CN115045799A - 一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机 - Google Patents

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李�根
李春
许子非
张强
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Abstract

本发明公开了一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，包括：底座；活动设置于所述底座上的转轴；活动设置于所述转轴上的风力机支臂组件；所述风力机支臂组件包括活动套接于转轴上的第一固定轴座、设置于第一固定轴座正上方的第二固定轴座、活动设置于第一固定轴座与第二固定轴座上的支臂及与所述支臂固接的叶片；所述支臂以水平方向为轴心进行0‑90度的转动。根据本发明，结构简单，同时提供刹车及辅助启动的功能，大大降低了控制系统的成本。

Description

一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机
技术领域
本发明涉及风力机的技术领域，特别涉及一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机。
背景技术
风能已成为全球清洁能源的重要组成部分。风力机是将风能转换为电能的关键设备，根据其转轴与风向关系可分为两类：水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴近几十年发展迅猛，但受限于本身结构特点使水平轴风力机大型化后的降本效益逐渐达到瓶颈。较之水平轴风力机，垂直轴风力机具有安装与运维方便、制造成本低、运行噪声小、无需对风及受力恒定等优点，近年来逐渐受到重视并开始向大型化及海上化发展。
垂直轴风力机电机和齿轮等设备安装在风轮底部，导致其传动机构跨度远长于水平轴风力机，当垂直轴仅采用液压或电磁刹车进行停机时风轮上端仍存在较大惯性而无法完全停止，极易导致风轮极易发生扭转变形而损坏。
因此，有必要从空气动力学角度为垂直轴风力机提供刹车系统。目前有研究人员提出通过反向联合射流的方式进行气动刹车，但该系统需要额外的气泵机构提供气源，将大幅增加成本且掩盖了垂直轴风力机叶片结构简单的优点。所以至今尚未见针对垂直轴风力机结构特点开发的专用气动刹车设备。
此外，自启动性能相对较差是垂直轴相较水平轴的另一弱势。目前主要通过升阻混合型风力机提高自启动性能，或者通过反转电机主动带动风轮旋转。但升阻混合型会影响垂直轴风力机的发电效率，而电机带动风轮启动会增加电机故障风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，结构简单，同时提供刹车及辅助启动的功能，大大降低了控制系统的成本。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，包括：
底座；
活动设置于所述底座上的转轴；
活动设置于所述转轴上的风力机支臂组件；所述风力机支臂组件包括活动套接于转轴上的第一固定轴座、设置于第一固定轴座正上方的第二固定轴座、活动设置于第一固定轴座与第二固定轴座上的支臂及与所述支臂固接的叶片；
所述支臂以水平方向为轴心进行0-90度的转动。
优选的，所述第一固定轴座与第二固定轴座上均设置有三个固定面，且第一固定轴座与第二固定轴座的固定面上分别固定设置有支臂固定座。
优选的，第一固定轴座与第二固定轴座上的支臂固定座在竖直方向上一一对应且结构相同。
优选的，支臂固定座上靠近一侧活动连接有支臂转轴，所述支臂转轴上转动套接有支臂，所述支臂以支臂转轴进行0-90度的转动。
优选的，所述支臂转轴远离支臂固定座的一端上活动连接有第二支臂固定座，所述第二支臂固定座与支臂固定座结构相同且相对设置。
优选的，所述第二支臂固定座上固接有丁型连接件，所述丁型连接件上固接有叶片，所述叶片沿竖直方向设置且与转轴平行设置，叶片与支臂相互垂直设置。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)垂直轴风力在不同高度均有支臂，因此利用支臂进行气动刹车可使整个风轮的在不同高度均产生刹车力矩，而不是像液压或电磁刹车般仅在风轮底部产生刹车力矩。这使得风轮的刹车力矩更加平衡，不会造成惯性扭转力矩过大导致传动机构发生破坏。
(2)该机构在停机状态下可增大扫风面积，可在低风速下提供一定的扭转力矩，从而提高了垂直轴风力机的自启动性能。因此该机构可提供2种不同功能，大幅降低了控制系统的成本。
(3)该刹车机构基于垂直轴风力机支臂，无需改变叶片本身结构。叶片结构简单是垂直轴风力机最大优点之一，以往的刹车装置如射流刹车需在叶片内部安装机构，既增加了制造复杂性又提高了成本。本发明装置结构简单且可同时提供2种功能，具有较大的成本优势。
附图说明
图1为根据本发明的具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机的三维结构示意图；
图2为根据本发明的具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机的内部结构的三维结构示意图；
