CN109058047A - 双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，包括塔杆和设于塔杆上的风力叶轮机构，所述风力叶轮机构包括一上一下成组设置的两风力叶轮，所述两风力叶轮上的叶片朝向相反；所述风力叶轮上的叶片相互错位设置，所述两风力叶轮设于同一中心转轴线上；所述叶片为可开闭式或折叠式叶片；所述两风力叶轮的中心转轴之间设置有永磁90度动力换向器。本发明不仅解决了垂直轴风力发电机塔筒及机械转换结构的平稳性，而且有效提高风能转换效率，由于采用相向双动力及永磁90度动力换向器结构的特殊设计，取代锥齿90度换向，不但解决运行平稳，而且还可以同时实现旋转扭力的倍增，免维护、没有机械磨损、没有机械摩擦损耗。

Description

双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是一种双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置。

背景技术

目前垂直轴叶片风力发电机普片得不到更广泛推广应用，其主要技术难题在于垂直轴风力发电机因为叶轮的结构技术因素的缺陷，无法普片对大型装机容量采用实施。技术难关在于，垂直轴风力发电机的叶片垂直于地面风轮结构，在工作时叶片的单边受力对风力发电机塔筒的单向扭力特别大，并叶片为固定受风面叶片，一旦遇到强风时叶片不能将受风面打开泄压，叶片组合而成的叶轮转速非常高，由此而带来对设备整体破坏力以随之而生，非常容易造成塔筒承受不了单边扭力而发生事故倒塌。再则投资大风能转化效率低，因为垂直轴风力发电机的叶轮结构特殊性，运转时前叶片极易挡着后叶片的受风面的风力，造成风能转化效能的下降，所以无论是多少组叶片组合而成的叶轮，始终存在前叶片挡后叶片风作用力，这直接造成发电效率低的主要原因，亦是现有市面垂直轴风力发电机技术难关。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种风力发电机双向动力永磁换向开合自泄压错位结构叶片,不仅解决了垂直轴风力发电机塔筒及机械转换结构的平稳性，而且有效提高风能转换效率，同等级提高50％-70％。由于采用相向双动力及永磁90度动力换向器结构的特殊设计，取代锥齿90度换向，不但解决运行平稳，而且还可以同时实现旋转扭力的倍增，免维护、没有机械磨损、没有机械摩擦损耗。并可以在生产制作时将风力叶轮动力转化串动力结构，实现并装大型机组风力发电广泛应用，有效提高风力利用率起到明显有益效果。

本发明采用的技术方案是：

一种双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，包括塔杆和设于塔杆上的风力叶轮组；

所述风力叶轮机构包括一上一下成组设置的两风力叶轮，所述两风力叶轮上的叶片朝向相反；所述风力叶轮上的叶片相互错位设置，所述两风力叶轮设于同一中心转轴线上；所述两风力叶轮的中心转轴之间设置有永磁90度动力换向器；

所述永磁90度动力换向器包括相对设置的上磁极盘和下磁极盘，所述上磁极盘的轴心连接位于其上方的风力叶轮机构的中心转轴，所述下磁极盘的轴心连接位于其下方的风力叶轮机构的中心转轴；所述上磁极盘的底面、下磁极盘的顶面圆周侧均布安装有多个永磁体，相邻两所述永磁体的磁极极性交替排列设置；所述上磁极盘和下磁极盘之间设有多个与永磁体配合的磁极从动轮，所述多个磁极从动轮以上磁极盘或下磁极盘的圆心为中心呈圆周均布，所述磁极从动轮的轴心延上磁极盘或下磁极盘的径向设置，所述磁极从动轮的圆周侧设有与永磁体相配合的磁极，所述磁极从动轮的磁极交替排列设置；所述磁极从动轮与上磁极盘和下磁极盘的磁面有一定气隙；所述磁极从动轮远离上磁极盘或下磁极盘的圆心的一侧面中心连接发电机的输入轴。

