CN104088754B - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垂直轴风力发电机，包括风叶、盘式电机、风叶支架和立柱，其特征在于：所述垂直轴风力发电机还包括传感器、控制模块以及位移装置，所述传感器的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置，所述位移装置驱动所述风叶和所述风叶支架的位移，本发明通过设置传感器将风速信号或者是发电机状态输送给控制模块进行计算分析并精确控制调节装置调节风叶到立柱的距离，用减小力矩的方法来限速，从而使垂直轴风力发电机的限速系统更稳定、更能精确限制转速和提高转速、并且机械磨损小，通过调节减小风叶到立柱的距离还可以使垂直轴风力发电机在运输过程中占据更小空间，方便运输。

Description

一种垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机械领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电机。
背景技术
风能是一种取之不尽，用之不竭的可再生新兴绿色能源。因此，世界各国和政府把风力发电行业提高到一个重要的地位，大力推动和扶持。我国是最先研制出垂直轴风力发电机的国家之一，垂直轴风力发电机相比水平风力发电机优点是噪声小，风能利用率高和启动风速小等。现有技术中，垂直轴风力发电机主要分为阻力型和升力型两类。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差作为驱动力的，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。由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。
但是，目前无论阻力型还是升力型的垂直轴风力发电机都普遍存在着以下缺陷：起动扭矩小、结构复杂、而且在强风时，风轮迎风面积及受力大，而使发电机输出功率过大，容易导致电机超出额定发电功率而损坏，目前的一般的解决办法是通过在旋转轴部位设置摩擦或者是变速装置，此种方法使发电机变得易磨损，不稳定，而且结构繁琐不易普遍实现；还有些解决方法是设置弹簧变桨装置，通过改变扇叶方向来增加旋转阻力从而达到限速的目的，此种装置不能精确控制风叶变动而不稳定，而且由于风速经常变化，风叶经常运动碰撞易损坏，增加了材料成本。如专利申请CN98209672.0自动调节叶片角度的垂直轴风力机，它是在风力机轮辐上安装了机械装置使轮辐转动90度来实现叶片随之转动90度，风机每转一圈变化两次。这样的变化不平稳不连续，而且机械转动装置复杂安全性差，在大型风力机上很难应用。又如专利申请CN200710060159.2全迎风同步垂直轴风力发电机，它的调控叶片方向是用凸轮，链条，球的组合来实现调控叶片方向实现风轮机运转。这个系统过于复杂，制造安装精度要求高，在运转过程中机械磨损精度难于保证，难于长期运行。又如专利申请CN201110113520.X,变桨叶式垂直轴风力发电机，是一种靠扇叶和重锤的离心力调节弹簧来自动控制变桨叶方向的垂直轴风力发电机，但是随着风速的易变，弹簧的变化跟所需限速阻力保持协调从而导致不稳定，而且此种设置对高速运行和经常变位碰撞的扇叶强度要求更高，成本更高。
发明内容
为克服现有技术中存在的垂直轴风力发电机限速装置的不稳定、磨损不易控制、调节不够精确和成本高的问题，本发明提供一种垂直轴风力发电机包括风叶、盘式电机、风叶支架和立柱，所述垂直轴风力发电机还包括传感器、控制模块以及位移装置，所述传感器的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输出的数据并控制位移装置，所述位移装置驱动所述风叶和所述风叶支架的位移。
进一步地，所述传感器为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶的转速，所述风速传感器设置在所述盘式电机的正上方。
进一步地，每个所述风叶由两个所述风叶支架连接，且这两个所述风叶支架相互平行。
进一步地，所述风叶支架由两节片状连杆组成，且这两节所述片状连杆由位移装置连接。
优选地，所述风叶支架通过销轴分别与所述盘式电机和所述风叶连接，所述风叶支架和所述盘式电机由所述位移装置连接。
优选地，所述风叶支架通过销轴分别与所述盘式电机和所述风叶连接，所述风叶支架和所述盘式电机的连接处设置有所述调节装置，所述角度调节装置分别连接所述风叶支架和所述盘式电机。
优选地，所述风叶是由内部中空的两片半片叶片组成，所述两个半片叶片在转动方向前端由销轴连接，所述两个风叶中部由所述位移装置连接。
优选地，所述风叶支架上设置有挡风板，所述挡风板通过销轴与所述风叶支架连接，所述风叶支架和所述挡风板的连接处设置有角度调节装置。
进一步地，所述挡风板设置在所述风叶支架的运动风向的反向处，每一个所述风叶支架上有两个并排的所述挡风板连接。
通过如上设计，本发明通过设置传感器将风速信号或者是发电机状态输送给控制模块进行计算分析并精确控制调节装置调节风叶到立柱的距离，用减小力矩的方法来限速，从而使垂直轴风力发电机的限速系统更稳定、更能精确限制转速和提高转速、并且机械磨损小，通过调节减小风叶到立柱的距离还可以使垂直轴风力发电机在运输过程中占据更小空间，方便运输。
附图说明
图1是一种垂直轴风力发电机的结构示意图；
图2是实施例4中一种垂直轴风力发电机的风叶支架和挡风板的结构示意图；
图3是实施例5中一种垂直轴风力发电机的风叶的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种垂直轴风力发电机，包括风叶1、盘式电机2、风叶支架3和立柱4，所述垂直轴风力发电机还包括传感器5、控制模块以及位移装置6，所述传感器5的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置6，所述位移装置5驱动所述风叶1和所述风叶支架3的位移；通过传感器5感应并传送垂直轴风力发电机的工作状态或者是风速信号给控制模块，控制模块分析传感器5的传输的数据，如果垂直轴风力发电机超过额定工作状态，控制模块将通过计算控制位移装置6调节风叶1到立柱4的距离，从而较小力矩，达到限速或者是提速的目的。
