CN106677991A - 带防护套的垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了带防护套的垂直轴风力发电机，包括发电装置和防护装置。发电装置中，筒体内设有发电机、转速传感器以及PLC控制器。转速传感器检测风轮机的转速并输出脉冲信号至PLC控制器。防护装置中，防护套外侧面上设有安装孔，安装孔两侧的防护套上设有安装板，两侧安装板内设有转动连接的齿轮。安装板外侧的驱动电机驱动齿轮转动。防护柱的外侧面上以及防护柱延伸到筒体上的部位上设有与齿轮啮合的齿条。PLC控制器通过驱动接口控制驱动电机运作。本发明中，整个发电机组系统由PLC控制器控制，通过PLC控制器实时读取叶片转速并控制驱动电机使防护套上移或者下移，使转速保持在一个平稳的状态，从而实现“转速可控，安全可靠，经久耐用”的目的。

Description

带防护套的垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及带防护套的垂直轴风力发电机。
背景技术
风力发电机是一种将风能转换电能的能量转换装置，按照风轮轴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。目前的投入使用的风力发电机多为水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机由于人们普遍认为其风轮的启动力矩小、风能利用率低而导致其长期得不到重视。研究表面垂直轴风力发电机的风能利用率并不低于水平轴风力发电机，但是在风力过大时，垂直轴风力发电机在高转速时的速度控制困难，同时风轮迎风面积受力大，而时发电机输出功率过大，容易导致发电机超出额定功率损坏。
发明内容
针对现有垂直轴风力发电机所存在的问题，本发明提供带防护套的垂直轴风力发电机。
实现本发明目的的技术方案是：带防护套的垂直轴风力发电机，包括发电装置和防护装置。
所述发电装置包括底座、设置在底座上的筒体、设置在筒体上端的支撑轴以及设置在支撑轴上的顶盖，支撑轴上套设有转动连接的风轮机；所述筒体内设有发电机、转速传感器以及PLC控制器；所述转速传感器检测风轮机的转速并输出脉冲信号至所述PLC控制器；所述PLC控制器采集所述转速传感器输出的脉冲信号，并将预设时间内采集的脉冲信号数除以所述预设时间得到转速。
所述防护装置包括环向设置在筒体上端面和顶盖下端面之间的多根防护柱以及滑动连接在防护柱外侧面上的防护套；所述防护套与每根防护柱相对应位置的外侧面上均设有安装孔，安装孔两侧的防护套上设有对称布置的安装板，两侧安装板内设有转动连接的齿轮；所述一侧的安装板外侧设有驱动电机，驱动电机的输出轴穿过安装板与齿轮连接并驱动其转动；所述防护柱的外侧面上以及防护柱延伸到筒体上的部位上设有齿条；所述齿轮的内侧穿过安装孔与齿条啮合；所述PLC控制器上设有驱动接口，PLC控制器通过驱动接口控制驱动电机运作。
所述转速传感器包括光源发射器、转动齿轮和光电传感器；所述光源发射器用于产生持续的光脉冲；所述光电传感器用于将接收的通过转动齿轮的光脉冲转换为电输出脉冲；所述转动齿轮套装在风轮机的旋转轴上；所述光源发射器和光电传感器设置在转动齿轮的两侧，且位于转动齿轮的转动路径上。
所述PLC控制器上设有编程接口，PLC控制器的编程接口实现对PLC控制器内部的控制程序动态修改，以满足不同的驱动电机控制要求。
所述风轮机包括旋转套、设置在旋转套上的多个上下平行设置的支撑座以及垂直设置在相邻支撑座之间的风叶；所述旋转套转动连接在支撑轴上，旋转套下端通过联轴器与发电机的主轴连接。
所述风叶为横截面为圆弧的片状结构；所述风叶包括以支撑座的圆心为中心对称点的左风叶和右风叶。
相邻支撑座之间的风叶，相对高层的风叶较相对低层的风叶绕旋转套逆时针旋转120°。
