CN111577532A - 可折叠垂直轴风力发电机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种可折叠垂直轴风力发电机及控制方法，该装置包括立柱组件，叶片组件，发电机组件，所述立柱组件并能够将发电机组件顶端的活动盘顶起，所述叶片组件可以随着活动盘顶起，叶片组件收起，随着活动盘放下叶片组件展开。与现有技术相比，该装置叶片能展开到最大半径进行微风起动，也可以通过自动控制，调节叶片的扫掠半径和面积，从而调节风机转速和吸收风能的功率，适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。当超过安全风速或者需要搬运时，可以完全折叠起来，不再吸收风能，以实现便携功能。在遇到风机故障时，通过折叠状态，不再吸收风能，结合电磁刹车，可以快速将惯性旋转的风机制动。

Description

可折叠垂直轴风力发电机及控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电及控制系统，特别是涉及垂直轴风力发电机可折叠结构及扫掠面积控制和收纳控制方法。

背景技术

风力发电机是利用风能这种清洁能源进行发电的电力设备。近年来，由于风力发电所获得的绿色能源与其高效的工作效率，风力发电机在各领域皆获得了极大的发展空间。垂直轴风力发电机结构简单，同时兼具工作效率高的特点，近年来有明显的发展。随着电子产品的普及，人们现在随时随地都会使用到电器，而在野外中，缺少发电设备将成为较为重要的问题，而普通的柴油发电机对使用者来说也会遇到如下一些不便，第一：普通发电机体积较大，会占据较大的空间；第二：普通发电机使用柴油发电，并且会产生噪音和尾气。

中国专利CN103423088A公开了一种车载折叠式风力发电机，可以方便拆装，但是该发明新型由于其可伸缩支撑杆由定位螺钉固定，尽管结构简单，但是需要使用者手动折叠，费时费力，并且仅能够升降风力发电机，无法折叠桨叶，因此非常不便于携带。

中国专利CN204559466U公开了一种野外便携式发电装置，该风力发电机的支架与风机叶片采用自锁合页连接，可以在工作时与放置时保持叶片的稳定状态，但是该实用新型不能自动控制风力发电机叶片的折叠与展开，需要使用者手动展开，由于风机塔杆比较高，因此难以手动操作。而且如果风机在旋转时也无法操作。

中国专利CN110242506A公开了一种折叠式垂直轴风力发电机，该风力发电机利用电机使控制叶片支撑臂的滑套轴向运动，从而实现风机叶片的折叠，但是该发明需要轴向滑动同时周向转动，对立柱的光洁度要求高，此外“滑套”和立柱之间的间隙会引起振动。由于“支撑臂”和“拉杆”在“第二连杆”上的作用力臂较小，需要较大的推动力；如果要增加力臂则需要驱动器有较长的滑动范围，增加了该发明机构的成本。此外该发明的机构太复杂，暴露在风沙较大的环境中无法长期运行，可靠性和寿命都会受到影响。

中国专利CN104481810B公开了一种自伸展式垂直轴风力发电机，其风力发电机及所有机构均在电机上方旋转，因此结构复杂，转动惯量大，微风起动困难，对微风条件下发电不利；该发明的调节靠纯机械结构完成，无法完成所需控制要求，例如，如果空载时无法控制停机，仅靠飞锤控制，转速和功率不可按照特定需求灵活调节；此外该装置无法实现便携式可折叠需求。

中国专利CN109630350A公开了一种可折叠式φ形垂直轴风力发电机，折叠后横向尺寸变得更宽，占用更多的横向空间，因此不适合便携。

综上所述，现有技术所有涉及到可折叠式的垂直轴风力发电机无法同时满足可折叠的便携要求以及可自动连续调节扫掠面积的发电控制要求，而且活动部件较多，可靠性、安全性、经济性等方面都不能达到要求。此外，现有垂直轴风机很难安装机械刹车系统，因此在超出安全风速，或者在风机故障时，很难实现快速停车，利用电磁制动会产生大量的热量消耗在发电机和控制器中，会对风机和控制器的寿命造成影响。