图3为根据本发明的具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机的内部结构的支臂开启与关闭的三维结构示意图；
图4为根据本发明的具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机的内部结构的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-4，一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，包括：底座10；
活动设置于所述底座10上的转轴20；
活动设置于所述转轴20上的风力机支臂组件30；所述风力机支臂组件30包括活动套接于转轴20上的第一固定轴座31、设置于第一固定轴座31正上方的第二固定轴座32、活动设置于第一固定轴座31与第二固定轴座32上的支臂33及与所述支臂33固接的叶片34；所述支臂33以水平方向为轴心进行0-90度的转动，通过在支臂33处设置有电机，电机控制支臂33旋转的角度，当风力机并未工作时，此时通过电机将支臂33旋转90度，增加了受风面积，提供启动力矩，当风力机开始转动时，此时将电机将支臂33调整至0度，减小阻力以使风力机叶片正常发电，当风速过过高时，叶片34旋转过快，通过电机将支臂33旋转90度，在旋转状态下增加受风面积将大幅增加阻力矩，从而使风轮转速降低至停机状态。
进一步的，所述第一固定轴座31与第二固定轴座32上均设置有三个固定面，且第一固定轴座31与第二固定轴座32的固定面上分别固定设置有支臂固定座35，第一固定轴座31与第二固定轴座32上的支臂固定座35在竖直方向上一一对应且结构相同，支臂固定座35上靠近一侧活动连接有支臂转轴36，所述支臂转轴36上转动套接有支臂33，所述支臂33以支臂转轴36进行0-90度的转动，当风力机为启动时处于静止状态，支臂33处于90度状态，支臂33与水平方向相互垂直，该结构具有较大的受风面积，在来流风作用下产生扭转力矩，推动垂直轴风力机启动。若推力不足，可通过电机调节不同叶片34上的支臂33角度以降低逆风方向的阻力矩。
当风力机转速增加至正常运行状态时，通过电机将支臂33旋转至0°，减小支臂33阻力使得风力机可正常发电，当遇到极端风速需要进行刹车时，支臂33再次旋转至90°，从而产生阻力矩使风力机逐渐停机。
进一步的，所述支臂转轴36远离支臂固定座35的一端上活动连接有第二支臂固定座37，所述第二支臂固定座37与支臂固定座35结构相同且相对设置，所述第二支臂固定座37上固接有丁型连接件38，所述丁型连接件38上固接有叶片34，所述叶片34沿竖直方向设置且与转轴20平行设置，叶片34与支臂33相互垂直，该设置保证了第一固定轴座31与第二固定轴座32上的支臂33上下位置对齐，在转动时保证同一个角度以及在有风的时候受力方向相同，避免上下的支臂33受力不同起不到刹车的作用。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，包括：
底座(10)；
活动设置于所述底座(10)上的转轴(20)；
活动设置于所述转轴(20)上的风力机支臂组件(30)；所述风力机支臂组件(30)包括活动套接于转轴(20)上的第一固定轴座(31)、设置于第一固定轴座(31)正上方的第二固定轴座(32)、活动设置于第一固定轴座(31)与第二固定轴座(32)上的支臂(33)及与所述支臂(33)固接的叶片(34)；
所述支臂(33)以水平方向为轴心进行0-90度的转动。
2.如权利要求1所述的一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，所述第一固定轴座(31)与第二固定轴座(32)上均设置有三个固定面，且第一固定轴座(31)与第二固定轴座(32)的固定面上分别固定设置有支臂固定座(35)。
3.如权利要求2所述的一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，第一固定轴座(31)与第二固定轴座(32)上的支臂固定座(35)在竖直方向上一一对应且结构相同。
4.如权利要求3所述的一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，支臂固定座(35)上靠近一侧活动连接有支臂转轴(36)，所述支臂转轴(36)上转动套接有支臂(33)，所述支臂(33)以支臂转轴(36)进行0-90度的转动。
5.如权利要求4所述的一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，所述支臂转轴(36)远离支臂固定座(35)的一端上活动连接有第二支臂固定座(37)，所述第二支臂固定座(37)与支臂固定座(35)结构相同且相对设置。
6.如权利要求5所述的一种具有辅助启动组件的支臂刹车垂直轴风力机，其特征在于，所述第二支臂固定座(37)上固接有丁型连接件(38)，所述丁型连接件(38)上固接有叶片(34)，所述叶片(34)沿竖直方向设置且与转轴(20)平行设置，叶片(34)与支臂(33)相互垂直设置。
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