CN103883474A - 可变容量小型风力发电装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变容量小型风力发电装置及其方法。它包括前置发电机、圆盘摩擦离合器、离心离合器、后置发电机、主轴、桨叶及其支撑结构。摩擦离合器的前后摩擦盘分别与前置发电机、桨毂固定，离心离合器的甩块和外杯分别与主轴、后置发电机固定，低风速情况下只有摩擦离合器接合，此时前置发电机发电，随着风速增大，桨叶及其支撑结构所受轴向力和离心力增大，导致摩擦离合器分离同时离心离合器结合，后置发电机开始发电。本发明能不依赖伺服系统，以较低的成本使风力发电装置在较大的风速范围内自动适应并持续工作，提高风能使用效率。

Description

可变容量小型风力发电装置及其方法
技术领域
 本发明涉及风力发电装置，尤其涉及一种可变容量小型风力发电装置及其方法。
背景技术
小型风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构储能装置和逆变器等构件组成。发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能，风力发电机因风量不稳定，故其输风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构储能装置和逆变器等构件组成。故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机所产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。
现有的小型风力发电机结构简单且便于装拆、搬运，保养维护方便，操作简单，并且配有安全限速机构，从而保证了使用的安全性。但是由于缺少相应的调速控制机构，现有的小型风力发电机风速运转范围不够宽，不能充分利用各种大小风速的风能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可变容量小型风力发电装置及其方法。
可变容量小型风力发电装置包括前端保护壳、前置发电机、前置轴、前摩擦盘、后摩擦盘、桨毂、推力弹簧、离心离合器甩块、离心离合器外杯、后置轴、后置发电机、后端保护壳、主轴、第一桨叶、第一拨杆、第一拉力弹簧、第二桨叶、第二拨杆、第二拉力弹簧、第三桨叶、第三拨杆、第三拉力弹簧；前置发电机通过前置轴与前摩擦盘固定，后置发电机通过后置轴与离心离合器外杯固定，后摩擦盘和桨毂固定并套接在主轴的一端，主轴的另一端与离心离合器甩块固定，推力弹簧两端分别与桨毂和主轴上设有的台阶接触，第一桨叶根部穿过桨毂上的导孔并经第一拉力弹簧与桨毂联接，第一拨杆和第一桨叶固定，并伸入离心离合器甩块的孔中，第二桨叶根部穿过桨毂上的导孔并经第二拉力弹簧与桨毂联接，第二拨杆和第二桨叶固定，并伸入离心离合器甩块的孔中，第三桨叶根部穿过桨毂上的导孔并经第三拉力弹簧与桨毂联接，第三拨杆和第三桨叶固定，并伸入离心离合器甩块的孔中，前端保护壳套接在前置发电机外侧，后端保护壳套接在后置发电机外侧。
可变容量小型风力发电方法是：根据风力大小通过双离合器机构自动切换功率大小不同的后置发电机和前置发电机；在小风力下，桨叶在空气流动方向上的载荷 N小，尚不能抵消主轴上的推力弹簧提供的推力 Fs，故前摩擦盘和后摩擦盘贴合，将桨毂上的转矩传递到前置发电机，由前置发电机发电，在风力变大时，桨叶在轴向上的阻力载荷增大，推力Fs减去载荷 N得到的合力不断减小，直到不能为摩擦离合器提供足够的压力来维持传递转矩所需的摩擦力，使得前摩擦盘与后摩擦盘分离，同时，第一桨叶、第二桨叶、第三桨叶旋转角速度不断增大，与桨叶固定的第一拉力弹簧、第二拉力弹簧、第三拉力弹簧为了提供更大的向心力而伸长一定量 L，该伸长量 L通过与桨叶根部固定的第一拨杆、第二拨杆、第三拨杆传递给离心离合器甩块，离心离合器甩块在自身离心力和拨杆传递而来的桨叶离心力作用下打开并与离心离合器外杯接合，这样便实现了大风力下，由后置发电机发电。
本发明是为风力发电装置布置不同特性的电机，在不同风力下切换工作。在小风力时，工作在小容量的发电机下，以获得较低的启动风力，并尽量匹配叶片的最佳功率负载线的低转速部分。在大风力时，切换到大容量发电机发电，以提高转速上限，利用更大风力下的风能。同时，由于大容量电机的运转阻力较大，可以延缓叶片转速的提高，改善叶片转速曲线，使得风能得到最大限度的利用。另外模式之间的切换由简单的机械结构完成，不依赖复杂的伺服控制系统，保证了发电机的低成本和可靠性。
附图说明
图1为可变容量小型风力发电装置的结构示意图；
图2为本发明的轴系连接部分结构示意图；
图3为本发明的桨叶连接结构示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，可变容量小型风力发电装置包括前端保护壳1、前置发电机2、前置轴3、前摩擦盘4、后摩擦盘5、桨毂6、推力弹簧7、离心离合器甩块8、离心离合器外杯9、后置轴10、后置发电机11、后端保护壳12、主轴13、第一桨叶14、第一拨杆15、第一拉力弹簧16、第二桨叶19、第二拨杆18、第二拉力弹簧17、第三桨叶20、第三拨杆21、第三拉力弹簧22；前置发电机2通过前置轴3与前摩擦盘4固定，后置发电机11通过后置轴10与离心离合器外杯9固定，后摩擦盘5和桨毂6固定并套接在主轴13的一端，并能够相对于主轴13进行轴向移动,主轴13的另一端与离心离合器甩块8固定，推力弹簧7两端分别与桨毂6和主轴13上设有的台阶接触，第一桨叶14根部穿过桨毂6上的导孔并经第一拉力弹簧16与桨毂6联接，第一拨杆15和第一桨叶14固定，并伸入离心离合器甩块9的孔中，第二桨叶19根部穿过桨毂6上的导孔并经第二拉力弹簧17与桨毂6联接，第二拨杆18和第二桨叶19固定，并伸入离心离合器甩块9的孔中，第三桨叶20根部穿过桨毂6上的导孔并经第三拉力弹簧22与桨毂6联接，第三拨杆21和第三桨叶20固定，并伸入离心离合器甩块9的孔中，前端保护壳1套接在前置发电机2外侧，后端保护壳12套接在后置发电机11外侧。
可变容量小型风力发电方法是：根据风力大小通过双离合器机构自动切换功率大小不同的后置发电机11和前置发电机2；在小风力下，桨叶在空气流动方向上的载荷 N小，尚不能抵消主轴13上的推力弹簧7提供的推力 Fs，故前摩擦盘4和后摩擦盘5贴合，将桨毂6上的转矩传递到前置发电机2，由前置发电机2发电，在风力变大时，桨叶在轴向上的阻力载荷增大，推力Fs减去载荷 N得到的合力不断减小，直到不能为摩擦离合器提供足够的压力来维持传递转矩所需的摩擦力，使得前摩擦盘4与后摩擦盘5分离，同时，第一桨叶14、第二桨叶19、第三桨叶20旋转角速度不断增大，与桨叶固定的第一拉力弹簧16、第二拉力弹簧17、第三拉力弹簧22为了提供更大的向心力而伸长一定量 L，该伸长量 L通过与桨叶根部固定的第一拨杆15、第二拨杆18、第三拨杆21传递给离心离合器甩块8，离心离合器甩块8在自身离心力和拨杆传递而来的桨叶离心力作用下打开并与离心离合器外杯9接合，这样便实现了大风力下，由后置发电机11发电。