因此，必须要在所有细节设计方面考虑实际应用可能给使用者带来的阻碍和不便，并要对此尽量做出改进措施。

垂直轴风力发电机最需要解决的问题有两个，第一是自动将风力发电机的叶片折叠与展开，并且保证该过程快速且平稳，而且能够自动控制连续调节；第二是将叶片展开与折叠的折叠装置的受力最小，保证折叠装置不易因为各种因素而缩减使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种可折叠垂直轴风力发电机及控制方法，与现有技术相比，叶片能展开到最大半径进行微风起动，也可以通过自动控制，调节叶片的扫掠半径和面积，从而调节风机转速和吸收风能的功率，适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。当超过安全风速或者需要搬运时，可以完全折叠起来，不再吸收风能，以实现便携功能。在遇到风机故障时，通过折叠状态，不再吸收风能，结合电磁刹车，可以快速将惯性旋转的风机制动。

本发明采取的技术方案为：

为了达到上述目的，本发明的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，包括立柱组件，叶片组件，发电机组件；所述立柱组件顶端的安装法兰与发电机组件下端的定子法兰相连，并能够将发电机组件顶端的活动盘顶起；所述叶片组件的支撑杆、上支杆、下支杆分别与发电机组件的活动盘、上支杆盘，以及立柱组件上安装的下转盘相连；随着活动盘顶起，叶片组件收起；随着活动盘放下叶片组件展开。

所述立柱组件包括立柱，固定销，下转盘，安装法兰，伸缩机构；所述安装法兰在立柱顶端，下转盘固定在立柱上且高度可以调节，伸缩机构通过固定销固定在立柱内部；所述伸缩机构内的伸缩杆可以通过控制伸出立柱顶端。

所述叶片组件包括叶片，上支座，下支座，上支杆，下支杆，转轴，支撑杆；所述叶片组件安装在柱组件和发电机组件上，使叶片与立柱保持平行，成为平行四连杆结构；所述上支座，下支座安装在叶片上并分别与上支杆，下支杆相连，并能自由转动；所述转轴安装在上支杆上面，与支撑杆相连接，使支撑杆能自由转动。

所述发电机组件包括定子轴，定子法兰，外转子，上支杆盘，活动盘；所述发电机采用外转子结构，定子轴下端是定子法兰，上支杆盘安装在外转子的顶端，活动盘倒扣在外转子的最上端。

所述电机组件的外转子轴心有通孔；所述外转子包括转子壳，转子，凸台，发电机轴承，波纹护套；所述括转子壳通过发电机轴承安装在有定子的定子轴外部；所述转子转子安装在转子壳内部，形成发电机本体；转子壳中间轴线上的通孔上有凸台防止雨水流入。

所述电机组件的活动盘包括活动盘帽，顶子，顶子轴承，活动盘杯；所述活动盘帽用于连接支撑杆；所述活动盘帽下方是一个活动盘杯，当活动盘下降到转子壳时，扣到凸台外部，防止雨水进入发电机组件；所述活动盘杯和凸台之间有防水材料制成的可折叠波纹护套相连接，避免雨水侵入；所述活动盘杯内部通过顶子轴承安装了顶子；所述顶子中间有凹陷，且可以自由转动，当伸缩杆顶到顶子时，不会随活动盘帽旋转。

所述立柱组件的下转盘包括固定套，盘轴承，转套，下支杆盘；所述固定套固定在立柱外，并且可以调整上下高度，转套通过盘轴承安装在固定套外部自由转动，下支杆盘安装在转套上并能跟随其自由转动。

所述上支杆盘和下支杆盘中间均有圆孔，在外缘均匀对称分布用于安装风机支杆的支杆座。

所述立柱组件的伸缩机构可以穿过中空的定子轴和中空的外转子将活动盘顶起；活动盘带动叶片组件向上折叠收起。

所述的可折叠垂直轴风力发电机的控制方法，其特征在于，状态控制策略的实现步骤如下：

步骤A-1：控制伸缩机构的伸缩杆收回并下降，直到与活动盘内的顶子脱离接触，使叶片组件完全展开，上支杆和下支杆处于水平状态，同时叶片处于与立柱平行状态，如果有风，系统开始起动；

步骤A-2：如果风速大于设定值，或者需要风机输出功率降低，或者需要降低风机转速时，控制伸缩机构的伸缩杆伸出并向上将活动盘顶起，通过支撑杆将所有叶片向上拉起，从而降低叶片距离立柱的半径；

步骤A-3：如果需要微风发电，或者需要风机输出功率提高，或者需要升高风机转速时，控制伸缩机构的伸缩杆向下收缩并降低活动盘的高度，所有叶片受重力和离心力作用向下运动，从而增加叶片距离立柱的半径；