所述传感器5为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶的转速，所述风速传感器设置在所述盘式电机2的正上方；如此设计控制模块将在接收到输入数据，当风速大于垂直轴风力发电机的额定风速时、当电流高于发电的额定电流时、当电压高于发电的额定电压时或者是当风叶转速高于发电的额定转速时将控制位移装置减小风叶1到立柱4间距。
每个所述风叶1由两个所述风叶支架3连接，且这两个所述风叶支架3相互平行，所述风叶支架3由两节片状连杆组成，且这两节所述片状连杆由位移装置连6接。如此设置可以调节连杆的位移来调节风叶1到立柱4的距离。
实施例2：一种垂直轴风力发电机，包括风叶1、盘式电机2、风叶支架3和立柱4，所述垂直轴风力发电机还包括传感器5、控制模块以及位移装置6，所述传感器5的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置6，所述位移装置5驱动所述风叶1和所述风叶支架3的位移。
所述传感器5为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶1的转速，所述风速传感器5设置在所述盘式电机2的正上方。
所述风叶支架3通过销轴分别与所述盘式电机2和所述风叶连接，所述风叶支架3和所述盘式电机2由所述位移装置6连接，如此设计可以通过调节风叶支架3相对于盘式电机2的位移来调节风叶1到立柱4的距离。
实施例3：一种垂直轴风力发电机，包括风叶1、盘式电机2、风叶支架3和立柱4，所述垂直轴风力发电机还包括传感器5、控制模块以及位移装置6，所述传感器5的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置6，所述位移装置5驱动所述风叶1和所述风叶支架3的位移。
所述传感器5为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶1的转速，所述风速传感器5设置在所述盘式电机2的正上方。每个所述风叶1由两个所述风叶支架3连接，且这两个所述风叶支架3相互平行。
所述风叶支架3通过销轴分别与所述盘式电机2和所述风叶1连接，所述风叶支架3和所述盘式电机2的连接处设置有所述调节装置，所述角度调节装置分别连接所述风叶支架3和所述盘式电机2，如此设计可以通过调节角度调节装置控制风叶支架3和立柱4的角度来控制风叶1到立柱4的距离。
实施例4：一种垂直轴风力发电机，包括风叶1、盘式电机2、风叶支架3和立柱4，所述垂直轴风力发电机还包括传感器5、控制模块以及位移装置6，所述传感器5的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置6，所述位移装置5驱动所述风叶1和所述风叶支架3的位移。
所述传感器5为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶1的转速，所述风速传感器5设置在所述盘式电机2的正上方。
所述风叶1是由内部中空的两片半片叶11片组成，所述两个半片叶片11在转动方向前端由销轴连接，所述两个风叶11中部由所述位移装置6连接，如此可以在垂直风力发电机超过额定工作状态时调节风叶的半片叶片11来增加风叶1转动时的阻力来限速。
实施例5：一种垂直轴风力发电机，包括风叶1、盘式电机2、风叶支架3和立柱4，所述垂直轴风力发电机还包括传感器5、控制模块以及位移装置6，所述传感器5的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输入数据并控制位移装置6，所述位移装置5驱动所述风叶1和所述风叶支架3的位移。
所述传感器5为风速传感器、电流传感器、电压传感器或者是转速传感器中的一种，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶1的转速，所述风速传感器5设置在所述盘式电机2的正上方。
所述风叶支架3上设置有挡风板31，所述挡风板31通过销轴与所述风叶支架3连接，所述风叶支架3和所述挡风板31的连接处设置有角度调节装置。
所述挡风板31设置在所述风叶支架3的运动风向的反向处，每一个所述风叶支架3上有两个并排的所述挡风板31连接，如此设计可以通过调节角度调节装置调节同一个风叶支架3上两个挡风板31间的夹角，使挡风板31张开一定的角度，在风速小于垂直轴风力发电机的工作风速时，调节挡风板31夹角为30°-50°，此时可以通过挡风板31在风作用下的转动力为风叶1转动提供动力；在风速大于垂直轴风力发电机的额定风速时调节挡风板31夹角为45°-90°，此时由于风速较大，可以增大风叶1转动的阻力来限制转速，在风速大于启动风速20％而小于额定风速时，调节两个挡风板31夹角为0°。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种垂直轴风力发电机，包括风叶、盘式电机、风叶支架和立柱，其特征在于：所述垂直轴风力发电机还包括传感器、控制模块以及位移装置，所述传感器的输出端连接所述控制模块，所述控制模块分析传感器输出的数据并控制位移装置，所述位移装置驱动所述风叶和所述风叶支架的位移；
所述传感器包括：风速传感器、电流传感器、电压传感器和转速传感器，所述电流传感器串联在所述垂直轴风力发电机的输出电路中，所述电压传感器测试所述垂直轴风力发电机的输出电压，所述转速传感器测试所述风叶的转速，所述风速传感器设置在所述盘式电机的正上方；
所述风叶支架上设置有挡风板，所述挡风板通过销轴与所述风叶支架连接，所述风叶支架和所述挡风板的连接处设置有角度调节装置，所述挡风板设置在所述风叶支架的运动风向的反向处，每一个所述风叶支架上有两个并排的所述挡风板连接；
通过调节所述角度调节装置调节同一个所述风叶支架上两个挡风板间的夹角，在风速小于垂直轴风力发电机的工作风速时，调节挡风板夹角为30°-50°；在风速大于垂直轴风力发电机的额定风速时调节挡风板夹角为45°-90°；在风速大于启动风速20％而小于额定风速时，调节两个挡风板31夹角为0°。
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