Claims (2)

1.一种可变容量小型风力发电装置，其特征在于包括前端保护壳（1）、前置发电机（2）、前置轴（3）、前摩擦盘（4）、后摩擦盘（5）、桨毂（6）、推力弹簧（7）、离心离合器甩块（8）、离心离合器外杯（9）、后置轴（10）、后置发电机（11）、后端保护壳（12）、主轴（13）、第一桨叶（14）、第一拨杆（15）、第一拉力弹簧（16）、第二桨叶（19）、第二拨杆（18）、第二拉力弹簧（17）、第三桨叶（20）、第三拨杆（21）、第三拉力弹簧（22）；前置发电机（2）通过前置轴（3）与前摩擦盘（4）固定，后置发电机（11）通过后置轴（10）与离心离合器外杯（9）固定，后摩擦盘（5）和桨毂（6）固定并套接在主轴（13）的一端，主轴（13）的另一端与离心离合器甩块（8）固定，推力弹簧（7）两端分别与桨毂（6）和主轴（13）上设有的台阶接触，第一桨叶（14）根部穿过桨毂（6）上的导孔并经第一拉力弹簧（16）与桨毂（6）联接，第一拨杆（15）和第一桨叶（14）固定，并伸入离心离合器甩块（9）的孔中，第二桨叶（19）根部穿过桨毂（6）上的导孔并经第二拉力弹簧（17）与桨毂（6）联接，第二拨杆（18）和第二桨叶（19）固定，并伸入离心离合器甩块（9）的孔中，第三桨叶（20）根部穿过桨毂（6）上的导孔并经第三拉力弹簧（22）与桨毂（6）联接，第三拨杆（21）和第三桨叶（20）固定，并伸入离心离合器甩块（9）的孔中，前端保护壳（1）套接在前置发电机（2）外侧，后端保护壳（12）套接在后置发电机（11）外侧。
2.一种实施如权利要求1所述装置的可变容量小型风力发电方法，其特征在于根据风力大小通过双离合器机构自动切换功率大小不同的后置发电机(11)和前置发电机（2）；在小风力下，桨叶在空气流动方向上的载荷 N小，尚不能抵消主轴（13）上的推力弹簧（7）提供的推力 Fs，故前摩擦盘（4）和后摩擦盘（5）贴合，将桨毂（6）上的转矩传递到前置发电机（2），由前置发电机（2）发电，在风力变大时，桨叶在轴向上的阻力载荷增大，推力Fs减去载荷 N得到的合力不断减小，直到不能为摩擦离合器提供足够的压力来维持传递转矩所需的摩擦力，使得前摩擦盘（4）与后摩擦盘（5）分离，同时，第一桨叶（14）、第二桨叶（19）、第三桨叶（20）旋转角速度不断增大，与桨叶固定的第一拉力弹簧（16）、第二拉力弹簧（17）、第三拉力弹簧（22）为了提供更大的向心力而伸长一定量 L，该伸长量 L通过与桨叶根部固定的第一拨杆（15）、第二拨杆（18）、第三拨杆（21）传递给离心离合器甩块（8），离心离合器甩块（8）在自身离心力和拨杆传递而来的桨叶离心力作用下打开并与离心离合器外杯（9）接合，这样便实现了大风力下，由后置发电机(11)发电。
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