步骤A-4：如果需要停机或者需要折叠收纳时，控制伸缩机构的伸缩杆伸出并向上将活动盘顶起，通过支撑杆将所有叶片向上拉起，直到所有叶片贴紧到立柱的四周；

步骤A-5：如果风机发生故障，或者需要风机停机时，控制伸缩机构的伸缩杆伸出并向上将活动盘顶起，通过支撑杆将所有叶片向上拉起，直到叶片完全折叠到立柱四周，使叶片不再吸收风能，再控制发电机电磁制动，使风机能够快速刹车。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明的一个效果在于，叶片可以完全展开，也可以完全收起贴合在立柱周围，体积达到最小，便于移动；展开和折叠收起可以通过自动控制系统连续完成。

本发明的一个效果在于，结构简单成本低，没有沿着立柱方向滑动的转盘，因此结构可靠性、安全性、使用寿命均非常高。

本发明的一个效果在于，伸缩机构可以安装在立柱内部，使伸缩机构从内部推升，减少占用空间，同时避免控制机构暴露在外边，因此可以较好地防水、防晒、防尘，进一步提高系统的可靠性、安全性、使用寿命。

本发明的一个效果在于，伸缩机构只有在折叠叶片时受力，风力发电机完全展开进行最大功率发电控制时，伸缩机构完全脱开，不会因为受力产生磨损，增加它的使用寿命。

本发明的一个效果在于，风力发电机仅需滚动轴承固定，没有上下滑动的旋转部件，降低立柱加工精度，节约系统成本。

本发明的一个效果在于，如果风机发生故障，或者需要风机停机时，将风机折叠，停止吸收能量，再利用发电机电磁制动，可以快速将风机制动停车，这种停车方式发电机和控制器均发热很小，有利于延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明中可折叠垂直轴风力发电机展开状态示意图；

图2是本发明中可折叠垂直轴风力发电机折叠状态示意图；

图3是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的立柱组件示意图；

图4是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的叶片组件示意图；

图5是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件示意图；

图6是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件剖视图；

图7是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件中伸缩杆顶起剖视图；

图8是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件伸缩杆落下剖视图；

图9是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的上支杆盘安装示意图；

图10是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的上支杆盘和下支杆盘零件图；

图11是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的活动盘结构图；

图12是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的下转盘及剖视图。

附图中，各标号所代表的部件：

1、立柱组件，2、叶片组件，3、发电机组件，101、立柱，102、固定销，103、下转盘，104、安装法兰，105、伸缩机构，201、叶片，202、上支座，203、下支座，204、上支杆，205、下支杆，206、转轴，207、支撑杆，301、定子轴，302、定子法兰，303、外转子，304、上支杆盘，305、活动盘，1031、固定套，1032、盘轴承，1033、转套，1034、下支杆盘，1051、伸缩杆，3031、定子，3032、转子壳，3033、转子，3034、凸台，3035、发电机轴承，3036、波纹护套，3041、支杆座，3051、活动盘帽，3052、顶子，3053、顶子轴承，3054、活动盘杯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的介绍。

图1是本发明中可折叠垂直轴风力发电机展开状态示意图,可折叠垂直轴风力发电机包括立柱组件1、叶片组件2、发电机组件3。本发明中可折叠垂直轴风力发电机展开状态下叶片组件2中的叶片201与立柱组件1中的立柱101平行，且距离立柱101的半径达到最大，使得风机能够产生最大转矩驱动发电机发电。因此该状态下适合风力发电机的起动以及微风条件下的风能收集和发电控制。但是该状态下，由于叶片201扫掠半径较大，因此不适合便携和移动，特别是在野外不同地点安装时，运输非常不便，不仅容易损坏风机，而且占用较大的运输空间。

图3是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的立柱组件示意图，包括外观图和剖视图，其中立柱组件1包括立柱101，固定销102，下转盘103，安装法兰104，伸缩机构105。伸缩机构105可以由电动推杆、液压缸、气动缸、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠等机械装置来实现。安装法兰104在立柱101顶端用于安装发电机组件3。伸缩机构105的伸缩杆1051可以伸出立柱101并可以贯穿电机组件3。下转盘103固定在立柱101上，为叶片组件2提供第二个旋转支点。下转盘103固定在立柱101上且上下位置和高度可以调节，使上支杆204、下支杆205和立柱101、叶片201形成平行四边形的四连杆结构，并保证立柱101与叶片201始终保持平行。

