CN1664358A - 单转子方式的水平－垂直轴联合型风力发电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单转子方式的水平－垂直轴联合型风力发电机系统，包括设在塔(10)上端上并可旋动的流线型活动体(20)和，在活动体(20)的外侧面按放射状形成的多个方向舵(21)和，一端部向活动体(20)的后尾外侧凸出而另一端部位于活动体(20)内部并形成第一锥齿轮(31)的水平轴(30)和，在上述水平轴(30)的一端部上设置以风作为媒介并按风压产生向前后方向变量的可变工具(80)、根据风旋转并旋转水平轴(30)的桨叶(70)和，设在上述塔(10)内部的发电机(60)和，一端部形成咬合上述第一锥齿轮(31)的第二锥齿轮(41)、而另一端部和上述发电机(60)的转子轴(61)结合构成的垂直轴(40)。

Description

单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统
技术领域
本发明涉及单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，更详细的说涉及自动追寻风向，对超强风也无另外的旋角(pitch)控制，根据弹簧压力桨叶自动向后方变量而保护系统，同时持续发电的单转子方式的水平-垂直轴合并型风力发电机系统。
背景技术
一般风力发电机系统把根据风力旋转的桨叶的旋转能转换为电能，并向各需求者供应电源。根据轴的方向区分为螺旋桨型水平轴风力发电机系统和，如gyromill型以及darrieus型的垂直轴风力发电机系统，或者垂直-水平轴联合型风力发电机系统等，这些风力发电系统比原子力或水力以及火力系统的设置费用以及设置面积经济，而且具有不会诱发环境污染的优点。
如此的传统风力发电机由设在塔的上部并旋转的活动体和，设在上述活动体的前端并由风带动旋转的桨叶和，设有增速上述桨叶旋转力的增速器等的变速箱和，把上述变速箱里增速的旋转力变换为电能的发电机等构成。
如上述构成的风力发电机根据风旋转桨叶时，此旋转力通过变速箱增速。然后在发电机通过增速的旋转力发生电能，此电能外加到蓄电装置等或直接外加到需求者。
但是，因上述水平轴风力发电机从桨叶到发电机的旋转扭矩传达路径短而具有传达效率高的优点，但因活动体内部装载发电机等而变得沉重，很难根据风向进行迅速的偏转(yaw)操作；活动体旋转一定次数以上时，存在风力发电机停止操作，同时把缠绕的电线解开到原位的问题。
并且，上述活动体内部装载发电机而不便冷却以及维保等。因在强风等的非常时期，为了发电机的过负荷等系统保护，通过翼部的旋角(pitch)控制完全停止，而存在不能发电的问题。
垂直-水平轴联合型风力发电机(双转子方式)用经过主桨叶中央部分的风力来辅助桨叶发生扭矩，而提高每横截面积的风力利用率，但主桨叶和辅助桨叶的旋转方向相反而很难制作桨叶，为了稳定的合成主桨叶和辅助桨叶的扭矩，应精密构成各个的旋角(pitch)控制，但实际很难控制。
并且，制作成本高，因强风等的非常时期，如上述水平轴风力发电机通过旋角(pitch)控制完全停止，而存在不能发电的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供自动追寻风向，对超强风也无另外的旋角(pitch)控制，根据弹簧压力桨叶自动向后方变量而防止发电机的过负荷工作，保护系统，同时持续发电的单转子方式的水平-垂直轴合并型风力发电机系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明单转子方式的水平-垂直轴合并型风力发电机系统，包括设在一定高度的塔上端上、并可旋动的流线型活动体和，为了使上述活动体和吹过来的风的风向一致、在活动体的外侧面按放射状形成的多个方向舵和，随上述活动体旋转并水平设置的、一端部向活动体的后尾外侧凸出、而另一端部位于活动体内部并形成第一锥齿轮的水平轴和，位于上述活动体后方、同时在上述水平轴的一端部上设置以风作为媒介并按风压向前后方向产生变量的可变工具、根据风旋转并带动旋转水平轴的桨叶和，设在上述塔内部的发电机和，为了把上述水平轴的旋转力传达到上述发电机一端部、形成咬合上述第一锥齿轮的第二锥齿轮、而另一端部和上述发电机的转子轴结合构成的垂直轴。
