在旋转速度较大时，为了保护发电机，需要额外的保护装置。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发电机启动保护装置，能实现垂直轴风力发电机在较低风速时顺利启动，提高风能利用效率，优化垂直轴风力发电机的自启动性能。以及实现风机在高速旋转时自动将电机轴与风轮轴分离从而保护电动机。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种垂直轴风力发电机启动保护装置，包括风轮主轴和风轮，风轮主轴通过联轴器和发电机主轴同轴固定连接，风轮驱动风轮主轴转动，使发电机启动，风轮至少包括两片发电机叶片，并围绕风轮主轴均匀分布，发电机叶片与叶片支撑板的外端固定连接，当发电机叶片转动时，叶片支撑板的内端向风轮主轴传递扭矩，进而驱动风轮主轴转动，叶片支撑板的内端固定于风轮的外缘上，轴承座通过螺钉固定在风轮上，至少一个轴承安装于风轮主轴上，轴承座与轴承的外圈固定连接，轴承的内圈与风轮主轴紧固装配连接，轴承限制轴承座沿风轮主轴进行轴向移动，另有风速自适应离合器通过套筒向风轮主轴传输动力，套筒用螺钉固定在风轮上，风速自适应离合器为摩擦离合器，包括主动部和从动部，风速自适应离合器的主动部为外摩擦片，所外摩擦片在套筒内沿风轮主轴的轴向滑动，所外摩擦片通过套筒与风轮同步转动连接，风速自适应离合器的从动部为内摩擦片，内摩擦片与风轮主轴同步转动连接，通过控制压紧机构使外摩擦片和内摩擦片进行离合，压紧机构又包括压紧力输出机构和压紧力传递机构，当压紧力输出机构生成的压紧力通过压紧力传递机构使外摩擦片和内摩擦片相互结合并形成摩擦副时，风轮将动力传递给风轮主轴，当风速较低时，即当发电机叶片在风力作用下低于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互分离，此时叶片支撑板和风轮主轴之间无动力传输，而当发电机叶片在风力作用下达到或高于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互结合并同步转动，此时叶片支撑板即通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，从而使垂直轴发电机启动，当有风速更大时，且不超过发电机最高转速时，发电机叶片在风力作用下，带动风轮高速转动，由于此时风速自适应离合器处于结合传力状态，带动风轮主轴保持高速转动，而当超过发电机最高转速时，外摩擦片与内摩擦片相互分离，使风轮主轴和风轮之间无动力传输， 当风轮的转速降低时，低于发电机最高转速时，且高于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互结合形成摩擦副进行同步转动，此时叶片支撑板通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，使发电机启动。

上述压紧力输出机构由至少两组飞球机构，每组飞球机构包括一根拨杆、一个飞球、两根连杆和两个连杆座组成，连杆座分别固定设置在风轮上和拨杆的外伸端，每根连杆的两端分别与连杆座和飞球铰接，拨杆的固定端空套在压紧力传递机构的压力接受组件上，当风轮转动时，连杆带动飞球和拨杆转动，飞球离心径向向外运动，其离心力随着转速升高而增大，由于风轮轴向固定，从而使飞球通过连杆带动两根拨杆上下开合运动，即驱动压紧力传递机构的压力接受组件沿着风轮主轴的轴向移动。