伸缩机构105通过固定销102安装在立柱101内部，伸缩机构105在风力发电机发电工作时处于收缩状态，在该状态下伸缩机构105除了底部与立柱101保持连接，其余部分与可折叠式垂直轴风力发电机脱离开。当需要将风力发电机的叶片组件2进行折叠时，启动伸缩机构105，伸缩杆1051伸出顶起风力发电机组件的活动盘305，伸缩机构105只在折叠过程中受力，这样可以使伸缩机构105的磨损降低到最小，延长伸缩机构105的使用寿命。由于伸缩机构105安装在立柱101的内部，使伸缩机构105从内部推升活动盘305，减少了伸缩机构105所占用的空间。同时避免伸缩机构105暴露在外边，因此可以较好地防水、防晒、防尘，进一步提高系统的可靠性、安全性以及使用寿命。

图4是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的叶片组件示意图，其中叶片组件2包括叶片201、上支座202、下支座203、上支杆204、下支杆205、转轴206、支撑杆207。叶片201可以由复合材料、铝合金型材、铝合金的钣金件铆接方法制成，在中间加入大梁和翼肋进行加强，并在大梁适当位置安装上支座202和下支座203。在上支座202和下支座203上通过铰链轴连接上支杆204和下支杆205，使上支杆204和下支杆205能够自由转动。在上支杆204上的适当位置设有连接座，通过转轴206安装支撑杆207一端，并能够使支撑杆207自由转动。由于叶片组件2分别与立柱组件1和发电机组件3相连接组成平行四连杆结构，因此支撑杆207可以通过拉动上支杆204改变整个叶片组件2的四个连杆之间的角度，从而控制叶片组件2的折叠和展开状态，并且可以调节叶片201与立柱101之前的旋转半径。

正常发电状态时，即展开状态时，支撑杆207承受整个叶片组件2的重量。当折叠时，支撑杆207向上拉起上支杆204，叶片201平行向立柱101方向收起。当展开时，支撑杆207逐渐放下上支杆204，叶片201平行向远离立柱101方向展开，当上支杆204和下支杆205达到水平位置时，展开到最大半径，这时支撑杆207承担最大拉力。

图2是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的折叠状态示意图，为了便于运输，做成可移动式风力发电系统，可以自动将叶片组件2收起折叠在立柱101的周围，减小体积，而且便于在运输和移动过程中对叶片201的保护。

如图4所示，在可折叠垂直轴风力发电机收起时，上支杆204和下支杆205在支撑杆207的牵引下向上折叠，由于上支杆204、下支杆205和立柱101、叶片201形成平行四边形的四连杆结构，使得叶片组件2在折叠过程中使叶片201始终平行于立柱101，最后收紧在立柱101四周，见图2。当叶片组件2收起折叠到位后，可以将立柱组件1放到水平状态，更加便于移动和运输。

此外，当风机处于发电状态时，如果风机发生故障，或者需要风机停机时，叶片组件2收起完全折叠到立柱101四周，使叶片201不再吸收风能，再控制发电机电磁制动，使风机能够快速刹车。这种停车方式，由于风机不再吸收风能，而且折叠后的风机转动惯量变小很多，因此发电机进行电磁制动时，仅需输出较小的转矩，即可将风机制动停车，所以发电机和控制器消耗的能量较小，发热很小，有利于延长使用寿命。

图5是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件示意图，本实施例中，发电机采用外转子。如图5所示，发电机组件3包括定子轴301，定子法兰302，外转子303，上支杆盘304，活动盘305。其中，定子3031安装在外转子303内部。定子轴301从外转子303下面伸出。在定子轴301的下端有定子法兰302，用于安装在立柱101顶端的安装法兰104上。外转子303和定子轴301都是中空的，可以使伸缩杆1051从中间通过。图9是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的上支杆盘安装示意图，上支杆盘304安装在外转子303的转子壳3032的顶端，用于连接所有叶片组件2的上支杆204。活动盘305倒扣在转子壳3032的上端，紧扣凸台3034外面。

在一个实施例中，发电机采用内转子结构，将定子外壳安装在立柱101顶端的安装法兰104上，然后在转子输出轴上制作一个与转子壳3032相同的转接盘即可。转子轴采用中空设计，能够穿过定子外壳的孔与立柱101相通，可以使伸缩杆1051从中间通过，并能把转接盘上面安装的活动盘305顶起。上支杆盘304安装在转接盘上面，用于连接所有叶片组件2的上支杆204。