所述光源发射器为发光二极管；所述光电传感器的芯片型号为E3JK-5M3；所述PLC控制器采用FLEX10K系列的CPLD芯片。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：本发明包括发电装置和防护装置，发电装置包括底座、设置在底座上的筒体、设置在筒体上端的支撑轴以及设置在支撑轴上的顶盖，支撑轴上套设有转动连接的风轮机；防护装置包括环向设置在筒体上端面和顶盖下端面之间的多根防护柱以及滑动连接在防护柱外侧面上的防护套，防护套通过驱动电机带动齿轮，通过与防护柱上的齿条啮合，使防护套上下移动，从而遮挡风轮机，通过改变风轮机中的风叶受风面积来达到控制转速的目的，同时对风叶及整个设备起保护作用。筒体结构内部设置发电机、转速传感器以及PLC控制器等硬件设施。整个发电机组系统由PLC控制器控制，通过PLC控制器实时读取叶片转速；若转速过快，则PLC控制器控制驱动电机使防护套上移，遮挡风轮机，减小风叶受风面积，降低转速，使转速保持在一个平稳的状态，减小电网的影响。若遇上极恶劣天气，则PLC控制器控制驱动电机使防护套上移至完全闭合，以保护整个设备，从而实现“转速可控，安全可靠，经久耐用”的目的。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的保护套半开启半封闭状态的示意图。
图3为本发明的保护套全封闭状态的示意图。
图4为本发明的保护套全开启状态的示意图。
图5为本发明去掉保护套的结构示意图。
图6为本发明中的保护套结构示意图。
图7为图6的俯视图。
图8为本发明中的风轮机结构示意图。
图9为图8中的A-A剖视图。
图10为图8中的B-B剖视图。
图11为图8中的C-C剖视图。
图12为本发明中的转速传感器结构示意图。
图13为本发明中的控制模块示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图7所示，本实施例的带防护套的垂直轴风力发电机，包括发电装置1和防护装置2。
发电装置1包括底座1-1、设置在底座1-1上的筒体1-2、设置在筒体1-2上端的支撑轴1-3以及设置在支撑轴1-3上的顶盖1-4，支撑轴1-3上套设有转动连接的风轮机1-5。筒体1-2内设有发电机3、转速传感器4以及PLC控制器5。转速传感器4检测风轮机1-5的转速并输出脉冲信号至所述PLC控制器5。PLC控制器5采集所述转速传感器4输出的脉冲信号，并将预设时间内采集的脉冲信号数除以所述预设时间得到转速。
防护装置2包括环向设置在筒体1-2上端面和顶盖1-4下端面之间的多根防护柱2-1以及滑动连接在防护柱2-1外侧面上的防护套2-2。防护套2-2与每根防护柱2-1相对应位置的外侧面上均设有安装孔2-2-1，安装孔2-2-1两侧的防护套2-2上设有对称布置的安装板2-2-2，两侧安装板2-2-2内设有转动连接的齿轮6。一侧的安装板2-2-2外侧设有驱动电机7，驱动电机7的输出轴穿过安装板2-2-2与齿轮6连接并驱动其转动。防护柱2-1的外侧面上以及防护柱2-1延伸到筒体1-2上的部位上设有齿条8。齿轮6的内侧穿过安装孔2-2-1与齿条8啮合。
如图12所示，转速传感器4包括光源发射器4-1、转动齿轮4-2和光电传感器4-3。光源发射器4-1用于产生持续的光脉冲。光电传感器4-3用于将接收的通过转动齿轮4-2的光脉冲转换为电输出脉冲。转动齿轮4-2套装在风轮机1-5的旋转轴上。光源发射器4-1和光电传感器4-3设置在转动齿轮4-2的两侧，且位于转动齿轮4-2的转动路径上。
如图13所示，PLC控制器5上设有驱动接口5-1，PLC控制器5通过驱动接口5-1控制驱动电机7运作。PLC控制器5上设有编程接口5-2，PLC控制器5的编程接口5-2实现对PLC控制器5内部的控制程序动态修改，以满足不同的驱动电机7控制要求。
如图8至图11所示，风轮机1-5包括旋转套1-5-1、设置在旋转套1-5-1上的多个上下平行设置的支撑座1-5-2以及垂直设置在相邻支撑座1-5-2之间的风叶1-5-3。旋转套1-5-1转动连接在支撑轴1-3上，旋转套1-5-1下端通过联轴器9与发电机3的主轴连接。风叶1-5-3为横截面为圆弧的片状结构，风叶1-5-3包括以支撑座的圆心为中心对称点的左风叶和右风叶。相邻支撑座之间的风叶1-5-3，相对高层的风叶1-5-3较相对低层的风叶1-5-3绕旋转套1-5-1逆时针旋转120°。光源发射器4-1为发光二极管。光电传感器4-3的芯片型号为E3JK-5M3。PLC控制器5采用FLEX10K系列的CPLD芯片。
本实施例运作时，光电传感器4-3用于将接收的通过固定在风轮机1-5的旋转轴上的转动齿轮4-2的光脉冲转换为电输出脉冲传递至PLC控制器5，PLC控制器5采集转速传感器4输出的脉冲信号，并将预设时间内采集的脉冲信号数除以所述预设时间得到转速，根据预先通过PLC控制器5的编程接口5-2设置限定的转速参数，通过PLC控制器5实时读取叶片转速，若转速过快，则PLC控制器5控制驱动电机7使防护套2-2上移，遮挡风轮机1-5，减小风叶受风面积，降低转速，使转速保持在一个平稳的状态，减小电网的影响。若遇上极恶劣天气，则PLC控制器5控制驱动电机7使防护套2-2上移至完全闭合，以保护整个设备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：包括发电装置(1)和防护装置(2)；