上述压紧力传递机构为推力球机构，由钢球、滑套、压紧套、压紧板和固定套组成，滑套为压紧力传递机构的压力接受组件，滑套面向钢球的内凹柱面包括柱面圆滑过渡的上端内锥面和下端内锥面两部分，固定套与风轮主轴固定嵌套连接在一起，固定套的顶端具有面向滑套内凹柱面的径向倒角斜面，压紧套通过滑动副与风轮主轴滑动连接，压紧套的底端也具有面向滑套内凹柱面的径向倒角斜面，固定套的径向倒角斜面和压紧套的径向倒角斜面形成形状可开合变化的锥面槽，压紧板的一端与压紧套的顶端固定连接，压紧板的另一端直接支撑外摩擦片，当飞球机构驱动滑套沿着风轮主轴的轴向向上移动时，滑套的上端内锥面将钢球沿着固定套的径向倒角斜面推入锥面槽内，并将钢球挤压到压紧套的径向倒角斜面上，从而迫使压紧套向上移动，推动外摩擦片向上升起并与内摩擦片靠拢，当外摩擦片和内摩擦片相互结合并压紧时，滑套的小直径内圆柱面与钢球接触，二者间作用力垂直于滑套内表面，从而产生自锁，当风轮达到更高转速时，超过发电机最高转速时，飞球机构带动滑套继续向上运动，钢球在压紧套重力作用下进入滑套的下端内锥面，滑套开始下移，此时外摩擦片和内摩擦片相互分离，风轮与风轮主轴之间不传递动力，当风轮转速降低时，滑套在自身重力作用下向下运动，再将钢球压向压紧套的径向倒角斜面，将外摩擦片和内摩擦片压紧，从而风轮与风轮主轴之间传递动力。

作为本发明技术方案的改进，在套筒下端面上安装弹簧片，当风轮的转速超过发电机最高转速时，弹簧片与滑套的顶端接触，提供弹性力使滑套向下运动，当风轮的转速从超过发电机最高转速降低时，滑套在自身重力和及弹簧片回复力的合力作用下向下运动，当当风轮的转速降低至发电机最高转速时，再将钢球压向压紧套的径向倒角斜面，将外摩擦片和内摩擦片压紧，从而风轮与风轮主轴之间传递动力。

作为本发明技术方案的进一步改进，上述弹簧片为环形薄片，沿弹簧片的内孔直径方向上开有均布的槽口，沿薄片法相方向上拉成锥形，形成套筒下端面上的弹性元件。

作为本发明技术方案的另一种改进，上述外摩擦片和内摩擦片分别至少包括两片，外摩擦片和内摩擦片相间排列安装，外摩擦片固定安装于套筒内表面上，套筒固定在风轮上，内摩擦片能沿风轮主轴的花键上滑动。

作为本发明技术方案的再一种改进，上述内摩擦片的中间为外圆内花键孔，内摩擦片的外圆边缘铆接薄片圆环，在圆环上均布铆接多个扇形薄片，内摩擦片的外径略小于套筒的内径。

作为本发明技术方案的还有一种改进，上述外摩擦片的外径有多个均布的凸齿，插在套筒上相应的轴向槽中，外摩擦片的内孔空套在风轮主轴花键轴端上。

作为本发明技术方案的再还有一种改进，发电机叶片为3片。

作为本发明技术方案的还有一种改进，轴承包括同时安装于风轮主轴上一对并列轴承，轴承为圆锥滚子轴承。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明能实现垂直轴风力发电机在较低风速时顺利启动，提高风能利用效率，优化垂直轴风力发电机的自启动性能；

2. 本发明能实现垂直轴发动机在较高风速时保护发电机，提高风力发电机的安全性；

3. 本发明具有结构简单、重量轻、维修和使用方便等优点，本发明能够广泛应用于垂直轴风力发电机上。

附图说明

图1是本发明实施例一垂直轴风力发电机启动保护装置沿其风轮主轴轴线剖切剖面图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明实施例一的内摩擦片结构图。