图6是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件剖视图，从图中可以看出定子3031安装在中空的定子轴301上。转子壳3032通过发电机轴承3035安装在定子轴301外边，并且能够自由旋转。中空的转子3033安装在转子壳3032内部与定子3031形成一个完整的磁路，并能够实现发电功能。中空的定子轴301、中空的转子3033以及带有开孔凸台3034的转子壳3032形成一个通道，可以使伸缩杆1051从中间通过。

凸台3034的外径与上支杆盘304的中心孔的内径相同，可以定位上支杆盘304的安装位置。同时凸台3034可以防止雨水、沙尘流入发电机内部。在凸台3034与活动盘305上的活动盘杯3054之间连接有防水材料制成的可折叠波纹护套3036。波纹护套3036能够有效防止雨水、沙尘等杂物进入发电机内部，从而能够保证系统可靠、安全运行，并能够保证发电机的使用寿命，减少维修、维护的工作量。

从图6可以看出，活动盘305与支撑杆207相连，上支杆盘304与上支杆204。

图7是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件中伸缩杆顶起剖视图，发电机组件3中伸缩杆1051顶起剖视图，由图中可以看出伸缩杆1051向上伸出时，会顶到活动盘305内部的顶子3052的正中的凹陷处。当伸缩杆1051将活动盘305向上顶起时，拉动支撑杆207并带动上支杆204向上收起，从而使整个叶片组件2开始折叠。当伸缩杆1051向上伸出到最大位置时，上支杆204几乎与立柱101平行，使叶片组件2折叠并收紧在立柱101的周围。

在叶片组件2向上折叠收起时，尽管受到惯性和风能作用，叶片组件2会随发电机组件3一起继续旋转。但是由于顶子3052是通过顶子轴承3053安装在活动盘305内部的，因此伸缩杆1051和顶子3052并不随叶片组件2会随发电机组件3一起旋转，所以伸缩杆1051和顶子3052之间不会产生摩擦，也不会产生扭矩，可以保证系统正常运行。

在活动盘305被伸缩杆1051向上顶起的过程中波纹护套3036也随之展开，保护电机不被雨水和沙尘侵入。

图8是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的发电机组件伸缩杆落下剖视图，当风力发电机正常工作时，伸缩杆1051将收缩至伸缩机构105内，并与顶子3052脱离接触。这时活动盘305完全落到转子壳3032上并扣到了凸台3034上。此时，上支杆204处于水平状态，即与立柱101垂直，因此整个叶片组件2完全处于展开状态。叶片组件2的所有重量由支撑杆207支撑，见图8。

由于伸缩杆1051只在伸长时与顶子3052接触，所以伸缩杆1051和伸缩机构105大部分时间是不会受外力，因此伸缩机构105的使用寿命将会得到延长。

本实施例中，图10是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的上支杆盘和下支杆盘零件图，为了使系统零件可以互换通用，可以设计上支杆盘304与下支杆盘1034的结构完全相同，保证上支杆盘304与下支杆盘1034与叶片组件2连接的点的连线与水平面垂直，形成便于叶片组件2折叠的平行四边形的四连杆结构，上支杆盘304与下支杆盘1034上均设置有对称均匀分布的支杆座3041，用于连接上支杆204和下支杆205。

图11是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的活动盘结构图，其中，活动盘帽3051与活动盘杯3054是一体结构，活动盘杯3054的内径大于凸台3034的外径，并能扣到凸台3034上。顶子3052通过顶子轴承3053安装在活动盘杯3054顶部，能够自由转动。顶子3052中心有一个凹陷，方便伸缩杆1051顶起时起到定位作用。

活动盘帽3051外形与上支杆盘304相近，用于连接叶片组件2的支撑杆207。活动盘杯3054有一定高度，使活动盘帽3051顶部距离上支杆盘304有一定高度，以便使支撑臂207与上支杆204形成一定的夹角，可以通过支撑杆207对叶片组件2起到支撑作用。

图12是本发明中可折叠垂直轴风力发电机的下转盘及剖视图，其中，下转盘103包括固定套1031，盘轴承1032，转套1033，下支杆盘1034。

本实施例中，上支杆盘304与下支杆盘1034的结构完全相同。

在一个实施例中，上支杆盘304与下支杆盘1034的结构不同，但是通过上支杆204和下支杆205的设计，可以保证叶片201始终与立柱101平行。

本实施例中，固定套1031直接固定在立柱101上，并且可以调节高度和位置，当找到适当位置后，将固定套1031锁紧在立柱101上。固定套1031外侧安装有盘轴承1032，盘轴承1032上安装转套1033。转套1033能够绕固定套1031和立柱101自由旋转。在转套1033上面安装下支杆盘1034。

