CN104141592A - 竖轴直流风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖轴直流风力发电机。其技术方案的要点是，该风力发电机包括竖轴侧风力机构和径向直流发电机构。在自然风力作用下风向控制装置将风力机的工作面转向迎风，风叶转动装置使各风叶转入受风角度，转管装置带动轴向永磁转子装置旋转，径向直流定子装置输出直流电力。与现有技术相比本发明的有益效果主要是，利于最大限度捕获自然风能，利于在弱风中起动且不必在巨风中停车，利于减少电磁损失。利于制造、运输、安装、维修。

Description

竖轴直流风力发电机

技术领域 本发明涉及一种风力发电机，特别是涉及一种竖轴直流风力发电机。

背景技术 在竖轴阻力型风力发电机中，对于风力机一般不用考虑控制迎风方向，但是由于受风叶面总有一侧不免形成负扭矩，从而降低了捕获自然风能的效果。对于发电机一般采用同步交流形式，即便是直流形式也不免因绕组以及交变磁场的存在而失掉相当的电磁损失。

发明内容 本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种不仅能够提高捕获自然风能的能力，而且能够减少电磁损失的风力发电机。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了下述的技术方案：一种竖轴直流风力发电机，其特征是该风力发电机包括，竖轴侧风力机构和径向直流发电机构。竖轴侧风力机构包括，转管装置，风叶转动装置，叶梁升降装置，风向控制装置，以及制动装置。径向直流发电机构包括，离心轴向永磁转子装置，单向径向直流定子装置，以及操作控制装置。其中转管装置包括，转管，上力臂，下力臂，其中风叶转动装置包括，风叶转轴，联轴器，风叶轮，中心轮，同步传动带，其中叶梁升降装置包括，叶梁，定滑轮，牵引索，牵引器，叶面，固定索，其中风向控制装置包括，风向板，风向管，调节器，底座，其中离心轴向永磁转子装置包括，转子座，转子铁心，永久磁铁，其中单向径向直流定子装置包括，定子铁心，铁箍，定子支架，导线。关于转管装置，转管内装轴承和推力轴承套装在风向管外，上力臂与转管上部固定，下力臂与转管中下部固定，下力臂以下的转管以备安装发电机转子座。关于风叶转动装置，风叶转轴上端经过轴承被安装在上力臂外端，风叶转轴下端经过联轴器被安装在下力臂外端，联轴器下端联接风叶轮，中心轮安装在风向管的下部，风叶轮和中心轮之间装有同步传动带。关于叶梁升降装置，叶梁安装在风叶转轴上，且可以沿风叶转轴上下移动，且可以随风叶转轴转动，定滑轮安装在风叶转轴上部，牵引器安装在风叶转轴的下部，上位叶梁，定滑轮，牵引器之间装有牵引索，叶面经固定索被固定在各叶梁之间。关于风向控制装置，风向板固定在风向管上端，风向管经轴承安装在底座上，调节器安装在风向管上。关于离心轴向永磁转子装置，转子座固定在转管下部，转子铁心固定在转子座上，永久磁铁安置在转子铁心的上下平面，且可以径向移动，关于单向径向直流定子装置，上下定子铁心分别装配在铁箍上下开口端，铁箍固定在定子支架上，导线铺设在上定子铁心的下平面和下定子铁心的上平面。在自然风力作用下风向控制装置将竖轴侧风力机构的工作面转向迎风，风叶转动装置使各风叶转入受风角度，随着风叶受风转管装置开始转动，叶梁升降装置以及制动装置用以检修；离心轴向永磁转子装置随转管装置转动，由于单向径向直流定子装置的导线单向铺设在定子铁心平面，输出端输出直流电流，操作控制装置用以运行。