图4是沿图3的A-A线的剖视图。

图5是本发明实施例一的外摩擦片结构图。

图6是沿图5的B-B线的剖视图。

图7是本发明实施例一的压紧板结构图。

图8是沿图7的C-C线的剖视图。

图9是在风轮低速工作状态下本发明实施例一垂直轴风力发电机启动保护装置沿其风轮主轴轴线剖切的剖面图。

图10是在电机启动后的工作状态下本发明实施例一垂直轴风力发电机启动保护装置沿其风轮主轴轴线剖切的剖面图。

图11是在电机高速运转保护工作状态下本发明实施例一垂直轴风力发电机启动保护装置沿其风轮主轴轴线剖切的剖面图。

图12是本发明实施例二垂直轴风力发电机启动保护装置沿其风轮主轴轴线剖切剖面图。

图13是本发明实施例二垂直轴风力发电机启动保护装置整体外部结构图。

图14是本发明实施例二的弹簧片结构图。

图15是沿图14的D-D线的剖视图。

图16是本发明实施例六垂直轴风力发电机启动保护装置整体外部结构图。

图17是图16的俯视图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1～图11，一种垂直轴风力发电机启动保护装置，包括风轮主轴11和风轮13，风轮主轴11通过联轴器3和发电机2主轴同轴固定连接，风轮驱动风轮主轴11转动，使发电机2启动，风轮至少包括两片发电机叶片1，并围绕风轮主轴11均匀分布，发电机叶片1与叶片支撑板4的外端固定连接，当发电机叶片1转动时，叶片支撑板4的内端向风轮主轴11传递扭矩，进而驱动风轮主轴11转动，叶片支撑板4的内端固定于风轮13的外缘上，轴承座10通过螺钉固定在风轮11上，至少一个轴承12安装于风轮主轴11上，轴承座10与轴承12的外圈固定连接，轴承12的内圈与风轮主轴11紧固装配连接，轴承12限制轴承座10沿风轮主轴11进行轴向移动，另有风速自适应离合器通过套筒17向风轮主轴11传输动力，套筒17用螺钉固定在风轮13上，风速自适应离合器为摩擦离合器，包括主动部和从动部，风速自适应离合器的主动部为外摩擦片15，所外摩擦片15在套筒17内沿风轮主轴11的轴向滑动，所外摩擦片15通过套筒17与风轮13同步转动连接，风速自适应离合器的从动部为内摩擦片14，内摩擦片14与风轮主轴11同步转动连接，通过控制压紧机构使外摩擦片15和内摩擦片14进行离合，压紧机构又包括压紧力输出机构和压紧力传递机构，当压紧力输出机构生成的压紧力通过压紧力传递机构使外摩擦片15和内摩擦片14相互结合并形成摩擦副时，风轮13将动力传递给风轮主轴11，当风速较低时，即当发电机叶片1在风力作用下低于发电机2启动的最低额定转速时，外摩擦片15与内摩擦片14相互分离，此时叶片支撑板4和风轮主轴11之间无动力传输，而当发电机叶片1在风力作用下达到或高于发电机2启动的最低额定转速时，外摩擦片15与内摩擦片14相互结合并同步转动，此时叶片支撑板1即通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴11传输扭矩，进而驱动发电机2主轴转动，从而使垂直轴发电机2启动，当有风速更大时，且不超过发电机2最高转速时，发电机叶片1在风力作用下，带动风轮13高速转动，由于此时风速自适应离合器处于结合传力状态，带动风轮主轴11保持高速转动，而当超过发电机2最高转速时，外摩擦片15与内摩擦片14相互分离，使风轮主轴11和风轮13之间无动力传输， 当风轮13的转速降低时，低于发电机2最高转速时，且高于发电机2启动的最低额定转速时，外摩擦片15与内摩擦片14相互结合形成摩擦副进行同步转动，此时叶片支撑板1通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴11传输扭矩，进而驱动发电机2主轴转动，使发电机2启动。

在本实施例中，上述压紧力输出机构由至少两组飞球机构，每组飞球机构包括一根拨杆6、一个飞球7、两根连杆8和两个连杆座9组成，连杆座9分别固定设置在风轮13上和拨杆6的外伸端，每根连杆8的两端分别与连杆座9和飞球7铰接，拨杆6的固定端空套在压紧力传递机构的压力接受组件上，当风轮13转动时，连杆8带动飞球7和拨杆6转动，飞球7离心径向向外运动，其离心力随着转速升高而增大，由于风轮13轴向固定，从而使飞球7通过连杆8带动两根拨杆6上下开合运动，即驱动压紧力传递机构的压力接受组件沿着风轮主轴11的轴向移动。压紧机构和飞球机构的结合具有结构简单，安装方便，易于实现对风速自适应离合器离合动作的控制。

