CN112746930B - 一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，包括风力发电机本体、稳压电源、电机减速机构；还具有电压探测电路、控制电路；风力发电机本体的多只叶片轴分别和多套电机减速机构的动力输出轴连接在一起，风力发电机本体的转轴后侧端紧套有绝缘套、滑环，风力发电机本体的壳体安装有绝缘座、金属片；稳压电源、电压探测电路、控制电路安装在风力发电机本体的电气控制盒内，并和电机减速机构、滑环、金属片电性连接；控制电路有相同的两路，分别包括可调电阻、NPN三极管、时控开关和继电器，其间经电性连接；本发明保证了风力发电机本体的输出电源电压的稳定，且在低风力时能保证叶片迎风角度处于最大状态、达到最高发电效率，提高了能源利用效率。

Description

一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机设备技术领域，特别是一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机。

背景技术

风力发电机由于节能环保，应用越来越多。风力发电机在实际应用中，由于周围环境风力忽大忽小，因此其输出的电压也忽高忽低，这样特别是小型风力发电机或者用电设备没有配备电源稳压设备时(或者稳压设备损坏)，容易因为电压的不稳定导致用电设备的损坏。实际情况下，即使用电设备配备了稳压设备，但是稳压设备因各种原因出现故障后，也会导致输出电压不稳定，进而造成用电设备的损坏。

还有就是，风力发电机为了保证发电效率及兼顾安全性考虑，其叶片迎风角度不能调节得过大(叶片迎风角度过大有叶片损坏的风险)，这样防止了风力过大时而导致叶片的损坏。但是由于上述原因，在风力过小时，由于迎风角度没有处于最大状态，无疑会导致发电效率的降低。基于上述，提供一种自身具有调节稳定电压输出功能，以及能防止叶片因风力过大而损坏，且能保证低风力下处于较高发电效率的风力发电机显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有风力发电机因结构所限存在的如背景所述弊端，本发明提供了基于风力发电机本体，具有经电机减速机构调节的叶片，应用中，在相关机构及电路共同作用下，能根据风力发电机本体实时输出的电源电压调节叶片的迎风角度，这样，不但保证了风力发电机本体的输出电源电压的稳定，且在低风力时能保证叶片迎风角度处于最大状态、达到最高发电效率的一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，包括风力发电机本体、稳压电源、电机减速机构；其特征在于还具有电压探测电路、控制电路；所述风力发电机本体的多只叶片轴分别和多套电机减速机构的动力输出轴连接在一起，多套电机减速机构环形分布间隔距离安装在风力发电机本体的叶盘前端；所述风力发电机本体的转轴后侧端紧套有绝缘套，绝缘套外侧间隔距离紧套有金属滑环，金属滑环内侧和多套电机减速机构的电源输入两端分别电性连接；所述风力发电机本体的壳体安装有绝缘座，绝缘座的前端安装有接触金属片，金属片的和金属滑环的接触电性导通；稳压电源、电压探测电路、控制电路安装在风力发电机本体的电气控制盒内；所述控制电路有相同的两路，分别包括可调电阻、NPN三极管、时控开关和继电器，其间经电性连接；所述风力发电机本体的电源输出端和电压探测电路的电源输入两端及稳压电源的电源输入端分别电性连接；所述稳压电源的电源输出端和两路控制电路的电源输入端分别电性连接；所述电压探测电路的信号输出端和两路控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和接触金属片电性连接，两只滑环和多套电机减速机构的电源输入端分别电性连接。

进一步地，所述稳压电源是交流转直流开关电源模块。

进一步地，所述电机减速机构是同轴电机齿轮减速器。

进一步地，所述电压探测电路包括整流桥堆、电解电容，其间电性连接，整流桥堆的电源输出端和电解电容正负两极分别电性连接。

进一步地，所述每路控制电路中，可调电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管和继电器负极电源输入端连接，继电器正极及控制电源输入端连接；第一路控制电路中，继电器常开触点端和时控开关的正极电源输入端连接；第二路控制电路中，继电器常闭触点端和时控开关的正极电源输入端连接。