优选地，所述叶片包括呈“U”字型的叶片架和两弧形板，所述叶片架为镂空状，所述叶片架的两端分别铰接两弧形板的一边，且两弧形板的另一边拼接时刚好与叶片架贴合。

优选地，所述叶片包括环形叶片架和铰接在环形叶片架上的多个弧形板，所述多个弧形板刚好可拼接成半球形。

优选地，所述叶片包括“U”字型的叶片和叶片固定轴，所述叶片固定轴设于风力叶轮的转臂一端，且叶片固定轴与风力叶轮的转臂垂直设置，所述“U”字型的叶片的一开口边与叶片固定轴铰接，所述叶片固定轴上设有对叶片正反向旋转限位的限位装置。

本发明的有益效果是：

1、在同等风力作用下风能利用则提高50％或更高，充分有效地利用风能，并且还不会在结构上增加生产成本。

2、通过永磁90度动力换向器的永磁驱动，取代90度锥齿换向器，达到免维护、降低机械损耗的目的。

3、在提高风能转换率的同时，还解决了传统垂直轴风力发电机塔筒及机械转换结构平稳性不足的问题。

4、叶片可采用像双扇转轴式对开门一样自动开合泄压式，或采用像花瓣一样沿中心向圆周方向打开自动开合泄压式，这两种叶片的优势在于如果风力发电机运行时，一旦遇到强风，叶片会自动打开将过大的风压卸掉，以保证设备不会因过高风压和转速而损坏，开合张力可以经过弹簧、液压活塞、气动推拉缸体实时完成对叶片的打开和复位。

5、叶片可以随风力作用自动打开与折叠，降低叶片反向风阻，大大提高风力发电在轻微风状态下同样能发电，提高发电量发电效率效果非常明显，解决目前市面风力发电机轻风不能发电这一突出技术难关。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中“U”字型叶片的结构示意图；

图3为图2中“U”字型叶片打开时的结构示意图；

图4为本发明实施例中半球型叶片的结构示意图；

图5为图4中半球型叶片打开时的结构示意图；

图6为本发明实施例中风力叶轮叶片的另一种结构示意图；

图7为本发明实施例中永磁90度动力换向器的一种结构示意图；

图8为本发明实施例中永磁90度动力换向器的另一种结构示意图；

附图标记：1、塔杆，2、风力叶轮机构，3、风力叶轮，4、叶片，40、叶片，41、叶片架，42、弧形板，50、叶片，51、叶片架，52、弧形板，60、叶片，61、叶片固定轴，62、“U”字型的叶片，63、限位块，70、永磁90度动力换向器，71、上磁极盘，72、下磁极盘，73、永磁体，74、磁极从动轮，80、永磁90度动力换向器，81、上磁极盘，82、下磁极盘，7、永磁体，84、磁极从动轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，包括塔杆1和设于塔杆1上的风力叶轮机构2。

所述风力叶轮机构2包括一上一下成组设置的两风力叶轮3，所述两风力叶轮3上的叶片4朝向相反；所述风力叶轮3上的叶片4相互错位设置，所述两风力叶轮3设于同一中心转轴线上；所述两风力叶轮3的中心转轴之间设置有永磁90度动力换向器。

在错位安装风力叶轮的叶片时，以图1中每个风力叶轮包括6个叶片为例，有如下方案：

一、装配风力叶轮时，第一个叶片的转臂在一个高度上固定，第二个叶片的转臂沿中心轴线升高或降低一定高度，实现两个叶片有一定高度差，即第二个叶片的转臂高度大于或小于第一个叶片的转臂高度；第三、第五个叶片同第一个叶片的高度装配，第四、第六个叶片同第二个叶片的高度装配。

二、装配风力叶轮时，第一个叶片的转臂设定一定长度，第二个叶片的转臂和第一个叶片的转臂设定一长度差，即第二个叶片的转臂长度大于或小于第一个叶片的转臂长度；第三、第五个叶片的转壁长度同第一个叶片的转臂长度，第四、第六个叶片的转壁长度同第二个叶片的转臂长度。