在本实施例中，上述压紧力传递机构为推力球机构，由钢球21、滑套22、压紧套19、压紧板16和固定套5组成，滑套22为压紧力传递机构的压力接受组件，滑套22面向钢球21的内凹柱面包括柱面圆滑过渡的上端内锥面和下端内锥面两部分，固定套5与风轮主轴11固定嵌套连接在一起，固定套5的顶端具有面向滑套22内凹柱面的径向倒角斜面，压紧套19通过滑动副20与风轮主轴11滑动连接，压紧套19的底端也具有面向滑套22内凹柱面的径向倒角斜面，固定套5的径向倒角斜面和压紧套19的径向倒角斜面形成形状可开合变化的锥面槽，压紧板16的一端与压紧套19的顶端固定连接，压紧板16的另一端直接支撑外摩擦片15，当飞球机构驱动滑套22沿着风轮主轴11的轴向向上移动时，滑套22的上端内锥面将钢球21沿着固定套5的径向倒角斜面推入锥面槽内，并将钢球21挤压到压紧套19的径向倒角斜面上，从而迫使压紧套19向上移动，推动外摩擦片15向上升起并与内摩擦片14靠拢，当外摩擦片15和内摩擦片14相互结合并压紧时，滑套22的小直径内圆柱面与钢球21接触，二者间作用力垂直于滑套22内表面，从而产生自锁，当风轮13达到更高转速时，超过发电机2最高转速时，飞球机构带动滑套22继续向上运动，钢球21在压紧套19重力作用下进入滑套22的下端内锥面，滑套22开始下移，此时外摩擦片15和内摩擦片14相互分离，风轮13与风轮主轴11之间不传递动力，当风轮13转速降低时，滑套22在自身重力作用下向下运动，再将钢球21压向压紧套19的径向倒角斜面，将外摩擦片15和内摩擦片14压紧，从而风轮13与风轮主轴11之间传递动力。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图12～图15，在套筒17下端面上安装弹簧片18，当风轮13的转速超过发电机2最高转速时，弹簧片18与滑套22的顶端接触，提供弹性力使滑套22向下运动，当风轮13的转速从超过发电机2最高转速降低时，滑套22在自身重力和及弹簧片18回复力的合力作用下向下运动，当当风轮13的转速降低至发电机2最高转速时，再将钢球21压向压紧套19的径向倒角斜面，将外摩擦片15和内摩擦片14压紧，从而风轮13与风轮主轴11之间传递动力。

上述弹簧片18优选采用环形薄片，沿弹簧片18的内孔直径方向上开有均布的槽口，沿薄片法相方向上拉成锥形，形成套筒17下端面上的弹性元件。

实施例三：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，外摩擦片15和内摩擦片14分别至少包括两片，外摩擦片15和内摩擦片14相间排列安装，外摩擦片15固定安装于套筒17内表面上，套筒17固定在风轮13上，内摩擦片14能沿风轮主轴11的花键上滑动。多片摩擦离合器结构紧凑，可采用不同材料的内外摩擦片，便于制造、安装和维修，允许在高速下接合，应用广泛。

实施例四：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，内摩擦片14的中间为外圆内花键孔，内摩擦片14的外圆边缘铆接薄片圆环，在圆环上均布铆接多个扇形薄片，内摩擦片14的外径略小于套筒17的内径。花键的导向性好，可以实现相互配合的内摩擦片14和风轮主轴11之间实现动连接，并具有应力集中小，载荷承担能力强等优点。

实施例五：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，外摩擦片15的外径有多个均布的凸齿，插在套筒17上相应的轴向槽中，外摩擦片15的内孔空套在风轮主轴11花键轴端上。外摩擦片15结构紧凑，节省材料，减轻装置自重，进一步优化垂直轴风力发电机启动装置的自启动性能。

实施例六：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图16和图17，发电机叶片1为3片。采用3片发电机叶片1使垂直轴风力发电机启动装置在尽可能捕获风能的同时，实现装置结构的优化。