与现有技术相比本发明的有益效果主要是，1、侧风力机构的叶面顺风时可以饱和风力产生最大正扭矩，逆风时可以躲避风阻力最大限制负扭矩，侧风时叶面在转角过度中可以保持最佳分力产生正扭矩，利于最大限度捕获自然风能。2、叶面可以任意升降，利于随时低位检修。3、径向直流发电机构的永久磁铁的径向移动可以使竖轴直流风力发电机在弱风中起动且不必在巨风中停车，利于高效率安全运行。4、导线的径向且单向铺设不存在交变电流以及交变磁场，利于减少电磁损失。5、由于机构简易便于制造运输安装维修，利于风力发电事业的繁荣。

附图说明 图1是侧风力机构捕风平面示意图。图中直角坐标的纵向示意风向，从下向上，直角坐标的横向示意工作面。因为图1示意的是三枚风叶的情形，右侧的风叶断面是饱和风力的状态，第二象限和第三象限中的风叶断面是在转角过程中由于分力产生正扭矩的状态。

图2是径向直流定子导线平面示意图。图中的扇形视觉是园形定子铁心的概念，径向直线示意导线的铺设方向，切向曲线示意导线的连接关系。

具体实施方式 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

对于风向控制装置。风向管下部经推力轴承或者推力球安装在底座上，推力轴承或者推力球轴向承受风力机和发电机转子的重量，风向管上部装配的轴承承受风力的横向作用。风向板固定在风向管上端，当板面受风时风向管能与风向板同步转动。调节器安装在风向管上，用来调节风向控制装转动的灵活性。由于上力臂和下力臂可以装配若干组，当转管装置可以自行定向时风向控制装置可以取消。

对于转管装置。转管经轴承和推力轴承套装在风向管外，轴承位于上部将风力的横向作用传递给风向管，推力轴承位于下部除将风力的横向作用传递给风向管外，还要将风力机和发电机转子的重量传递给底座。上力臂和下力臂有若干组，本实施采用了三组既三支上力臂三支下力臂，三支上力臂之间以120度夹角与转管上部固定，三支下力臂也以120度夹角与转管中下部固定，以120度夹角固定的三支上力臂与以120度夹角固定的三支下力臂之间可以错开若干角度，必要时以便调整叶面的俯仰角。下力臂以下的转管以备安装发电机转子座，根据需要可以同轴安装若干组转子座。

对于风叶转动装置。风叶转轴上端经过轴承被安装在上力臂外端，以便风叶转轴转动灵活。因为叶梁既要随风叶转轴转动，又要沿风叶转轴移动，所以风叶转轴的横截面为非园形或者在园形上加设滑键。风叶转轴下端经过联轴器被安装在下力臂外端，根据需要可以采用万向联轴器，以便对应风叶转轴的倾斜。联轴器下端通过推力轴承联接风叶轮，风叶轮可以是链轮也可以是同步轮。中心轮安装在风向管的下部，中心轮也可以是链轮或者是同步轮。风叶轮和中心轮之间装有链条或者同步传动带。

对于叶梁升降装置。叶梁中部设有安装孔，安装在风叶转轴上，且可以沿风叶转轴上下移动，且可以随风叶转轴转动，叶梁上设有若干固定索孔，以便用固定索固定叶面。定滑轮安装在风叶转轴上部，牵引器安装在风叶转轴下部，上位叶梁，定滑轮，牵引器之间装有牵引索。牵引器牵引牵引索带动叶梁上下移动，牵引器是一个缠绕牵引索的滚筒，可以是手动也可以是电动还可以遥控。叶面经固定索被固定在各叶梁之间，根据风力机的不同尺寸，可装多支叶梁以便在各个叶梁之间固定叶面。

对于离心轴向永磁转子装置。转子座固定在转管下部，转子铁心固定在转子座上，在转子铁心与转子座之间可以加入隔磁层。永久磁铁安置在转子铁心的上下平面，且可以径向移动。在不要求永久磁铁径向移动时，永久磁铁可以直接固定在转子铁心的上下平面，在要求永久磁铁径向移动时，为了永久磁铁的径向移动，可以在转子铁心上加工径向滑槽，且在滑槽的外端加设弹簧以便永久磁铁滑回原位，此时原转子铁心也可以改用隔磁材料。