本发明有益效果是：本发明基于风力发电机本体，具有经电机减速机构调节的叶片，应用中，在相关机构及电路共同作用下，当风力发电机本体的电压输出过高(代表风力大或者叶片迎风角度大)时，电机减速机构能带动叶片顺时针转动，进而迎风角度变小，同步输出电压降低。当风力发电机本体的电压输出过低(代表风力小或者叶片迎风角度小)时，电机减速机构能带动叶片逆时针转动，进而迎风角度变大，同步输出电压增高。通过上述电路及机构共同作用，本发明能根据风力发电机本体实时输出的电源电压调节叶片的迎风角度，这样，不但保证了风力发电机本体的输出电源电压的稳定，且在低风力时能保证叶片迎风角度处于最大状态、达到最高发电效率，提高了能源利用效率。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1、2分别是本发明结构示意图。

图3是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，包括风力发电机本体1、稳压电源2、具有限位开关的电机减速机构4(电机减速机构4向左及向右转动不到360度时，能分别接触电机减速机构4内的两只限位开关，进而电机减速机构失电不再工作，只有反向输入电源时电机减速机构4才失电不再工作)；还具有电压探测电路5、控制电路6；所述风力发电机本体1的三只叶片轴11的下端分别和三套电机减速机构4的动力输出轴经法兰盘用螺杆螺母连接在一起，三套电机减速机构4环形分布间隔一定等距离经螺杆螺母安装在风力发电机本体的和风力发电机本体转轴相连的叶盘12前端，电机减速机构4的前端具有叶盘盖，叶片轴11和叶盘盖之间有开孔保证叶片轴的转动；所述三套电机减速机构4的电源输入两端经导线分别并联在一起，在风力发电机本体的转轴13后侧端紧套有一只环形绝缘塑料套3，塑料套3外侧间隔距离紧套有两只金属滑环31，金属滑环31内侧和三套电机减速机构4的电源输入两端分别经导线连接；所述风力发电机本体1的壳体前侧右上端经螺杆螺母安装有一个矩形塑料绝缘座14，绝缘座14的前端间隔距离用螺杆螺母安装有两只接触金属片15，两只金属片15的下端内侧和两只金属滑环31的左外侧端接触电性导通；稳压电源2、电压探测电路5、控制电路6安装在风力发电机本体1的电气控制盒内。

图1、2、3所示，稳压电源A1是交流转直流36V开关电源模块成品。电机减速机构MN是工作电压直流36V的同轴电机齿轮减速器成品，功率100W。电压探测电路包括整流桥堆A2、电解电容C1，其间经电路板布线连接，整流桥堆A2的电源输出端3及4脚和电解电容C1正负两极分别经导线连接。控制电路有相同的两路，第一路控制电路包括可调电阻RP、NPN三极管Q、时控开关A3和继电器K，其间经电路板布线连接；可调电阻RP一端和NPN三极管Q基极连接，NPN三极管Q和继电器K负极电源输入端连接，继电器K正极及控制电源输入端连接，继电器K常开触点端和时控开关A3的正极电源输入端1脚连接(时控开关A3的负极电源输入端2脚和NPN三极管Q发射极连接)。第二路控制电路包括可调电阻RP1、NPN三极管Q1、时控开关A4和继电器K1，其间经电路板布线连接；可调电阻RP1一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1和继电器K1负极电源输入端连接，继电器K1正极及控制电源输入端连接，继电器K1常闭触点端和时控开关A4的正极电源输入端1脚连接(时控开关A4的负极电源输出端2脚和NPN三极管Q1发射极连接)。时控开关A3、A4是型号KG316T的全自动微电脑时控开关成品，微电脑时控开关A3、A4的壳体前侧端有液晶显示屏，还有取消/恢复、校时、校分、校星期、自动/手动、定时、时钟七个设置按键，以及两个电源输入端1、2脚，两个电源输出端3、4脚，应用前，使用者分别按动操作七只按键，可设定两个电源输出端3及4脚输出电源的间隔时间以及每次输出电源的时间，一次设定后只要不进行下一次操作按键设定，失电也不会导致设置的电源输出时间改变。

图1、2、3所示，风力发电机本体M的电源输出端(可以是三相四线交流发电机的其中一根相线及零线)和电压探测电路的电源输入两端整流桥堆A2的1及2脚(2脚和稳压电源A1的4脚接地)、稳压电源A1的电源输入端1及2脚分别经导线连接。稳压电源A1的电源输出端3脚4脚和两路控制电路的电源输入端继电器K、K1正极电源输入端及NPN三极管Q、Q1发射极分别经导线连接。电压探测电路的信号输出端整流桥堆A2的3脚和两路控制电路的信号输入端可调电阻RP、RP1另一端经导线连接。控制电路的两路电源输出端时控开关A3、A4的3及4脚和两只接触金属片P经导线分别连接。两只滑环H和三套电机减速机构MN的电源输入端分别经导线连接。