实施例七：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，轴承12包括同时安装于风轮主轴11上一对并列轴承，轴承12为圆锥滚子轴承。两个圆锥滚子轴承作用使整个发电机启动阻力减小，在风轮13转速达到一定速度时，才带动发电机2的主轴转动。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化。凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明垂直轴风力发电机启动保护装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电机启动保护装置，包括风轮主轴（11）和风轮（13），所述风轮主轴（11）通过联轴器（3）和发电机（2）主轴同轴固定连接，风轮驱动所述风轮主轴（11）转动，使所述发电机（2）启动，风轮至少包括两片发电机叶片（1），并围绕所述风轮主轴（11）均匀分布，所述发电机叶片（1）与叶片支撑板（4）的外端固定连接，当所述发电机叶片（1）转动时，所述叶片支撑板（4）的内端向所述风轮主轴（11）传递扭矩，进而驱动所述风轮主轴（11）转动，其特征在于：所述叶片支撑板（4）的内端固定于所述风轮（13）的外缘上，轴承座（10）通过螺钉固定在所述风轮（11）上，至少一个轴承（12）安装于所述风轮主轴（11）上，所述轴承座（10）与所述轴承（12）的外圈固定连接，所述轴承（12）的内圈与所述风轮主轴（11）紧固装配连接，所述轴承（12）限制所述轴承座（10）沿所述风轮主轴（11）进行轴向移动，另有风速自适应离合器通过套筒（17）向所述风轮主轴（11）传输动力，所述套筒（17）用螺钉固定在所述风轮（13）上，所述风速自适应离合器为摩擦离合器，包括主动部和从动部，所述风速自适应离合器的主动部为外摩擦片（15），所外摩擦片（15）在套筒（17）内沿风轮主轴（11）的轴向滑动，所外摩擦片（15）通过所述套筒（17）与所述风轮（13）同步转动连接，所述风速自适应离合器的从动部为内摩擦片（14），所述内摩擦片（14）与所述风轮主轴（11）同步转动连接，通过控制压紧机构使所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）进行离合，所述压紧机构又包括压紧力输出机构和压紧力传递机构，当压紧力输出机构生成的压紧力通过压紧力传递机构使所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互结合并形成摩擦副时，所述风轮（13）将动力传递给所述风轮主轴（11），当风速较低时，即当所述发电机叶片（1）在风力作用下低于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互分离，此时所述叶片支撑板（4）和所述风轮主轴（11）之间无动力传输，而当所述发电机叶片（1）在风力作用下达到或高于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互结合并同步转动，此时所述叶片支撑板（1）即通过所述风速自适应离合器的主动部和从动部向所述风轮主轴（11）传输扭矩，进而驱动所述发电机（2）主轴转动，从而使垂直轴所述发电机（2）启动，当有风速更大时，且不超过所述发电机（2）最高转速时，所述发电机叶片（1）在风力作用下，带动所述风轮（13）高速转动，由于此时所述风速自适应离合器处于结合传力状态，带动所述风轮主轴（11）保持高速转动，而当超过所述发电机（2）最高转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互分离，使所述风轮主轴（11）和所述风轮（13）之间无动力传输， 当所述风轮（13）的转速降低时，低于所述发电机（2）最高转速时，且高于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互结合形成摩擦副进行同步转动，此时所述叶片支撑板（1）通过所述风速自适应离合器的主动部和从动部向所述风轮主轴（11）传输扭矩，进而驱动所述发电机（2）主轴转动，使所述发电机（2）启动。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述压紧力输出机构由至少两组飞球机构，每组所述飞球机构包括一根拨杆（6）、一个飞球（7）、两根连杆（8）和两个连杆座（9）组成，所述连杆座（9）分别固定设置在所述风轮（13）上和所述拨杆（6）的外伸端，每根所述连杆（8）的两端分别与所述连杆座（9）和所述飞球（7）铰接，所述拨杆（6）的固定端空套在所述压紧力传递机构的压力接受组件上，当所述风轮（13）转动时，所述连杆（8）带动所述飞球（7）和所述拨杆（6）转动，所述飞球（7）离心径向向外运动，其离心力随着转速升高而增大，由于所述风轮（13）轴向固定，从而使所述飞球（7）通过所述连杆（8）带动两根所述拨杆（6）上下开合运动，即驱动所述压紧力传递机构的压力接受组件沿着所述风轮主轴（11）的轴向移动。