在一个实施例中，行风力发电机的折叠和展开的控制方法分为6个部分，实现步骤如下：

步骤1：将可折叠垂直轴风力发电机直立于选定场所，确认发电机组件3中的外转子303可以正常使用以及伸缩机构105可以正常运转，并且确认在风力发电机展开后叶片201不会碰触到周围环境中的物体，避免叶片201受损。

步骤2：控制伸缩机构105的伸缩杆1051收回并下降，这时叶片组件2借助重力自行下降并向外侧展开。直到与活动盘305内的顶子3052脱离接触，使叶片组件2完全展开。这时上支杆204和下支杆205处于水平状态，同时叶片201处于与立柱101平行状态，如果有风，系统开始起动。风机开始旋转，控制器通过最大功率点追踪控制算法进行控制，并检测风机的转速，使之保持在规定转速范围。

步骤3：如果风速大于设定值时，风机转速超过了规定转速，必须减小风机吸收的风能；此外，如果负载下降，这时也需要风机输出功率降低；或者其他原因需要降低风机转速。这时可以通过减小风机扫掠半径，减少风机吸收风能功率，从而达到降低风机转速的目的。为此控制伸缩机构105的伸缩杆1051伸出并向上将活动盘305顶起，通过支撑杆207将所有叶片201向上拉起，从而降低叶片201距离立柱101的半径。当叶片201距离立柱101的半径减小后，输入功率就会下降，使输入输出达到新的平衡。实际应用中，可以周期性地反复对叶片201距离立柱101的半径进行调节。

步骤4：如果需要微风发电，或者需要风机输出功率提高，或者需要升高风机转速时，控制伸缩机构105的伸缩杆1051向下收缩并降低活动盘305的高度，所有叶片201受重力和离心力作用向下、向外侧运动，从而增加叶片201距离立柱101的半径。这样就可以增加风机吸收风的功率，提高风机的风能利用效率。

步骤5：如果需要停机或者需要折叠收纳时，控制伸缩机构105的伸缩杆1051伸出并向上将活动盘305顶起，通过支撑杆207将所有叶片201向上拉起，直到所有叶片201贴紧到立柱101的四周。再控制发电机电磁制动，使风机能够快速刹车，完成折叠动作。

步骤6：如果风机发生故障，或者需要风机停机时，控制伸缩机构105的伸缩杆1051伸出并向上将活动盘305顶起，通过支撑杆207将所有叶片201向上拉起，直到叶片201完全折叠到立柱101四周，使叶片201不再吸收风能，再控制发电机电磁制动，使风机能够快速刹车。

对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，包括立柱组件(1)，叶片组件(2)，发电机组件(3)；所述立柱组件(1)顶端的安装法兰(104)与发电机组件(3)下端的定子法兰(302)相连，并能够将发电机组件(3)顶端的活动盘(305)顶起；所述叶片组件(2)的支撑杆(207)、上支杆(204)、下支杆(205)分别与发电机组件(3)的活动盘(305)、上支杆盘(304)，以及立柱组件(1)上安装的下转盘(103)相连；随着活动盘(305)顶起，叶片组件(2)收起；随着活动盘(305)放下叶片组件(2)展开。

2.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述立柱组件(1)包括立柱(101)，固定销(102)，下转盘(103)，安装法兰(104)，伸缩机构(105)；所述安装法兰(104)在立柱(101)顶端，下转盘(103)固定在立柱(101)上且高度可以调节，伸缩机构(105)通过固定销(102)固定在立柱(101)内部；所述伸缩机构(105)内的伸缩杆(1051)可以通过控制伸出立柱(101)顶端。

3.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片组件(2)包括叶片(201)，上支座(202)，下支座(203)，上支杆(204)，下支杆(205)，转轴(206)，支撑杆(207)；所述叶片组件(2)安装在柱组件(1)和发电机组件(3)上，使叶片(201)与立柱(101)保持平行，成为平行四连杆结构；所述上支座(202)，下支座(203)安装在叶片(201)上并分别与上支杆(204)，下支杆(205)相连，并能自由转动；所述转轴(206)安装在上支杆(204)上面，与支撑杆(207)相连接，使支撑杆(207)能自由转动。