所述发电装置(1)包括底座(1-1)、设置在底座(1-1)上的筒体(1-2)、设置在筒体(1-2)上端的支撑轴(1-3)以及设置在支撑轴(1-3)上的顶盖(1-4)，支撑轴(1-3)上套设有转动连接的风轮机(1-5)；所述筒体(1-2)内设有发电机(3)、转速传感器(4)以及PLC控制器(5)；所述转速传感器(4)检测风轮机(1-5)的转速并输出脉冲信号至所述PLC控制器(5)；所述PLC控制器(5)采集所述转速传感器(4)输出的脉冲信号，并将预设时间内采集的脉冲信号数除以所述预设时间得到转速；
所述防护装置(2)包括环向设置在筒体(1-2)上端面和顶盖(1-4)下端面之间的多根防护柱(2-1)以及滑动连接在防护柱(2-1)外侧面上的防护套(2-2)；所述防护套(2-2)与每根防护柱(2-1)相对应位置的外侧面上均设有安装孔(2-2-1)，安装孔(2-2-1)两侧的防护套(2-2)上设有对称布置的安装板(2-2-2)，两侧安装板(2-2-2)内设有转动连接的齿轮(6)；所述一侧的安装板(2-2-2)外侧设有驱动电机(7)，驱动电机(7)的输出轴穿过安装板(2-2-2)与齿轮(6)连接并驱动其转动；所述防护柱(2-1)的外侧面上以及防护柱(2-1)延伸到筒体(1-2)上的部位上设有齿条(8)；所述齿轮(6)的内侧穿过安装孔(2-2-1)与齿条(8)啮合；所述PLC控制器(5)上设有驱动接口(5-1)，PLC控制器(5)通过驱动接口(5-1)控制驱动电机(7)运作。
2.根据权利要求1所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述转速传感器(4)包括光源发射器(4-1)、转动齿轮(4-2)和光电传感器(4-3)；所述光源发射器(4-1)用于产生持续的光脉冲；所述光电传感器(4-3)用于将接收的通过转动齿轮(4-2)的光脉冲转换为电输出脉冲；所述转动齿轮(4-2)套装在风轮机(1-5)的旋转轴上；所述光源发射器(4-1)和光电传感器(4-3)设置在转动齿轮(4-2)的两侧，且位于转动齿轮(4-2)的转动路径上。
3.根据权利要求1所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述PLC控制器(5)上设有编程接口(5-2)，PLC控制器(5)的编程接口(5-2)实现对PLC控制器(5)内部的控制程序动态修改，以满足不同的驱动电机(7)控制要求。
4.根据权利要求1所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮机(1-5)包括旋转套(1-5-1)、设置在旋转套(1-5-1)上的多个上下平行设置的支撑座(1-5-2)以及垂直设置在相邻支撑座(1-5-2)之间的风叶(1-5-3)；所述旋转套(1-5-1)转动连接在支撑轴(1-3)上，旋转套(1-5-1)下端通过联轴器(9)与发电机(3)的主轴连接。
5.根据权利要求4所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风叶(1-5-3)为横截面为圆弧的片状结构；所述风叶(1-5-3)包括以支撑座的圆心为中心对称点的左风叶和右风叶。
6.根据权利要求5所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：相邻支撑座之间的风叶(1-5-3)，相对高层的风叶(1-5-3)较相对低层的风叶(1-5-3)绕旋转套(1-5-1)逆时针旋转120°。
7.据权利要求1所述的带防护套的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述光源发射器(4-1)为发光二极管；所述光电传感器(4-3)的芯片型号为E3JK-5M3；所述PLC控制器(5)采用FLEX10K系列的CPLD芯片。
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