对于单向径向直流定子装置。上定子铁心和下定子铁心分别装配在铁箍的上开口端和下开口端。铁箍为园筒形，在园筒曲面上设有安装孔，安装孔用来拆装、观察和通风。铁箍固定在定子支架上，在铁箍与定子支架之间可以加入隔磁层。导线径向且单向铺设在上定子铁心的下平面和下定子铁心的上平面。径向铺设的导线可以形成一个切向角，在径向且单向铺设的导线两端连接有内环形导线和外环形导线，从内外环形导线上可以引出若干输出导线。

在自然风力作用下，风向控制装置将竖轴侧风力机构的工作面转向迎风。工作面是指面向迎风能够最佳捕获风能的垂直面。如果工作面可以自行形成，风向控制装置的作用可以消除。风叶转动装置会使各风叶转入受风角度，随着风叶受风，转管装置开始转动。叶梁升降装置以及制动装置主要用以检修。轴向永磁转子装置随转管装置转动，由于单向径向直流定子装置的导线径向且单向铺设在定子铁心平面，发电机输出端输出直流电流。操作控制装置主要用以安全运行以及输出后的直交流转换。

Claims (1)

1.一种竖轴直流风力发电机，其特征是该风力发电机包括，竖轴侧风力机构和径向直流发电机构。竖轴侧风力机构包括，转管装置，风叶转动装置，叶梁升降装置，风向控制装置，以及制动装置。径向直流发电机构包括，离心轴向永磁转子装置，单向径向直流定子装置，以及操作控制装置。其中转管装置包括，转管，上力臂，下力臂，其中风叶转动装置包括，风叶转轴，联轴器，风叶轮，中心轮，同步传动带，其中叶梁升降装置包括，叶梁，定滑轮，牵引索，牵引器，叶面，固定索，其中风向控制装置包括，风向板，风向管，调节器，底座，其中离心轴向永磁转子装置包括，转子座，转子铁心，永久磁铁，其中单向径向直流定子装置包括，定子铁心，铁箍，定子支架，导线。关于转管装置，转管内装轴承和推力轴承套装在风向管外，上力臂与转管上部固定，下力臂与转管中下部固定，下力臂以下的转管以备安装发电机转子座。关于风叶转动装置，风叶转轴上端经过轴承被安装在上力臂外端，风叶转轴下端经过联轴器被安装在下力臂外端，联轴器下端联接风叶轮，中心轮安装在风向管的下部，风叶轮和中心轮之间装有同步传动带。关于叶梁升降装置，叶梁安装在风叶转轴上，且可以沿风叶转轴上下移动，且可以随风叶转轴转动，定滑轮安装在风叶转轴上部，牵引器安装在风叶转轴的下部，上位叶梁，定滑轮，牵引器之间装有牵引索，叶面经固定索被固定在各叶梁之间。关于风向控制装置，风向板固定在风向管上端，风向管经轴承安装在底座上，调节器安装在风向管上。关于离心轴向永磁转子装置，转子座固定在转管下部，转子铁心固定在转子座上，永久磁铁安置在转子铁心的上下平面，且可以径向移动，关于单向径向直流定子装置，上下定子铁心分别装配在铁箍上下开口端，铁箍固定在定子支架上，导线铺设在上定子铁心的下平面和下定子铁心的上平面。在自然风力作用下风向控制装置将竖轴侧风力机构的工作面转向迎风，风叶转动装置使各风叶转入受风角度，随着风叶受风转管装置开始转动，叶梁升降装置以及制动装置用以检修；离心轴向永磁转子装置随转管装置转动，由于单向径向直流定子装置的导线单向铺设在定子铁心平面，输出端输出直流电流，操作控制装置用以运行。