4.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述发电机组件(3)包括定子轴(301)，定子法兰(302)，外转子(303)，上支杆盘(304)，活动盘(305)；所述发电机采用外转子结构，定子轴(301)下端是定子法兰(302)，上支杆盘(304)安装在外转子(303)的顶端，活动盘(305)倒扣在外转子(303)的最上端。

5.如权利要求4所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机组件(3)的外转子(303)轴心有通孔；所述外转子(303)包括转子壳(3032)，转子(3033)，凸台(3034)，发电机轴承(3035)，波纹护套(3036)；转子壳(3032)通过发电机轴承(3035)安装在有定子(3031)的定子轴(301)外部；转子(3033)安装在转子壳(3032)内部，形成发电机本体；转子壳(3032)中间轴线上的通孔上有凸台(3034)防止雨水流入。

6.如权利要求4所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机组件(3)的活动盘(305)包括活动盘帽(3051)，顶子(3052)，顶子轴承(3053)，活动盘杯(3054)；活动盘帽(3051)用于连接支撑杆(207)；活动盘帽(3051)下方是一个活动盘杯(3054)，当活动盘(305)下降到转子壳(3032)时，扣到凸台(3034)外部，防止雨水进入发电机组件(3)；活动盘杯(3054)和凸台(3034)之间有防水材料制成的可折叠波纹护套(3036)相连接，避免雨水侵入；活动盘杯(3054)内部通过顶子轴承(3053)安装了顶子(3052)；顶子(3052)中间有凹陷，且可以自由转动，当伸缩杆(1051)顶到顶子(3052)时，不会随活动盘帽(3051)旋转。

7.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述立柱组件(1)的下转盘(103)包括固定套(1031)，盘轴承(1032)，转套(1033)，下支杆盘(1034)；固定套(1031)固定在立柱(101)外，并且可以调整上下高度，转套(1033)通过盘轴承(1032)安装在固定套(1031)外部自由转动，下支杆盘(1034)安装在转套(1033)上并能跟随其自由转动。

8.如权利要求1或权利要求7所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，上支杆盘(304)和下支杆盘(1034)中间均有圆孔，在外缘均匀对称分布用于安装风机支杆的支杆座(3041)。

9.如权利要求2所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述立柱组件(1)的伸缩机构(105)可以穿过中空的定子轴(301)和中空的外转子(303)将活动盘(305)顶起；活动盘(305)带动叶片组件(2)向上折叠收起。

10.基于权利要求1-9中任意一项所述的可折叠垂直轴风力发电机的控制方法，其特征在于，状态控制策略的实现步骤如下：

步骤A-1：控制伸缩机构(105)的伸缩杆(1051)收回并下降，直到与活动盘(305)内的顶子(3052)脱离接触，使叶片组件(2)完全展开，上支杆(204)和下支杆(205)处于水平状态，同时叶片(201)处于与立柱(101)平行状态，如果有风，系统开始起动；

步骤A-2：如果风速大于设定值，或者需要风机输出功率降低，或者需要降低风机转速时，控制伸缩机构(105)的伸缩杆(1051)伸出并向上将活动盘(305)顶起，通过支撑杆(207)将所有叶片(201)向上拉起，从而降低叶片(201)距离立柱(101)的半径；

步骤A-3：如果需要微风发电，或者需要风机输出功率提高，或者需要升高风机转速时，控制伸缩机构(105)的伸缩杆(1051)向下收缩并降低活动盘(305)的高度，所有叶片(201)受重力和离心力作用向下运动，从而增加叶片(201)距离立柱(101)的半径；

步骤A-4：如果需要停机或者需要折叠收纳时，控制伸缩机构(105)的伸缩杆(1051)伸出并向上将活动盘(305)顶起，通过支撑杆(207)将所有叶片(201)向上拉起，直到所有叶片(201)贴紧到立柱(101)的四周；

步骤A-5：如果风机发生故障，或者需要风机停机时，控制伸缩机构(105)的伸缩杆(1051)伸出并向上将活动盘(305)顶起，通过支撑杆(207)将所有叶片(201)向上拉起，直到叶片(201)完全折叠到立柱(101)四周，使叶片(201)不再吸收风能，再控制发电机电磁制动，使风机能够快速刹车。

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