上述两个方案，在运行时位于风向上游的叶片受风时，不会阻挡位于风向下游的叶片受风力作用，这样在同等风力作用下风能利用则提高50％或更高，有效利用风能效率，并还不会在结构上增加生产成本。这是现有市面普遍风力发电机无法实现的。

如图7所示，所述永磁90度动力换向器70包括相对设置的上磁极盘71和下磁极盘72，所述上磁极盘71的轴心连接位于其上方的风力叶轮3的中心转轴，所述下磁极盘72的轴心连接位于其下方的风力叶轮3的中心转轴；所述上磁极盘71的底面、下磁极盘72的顶面圆周侧均布安装有多个永磁体73所述多个永磁体73呈斜齿状分布于上磁极盘71和下磁极盘72上；所述上磁极盘71和下磁极盘72之间设有多个与永磁体73配合的磁极从动轮74，所述多个磁极从动轮74以上磁极盘71或下磁极盘72的圆心为中心呈圆周均布，所述磁极从动轮74的轴心延上磁极盘71或下磁极盘72的径向设置，所述磁极从动轮74的圆周侧设有与永磁体73相配合的磁极，所述磁极从动轮74的磁极交替排列设备；所述磁极从动轮74远离上磁极盘71或下磁极盘72的圆心的一侧面中心连接发电机的输入轴。

永磁90度动力换向器70，是将上部叶轮的旋转动力直接传递给上部叶轮轴端头上的磁极盘，该磁极盘上嵌装有多个永磁体，装配时为一个南极一个北极圆周分布安装成一个磁极驱动盘，取代锥齿主动盘，下部叶轮的旋转动力直接传递给下部叶轮轴端头上的磁极盘，该磁极盘上嵌装有多个永磁体，装配时为一个南极一个北极圆周分布安装成一个磁极驱动盘，取代锥齿主动盘。在上下两个磁极盘间装配有小的磁极从动轮，当上下磁极盘随叶轮转动时，通过磁极相吸相斥作用力，直接将动力传递给磁极从动轮，磁极从动轮与电机装配为一体，这样既实现永磁驱动，取代90度锥齿换向器，达到免维护、降低机械损耗这样一个目的。

如图8所示，所述永磁90度动力换向器还有另一种形式，该永磁90度动力换向器80与永磁90度动力换向器70的主要区别在于，所述磁极从动轮84呈球状，所述上磁极盘81和下磁极盘82上均设有与磁极从动轮84配合的环形凹槽，所述永磁体83均布于环形凹槽内，所述磁极从动轮84的表面均布有与永磁体83配合的凸齿，且所述凸齿具有间隔交错的磁极。图8中永磁90度动力换向器80的工作原理同图7中永磁90度动力换向器70的工作原理。

在其中一个实施例中，如图2、图3所示，所述叶片40包括呈“U”字型的叶片架41和两弧形板42，所述叶片架41为镂空状，所述叶片架41的两端分别铰接两弧形板42的一边，且两弧形板42的另一边拼接时刚好与叶片架41贴合。

所述弧形板42与叶片架41的铰接处可设置弹簧、液压活塞、气动推拉缸体实时完成对叶片40的打开和复位，通过弹簧、液压活塞、气动推拉缸体控制物体旋转移动属于现有技术，在此不做过多叙述。

在其中一个实施例中，如图4、图5所示，所述叶片50包括环形叶片架51和铰接在环形叶片架51上的多个弧形板52，所述多个弧形板52刚好可拼接成半球形。

同样地，所述弧形板52与叶片架51的铰接处可设置弹簧、液压活塞、气动推拉缸体实时完成对叶片50的打开和复位。

叶片采用像双扇转轴式对开门一样自动开合泄压式，或采用像花瓣一样沿中心向圆周方向打开自动开合泄压式，这两种叶片的优势在于：

在微风条件下，位于风向下游的叶片可以在风力作用自动打开，降低叶片反向风阻，使风力叶轮在微风条件下也有合适的转速发电，提高发电量发电效率效果非常明显，解决目前市面风力发电机轻风不能发电这一突出技术难关；