图1、2、3所示，风力发电机M本体发电时，其输出的电源会同步进入稳压电源A1及整流桥堆A2的电源输入两端，于是，整流桥堆A2及稳压电源A1会得电工作。稳压电源A1得电工作后，其3及4脚会输出稳定的36V电源进入两路控制电路，于是，两路控制电路处于得电工作状态。风力发电机本体M输出的电源进入整流桥堆A2的1及2脚后，整流桥堆A2的3及4脚会输出随风力变化的直流电源(电解电容C1滤波)。整流桥堆A2的3脚输出的动态变化直流电源信号会分别经可调电阻RP、RP1降压限流进入NPN三极管Q、Q1的基极，风力越大、风力发电机本体M输出到可调电阻RP、RP1的信号电压越高、反之越低。

图1、2、3所示，当外界风力很大、风力发电机本体M经整流桥堆输出的电源通过可调电阻RP降压限流后，进入NPN三极管Q的基极高于0.7V(也就是高于生产时设定的最高限制电压，代表此刻不但风力大、叶片的迎风角度也大)，于是，NPN三极管Q导通集电极输出低电平进入继电器K的负极电源输入端，继电器K得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合。由于,继电器K常开触点端和时控开关A3的正极电源输入端连接，所以此刻时控开关A3会得电工作。时控开关A3得电工作后，在其内部电路及技术人员设定的3及4脚输出电源时间作用下，会输出2秒钟电源经两只滑环H及两只接触片P，进入三套电机减速机构MN的正负两极电源输入端。于是，三套电机减速机构MN得电工作其动力输出轴带动三只叶片顺时针转动迎风角度变小，这样就达到了风力发电机本体M输出电压过高及叶片迎风角度过大时，自动智能化调节输出电压(稳压)及调节叶片迎风角度(防止迎风角度过大叶片损坏)的目的。本发明通过时控开关A3控制电机减速机构的工作时间，是防止电机减速机构MN工作时间过长导致叶片调节角度过大，风力发电机本体M输出电压还没有达到平衡，叶片就被调节到了最小迎风角度，进而对风力发电机本体M的正常工作带来影响。本发明时控开关A3的3及4脚输出电源时间只有2秒钟，叶片调节角度不到2度，因此有效防止了上述问题。如果一次调节角度不够，由于风力发电机本体M输出的电压继续很高，那么时控开关A3又会控制电机减速机构MN工作，进而继续调节叶片的迎风角度、直到达到平衡。当风力发电机M的输出电压经整流桥堆A2的3脚通过可调电阻RP降压限流进入NPN三极管Q的基极低于0.7V时(也就是低于生产时设定的最高限制电压，代表此刻风力不大、叶片的迎风角度也不大)，由于NPN三极管Q截止，那么继电器K也就不会得电吸合，电机减速机构MN也就不会得电工作调节叶片的角度，风力发电机本体处于正常工作状态。

图1、2、3所示，当外界风力较小、风力发电机本体M经整流桥堆输出的电源通过可调电阻RP1降压限流后，进入NPN三极管Q1的基极低于0.7V(也就是低于生产时设定的最低限制电压，代表此刻不但风力小、叶片的迎风角度也小)，于是，NPN三极管Q1截止集电极不会输出低电平进入继电器K1的负极电源输入端，继电器K1失电其控制电源输入端和常闭触点端闭合。由于,继电器K1常闭触点端和时控开关A4的正极电源输入端连接，所以此刻时控开关A4会得电工作，时控开关A4得电工作后，在其内部电路及技术人员设定的3及4脚输出电源时间作用下，会输出2秒钟电源经两只滑环H及两只接触片P，进入三套电机减速机构MM的负正两极电源输入端。于是，三套电机减速机构MN得电工作其动力输出轴带动三只叶片逆时针转动迎风角度变大，这样就达到了风力发电机本体M输出电压过低及叶片迎风角度过低时，自动智能化调节输出电压(稳压)及调节叶片迎风角度(防止迎风角度过小发电效率较低)的目的。本发明通过时控开关A4控制电机减速机构工作时间，是防止电机减速机构MN工作时间过长导致叶片调节角度过大，风力发电机本体M输出电压还没有达到平衡，叶片就被调节到了最大迎风角度(正好此刻风力又变大)，进而对风力发电机本体M的正常工作带来影响。本发明时控开关A4的3及4脚输出电源时间只有2秒钟，叶片调节角度不到2度，因此有效防止上述问题。如果一次调节角度不够，由于风力发电机本体M输出的电压继续保持较低，那么时控开关A4又会控制电机减速机构MN工作，进而继续调节叶片的迎风角度，直到达到平衡。当风力发电机M的输出电压经整流桥堆A2的3脚通过可调电阻RP1降压限流进入NPN三极管Q1的基极高于0.7V时(也就是高于生产时设定的最低限制电压，代表此刻风力较大、叶片的迎风角度也较大)，于是，NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入继电器K1的负极电源输入端，继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路。由于,继电器K1常闭触点端和时控开关A4的正极电源输入端连接，所以此刻时控开关A4不会工作，电机减速机构MN也就不会得电工作调节叶片的角度，风力发电机本体处于正常工作状态。