与现有技术相比，本发明单转子方式的水平-垂直轴合并型风力发电机系统根据上述变量工具无需另外的旋角(pitch)控制，对应超强风以及突然的阵风等的风压，桨叶自动向前后方变量而调整向发电机传达的旋转力，而防止发电机的过负荷工作，同时保证系统在强风下也持续发电。然后，上述发电机结合垂直轴设在上述塔上，从而容易进行电力线引出以及维护，由于上述活动体的轻质量，从而在低风速也进行偏转(yaw)操作，旋转活动体的时候也防止电力线的缠绕现象。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明的风力发电机的断面图。
图2是根据本发明的风力发电机的正面图。
图3是在根据本发明的风力发电机里可变桨叶的状态图。
图4是本发明的另一例显示图。
图5是根据图1A-A线的断面图。
图6是图1方向舵的一例。
附图符号说明
1：风力发电机         20：塔
20：活动体            21：方向舵
30：水平轴            31：第一锥齿轮
40：垂直轴            41：第二锥齿轮
50：联合器            60：发电机
61：转子轴            62：电线
70：桨叶              80：可变工具
81：轴心              82：变量杆
83：滑行杆            84：弹簧
85：连杆              86：销
90：槽
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明。
和传统相同的部分省略重复说明。
图1是根据本发明的风力发电机的断面图，图2是根据本发明的风力发电机的正面图，图3是在根据本发明的风力发电机里可变桨叶的状态图。
如图所示，根据本发明的风力发电机1，设在地面的一定高度的塔10上端上设置可旋转的流线型活动体20。
为了减轻重量，上述活动体20内部空心为好。
然后，活动体20的外侧面上按放射状形成三个方向舵21。
在此，上述方向舵21以上述塔10作为标准，向活动体20的后尾方向形成为好。
因此，根据上述三个方向舵21无需另外的辅助装置使正面吹过来的风向和活动体20一致。帮助更稳定自动的偏转(yaw)操作。
然后，上述活动体20的后尾处内部设置可旋转的水平轴30。
上述水平轴30的一端部向上述活动体20的后尾外侧凸出，另一端部位于活动体20内部，并且其尖端部上形成第一锥齿轮31。
并且，在上述活动体20的后尾外侧凸出的水平轴30的一端部上，把根据风压向前后方向可变移动的可变工具80作为媒介设置桨叶70。
因此，上述桨叶70位于上述活动体20的后方，同时根据吹过来的风旋转并旋转上述水平轴30。
在此，现有技术是将上述桨叶70设在活动体20的前方处，但在本发明根据上述活动体20的自由偏转(yaw)操作以及为了风压使桨叶70的可变操作，而将其设置于活动体20的后方。
即，上述桨叶70与上述活动体20的旋转中心具有一定距离，而发生根据风向的旋转扭矩，并使其与风向一致，这时根据三个方向舵21进行更稳定自由的偏转(yaw)操作。
上述可变工具80由结合于上述水平轴30一端部的轴心81和，在上述轴心81的圆周面、由前后方向的旋动销86将其尖端部连接结合在上述桨叶70的翼根处的多个变量杆82和，从上述轴心81按一定距离隔开、并滑行结合于上述水平轴30的滑行杆83和，上述轴心81和滑行杆83之间设置的弹簧84和，连接上述变量杆82和滑行杆83的连杆85构成。
在此，上述连杆85、销86接合上述滑行杆83以及变量杆82。
然后，调整上述弹簧84的张力，设定根据风压的上述桨叶70的可变操作点。
如此的，上述可变工具80为了在一定风压下得到最大效率，上述桨叶70对上述水平轴30大约保持垂直的状态，根据强风的一定风压以上时，对应风压的增加向后方产生一定角度变量。
即，因强风将上述桨叶70向后方倾斜时，按其倾斜程度减少受风，并减少上述桨叶70的旋转，与此同时水平轴30的旋转力也减少，而启动以下将说明的发电机60的过负荷等保护系统，同时可持续发电。