如果风力发电机运行时，一旦遇到强风，位于风向下游的叶片会在风力的作用下自动打开将过大的风压卸掉，以保证设备不会因过高风压和转速而损坏，开合张力可以经过弹簧、液压活塞、气动推拉缸体实时完成对叶片的打开和复位。

如图6所示，叶片还可有另一种形式，所述叶片60包括“U”字型的叶片62和叶片固定轴61，所述叶片固定轴61设于风力叶轮的转臂一端，且叶片固定轴61与风力叶轮的转臂垂直设置，所述“U”字型的叶片62的一开口边与叶片固定轴61铰接，所述叶片固定轴61上设有对“U”字型的叶片62正反向旋转限位的限位装置，该限位装置可为限位块63，在“U”字型的叶片62的两侧分别设置限位块63。

当“U”字型的叶片62处于风力上游时，在风力的作用下，“U”字型的叶片62打开接受风力的驱动；当“U”字型的叶片62处于风力下游时，在风力的作用下，“U”字型的叶片62会旋转折叠减小受风面积，从而减小风阻。“U”字型的叶片62同样可实现叶片40、叶片50的自泄压功能。

具体地，限位块63对“U”字型的叶片62的限位作用，以转臂和叶片固定轴61所在平面为基准，使“U”字型的叶片62的旋转折叠角度不超过90度为宜。如“U”字型的叶片62的旋转折叠角度可超过90度，则可能出现“U”字型的叶片62一直以最小的接触面积迎风而无法复位的情况。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，包括塔杆和设于塔杆上的风力叶轮机构，其特征在于：

所述风力叶轮机构包括一上一下成组设置的两风力叶轮，所述两风力叶轮上的叶片朝向相反；所述风力叶轮上的叶片相互错位设置，所述两风力叶轮设于同一中心转轴线上；所述两风力叶轮的中心转轴之间设置有永磁90度动力换向器；所述叶片为可开闭式或折叠式叶片；

所述永磁90度动力换向器包括相对设置的上磁极盘和下磁极盘，所述上磁极盘的轴心连接位于其上方的风力叶轮机构的中心转轴，所述下磁极盘的轴心连接位于其下方的风力叶轮机构的中心转轴；所述上磁极盘的底面、下磁极盘的顶面圆周侧均布安装有多个永磁体，所述上磁极盘上相邻两所述永磁体、所述下磁极盘上相邻两永磁体的磁极极性交替排列设置；所述上磁极盘和下磁极盘之间设有多个与永磁体配合的磁极从动轮，所述多个磁极从动轮以上磁极盘或下磁极盘的圆心为中心呈圆周均布，所述磁极从动轮的轴心延上磁极盘或下磁极盘的径向设置，所述磁极从动轮的圆周侧设有与永磁体相配合的磁极，所述磁极从动轮的磁极交替排列设置；所述磁极从动轮与上磁极盘和下磁极盘的磁面有一定气隙；所述磁极从动轮远离上磁极盘或下磁极盘的圆心的一侧面中心连接发电机的输入轴。

2.根据权利要求1所述的双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，其特征在于：所述叶片包括呈“U”字型的叶片架和两弧形板，所述叶片架为镂空状，所述叶片架的两端分别铰接两弧形板的一边，且两弧形板的另一边拼接时刚好与叶片架贴合。

3.根据权利要求1所述的双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，其特征在于：所述叶片包括环形叶片架和铰接在环形叶片架上的多个弧形板，所述多个弧形板刚好可拼接成半球形。

4.根据权利要求1所述的双向动力永磁换向开合自泄压错位结构风力发电装置，其特征在于：所述叶片包括“U”字型的叶片和叶片固定轴，所述叶片固定轴设于风力叶轮的转臂一端，且叶片固定轴与风力叶轮的转臂垂直设置，所述“U”字型的叶片的一开口边与叶片固定轴铰接，所述叶片固定轴上设有对叶片正反向旋转限位的限位装置。