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述压紧力传递机构为推力球机构，由钢球（21）、滑套（22）、压紧套（19）、压紧板（16）和固定套（5）组成，所述滑套（22）为所述压紧力传递机构的压力接受组件，所述滑套（22）面向所述钢球（21）的内凹柱面包括柱面圆滑过渡的上端内锥面和下端内锥面两部分，所述固定套（5）与所述风轮主轴（11）固定嵌套连接在一起，所述固定套（5）的顶端具有面向所述滑套（22）内凹柱面的径向倒角斜面，所述压紧套（19）通过滑动副（20）与所述风轮主轴（11）滑动连接，所述压紧套（19）的底端也具有面向所述滑套（22）内凹柱面的径向倒角斜面，所述固定套（5）的径向倒角斜面和所述压紧套（19）的径向倒角斜面形成形状可开合变化的锥面槽，所述压紧板（16）的一端与所述压紧套（19）的顶端固定连接，所述压紧板（16）的另一端直接支撑所述外摩擦片（15），当所述飞球机构驱动所述滑套（22）沿着所述风轮主轴（11）的轴向向上移动时，所述滑套（22）的上端内锥面将所述钢球（21）沿着所述固定套（5）的径向倒角斜面推入所述锥面槽内，并将所述钢球（21）挤压到所述压紧套（19）的径向倒角斜面上，从而迫使所述压紧套（19）向上移动，推动所述外摩擦片（15）向上升起并与所述内摩擦片（14）靠拢，当所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互结合并压紧时，所述滑套（22）的小直径内圆柱面与所述钢球（21）接触，二者间作用力垂直于所述滑套（22）内表面，从而产生自锁，当所述风轮（13）达到更高转速时，超过所述发电机（2）最高转速时，所述飞球机构带动所述滑套（22）继续向上运动，所述钢球（21）在所述压紧套（19）重力作用下进入所述滑套（22）的下端内锥面，所述滑套（22）开始下移，此时所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互分离，所述风轮（13）与所述风轮主轴（11）之间不传递动力，当所述风轮（13）转速降低时，所述滑套（22）在自身重力作用下向下运动，再将所述钢球（21）压向所述压紧套（19）的径向倒角斜面，将所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）压紧，从而所述风轮（13）与所述风轮主轴（11）之间传递动力。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：在所述套筒（17）下端面上安装弹簧片（18），当所述风轮（13）的转速超过所述发电机（2）最高转速时，所述弹簧片（18）与所述滑套（22）的顶端接触，提供弹性力使所述滑套（22）向下运动，当所述风轮（13）的转速从超过所述发电机（2）最高转速降低时，所述滑套（22）在自身重力和及所述弹簧片（18）回复力的合力作用下向下运动，当当所述风轮（13）的转速降低至所述发电机（2）最高转速时，再将所述钢球（21）压向所述压紧套（19）的径向倒角斜面，将所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）压紧，从而所述风轮（13）与所述风轮主轴（11）之间传递动力。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述弹簧片（18）为环形薄片，沿所述弹簧片（18）的内孔直径方向上开有均布的槽口，沿薄片法相方向上拉成锥形，形成所述套筒（17）下端面上的弹性元件。

6.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）分别至少包括两片，所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相间排列安装，所述外摩擦片（15）固定安装于所述套筒（17）内表面上，所述套筒（17）固定在所述风轮（13）上，所述内摩擦片（14）能沿所述风轮主轴（11）的花键上滑动。

7.根据权利要求6所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述内摩擦片（14）的中间为外圆内花键孔，所述内摩擦片（14）的外圆边缘铆接薄片圆环，在圆环上均布铆接多个扇形薄片，所述内摩擦片（14）的外径略小于套筒（17）的内径。

8.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述外摩擦片（15）的外径有多个均布的凸齿，插在所述套筒（17）上相应的轴向槽中，所述外摩擦片（15）的内孔空套在所述风轮主轴（11）花键轴端上。

9.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述发电机叶片（1）为3片。

10.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机启动保护装置，其特征在于：所述轴承（12）包括同时安装于所述风轮主轴（11）上一对并列轴承，所述轴承（12）为圆锥滚子轴承。

Images