图1、2所示，通过上述电路及机构共同作用，本发明能根据风力发电机本体实时输出的电源电压调节叶片的迎风角度，这样，不但保证了风力发电机本体的输出电源电压的稳定，且在低风力时能保证叶片迎风角度处于最大状态、达到最高发电效率，提高了能源利用效率。本发明生产前，需要确定可调电阻RP、RP1的阻值，先测得最高风速下、叶片最大迎风角度下发电电压，然后把外部交流可调电源接入整流桥堆A2的1及2脚、稳压电源A1的1及2脚，可调电源的输出电压调节到和风力发电机一致的最大发电电压，然后慢慢调节可调电阻RP的电阻值，刚好调节到继电器K得电吸合后，可调电阻RP的电阻值就调节到了需要。然后把可调电源的输出电压调节到生产设定的最低发电电压(比如160V)，然后慢慢调节可调电阻RP1的电阻值，刚好调节到继电器K1得电吸合后，可调电阻RP1的电阻值就调节到了需要。最后断开电源分别测量可调电阻RP、RP1的电阻值，测得的阻值就是后续批量生产可调电阻RP、RP1的电阻值，批量生产不需要再进行确定，直接将可调电阻RP、RP1的电阻值调节到位就可，或用相同阻值固定电阻代替。这样后续实际工作、风力发电机输出电压高于最高及低于最低设定电压时，继电器K、K1就会分别得电吸合。可调电阻RP、RP1型号是10M；NPN三极管Q、Q1型号是9013；继电器K、K1是DC36V继电器。电解电容C型号是470UF/25V(主要起到电源滤波作用)。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，包括风力发电机本体、稳压电源、电机减速机构；其特征在于还具有电压探测电路、控制电路；所述风力发电机本体的多只叶片轴分别和多套电机减速机构的动力输出轴连接在一起，多套电机减速机构环形分布间隔距离安装在风力发电机本体的叶盘前端；所述风力发电机本体的转轴后侧端紧套有绝缘套，绝缘套外侧间隔距离紧套有金属滑环，金属滑环内侧和多套电机减速机构的电源输入两端分别电性连接；所述风力发电机本体的壳体安装有绝缘座，绝缘座的前端安装有接触金属片，金属片的和金属滑环的接触电性导通；稳压电源、电压探测电路、控制电路安装在风力发电机本体的电气控制盒内；所述控制电路有相同的两路，分别包括可调电阻、NPN三极管、时控开关和继电器，其间经电性连接；所述风力发电机本体的电源输出端和电压探测电路的电源输入两端及稳压电源的电源输入端分别电性连接；所述稳压电源的电源输出端和两路控制电路的电源输入端分别电性连接；所述电压探测电路的信号输出端和两路控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和接触金属片电性连接，两只滑环和多套电机减速机构的电源输入端分别电性连接；电压探测电路包括整流桥堆、电解电容，其间电性连接，整流桥堆的电源输出端和电解电容正负两极分别电性连接；每路控制电路中，可调电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管和继电器负极电源输入端连接，继电器正极及控制电源输入端连接；第一路控制电路中，继电器常开触点端和时控开关的正极电源输入端连接；第二路控制电路中，继电器常闭触点端和时控开关的正极电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，其特征在于，稳压电源是交流转直流开关电源模块。

3.根据权利要求1所述的一种能调节输出电压及迎风角度的风力发电机，其特征在于，电机减速机构是同轴电机齿轮减速器。

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