然后，上述塔10的上端内部设置被传达上述桨叶70的旋转力驱动，并发生电源的发电机60。
上述发电机60连接蓄电装置未图示或者地面上的电力传输线未图示等传输电力的电线62。
并且，为了把上述水平轴30的旋转力传达到上述发电机60，在上述活动体20内部设置连接塔10内部的垂直轴40。
上述垂直轴40的一端部形成与上述水平轴30的第一锥齿轮31咬合的第二锥齿轮41，而另一端部和上述发电机60的转子轴61结合。
在此，上述垂直轴40和发电机60的转子轴61之间设置将垂直轴40连接分离发电机60的联结器50。
然后，上述水平轴30上设置增速上述桨叶70旋转的水平轴30的旋转力、并把此增速的旋转力传达到上述发电机60的变速箱32。
上述变速箱32为了增速旋转力，设置行星齿轮(未图示)以及环形齿轮(未图示)等多个齿轮，在此省略更详细的说明。
即，上述变速箱32为了在低风速也能发电，不仅起增速水平轴30旋转力的作用，而且起按发电机60种类增速的作用。
另一方面，上述第一、二锥齿轮31、41为了减少噪音等最好使用螺旋形的锥齿轮。
以下，说明根据本发明的风力发电机系统的作用。
首先，上述活动体20以活动体20的旋转中心为标准、根据设置在后方的方向舵21以及桨叶进行和风向自动一致的偏转操作，同时根据吹过来的风旋转桨叶70。
上述桨叶70旋转时，上述水平轴30一起进行旋转，这时上述水平轴30的旋转力通过上述变速箱32进行增速而使发电机60容易生产电力。
上述增速的旋转力通过第一锥齿轮31传达到第二锥齿轮41，传达到第二锥齿轮41的旋转力使上述垂直轴40进行旋转，并用联合器50旋转相互连接的发电机60的转子轴61。
上述转子轴61旋转时，发电机60根据转子(未图示)的高速旋转而生产电力。
上述发电机60生产的电力通过上述电线62传输到地面上的电力传输线或者蓄电装置等。
另一方面，因强风等的非常时期，一定压力以上的风压作用于上述桨叶70，同时过度增加桨叶70的旋转速度，这时桨叶70以及变量杆82根据上述风压向后方按一定角度产生变量，用连杆85连接上述变量杆82的上述滑行杆83沿着水平轴30向后方移动并压缩上述弹簧84。
上述桨叶70的变量操作在上述弹簧84的压缩力和风压相等时会停止，这时上述桨叶70成为向后方倾斜一定角度的状态，而受风的影响比初期位置少，从而减少旋转速度，与此同时减少向上述发电机60传达的旋转力，而防止发电机60的过负荷工作，同时持续进行发电。
然后，强风解除时，根据上述弹簧84的复原力，上述滑行杆83沿着水平轴30向前方移动，这时与连杆85连接的上述变量杆82以及桨叶70向前方产生变量并复原到初期位置。
像这样，上述桨叶70对应风压变换产生前后方方向的可变量，并调整向发电机60传达的旋转力，而防止发电机60的过负荷工作等，而保护整个系统，同时在强风的非常时期也能持续进行发电。
并且，缓和突然的阵风对桨叶70以及系统的急剧冲击。
图4是本发明的另一个实例。
与上述第一实施例的基本构成以及起动原理相同，但上述结构以沿着水平轴30滑行运动的滑行杆83，然后设在其后方并赋予复原力的弹簧84，连接滑行杆83而旋转的桨叶70构成，而本实施例与其不同的是向前方移动桨叶70，并在联动桨叶70的滑行杆83后方设置弹簧84。
如此构成的实例所有基本操作相同，为了按根据风力发电机容量设置的上部活动体的大小，保持整体平衡而变形其结构。
比如小型时，活动体20的前方并不从中心凸出、而桨叶70位于活动体20的最后方的时候很难保持平衡，而如图4的构成把桨叶70邻接于活动体20，则可以保持整体平衡；与此相反大型时，活动体20的前方从中心凸出很多，而如图3的形态桨叶70最好位于最后方，来保持整体平衡。
这是作为重量物根据进行旋转运动的桨叶和活动体之间相互有机的平衡，来选择桨叶的位置而进行有效率的运动。
图5是图示在图1的活动体20的另一个实例。
如图1活动体20的圆周面像炮弹形态一样光滑，但也可以如图5活动体20的圆周面上按吹风的方向形成多个槽90。
通常风力发电机是活动体跟着风向移动，并风再少也能使桨叶顺利的进行旋转为最基本的规格，如上述形成在活动体20的槽能使活动体按正确风向追寻的方向性，同时在追寻方向性之后，提高根据停止旋转桨叶的暂停性的能力。
如此的槽90沿着活动体20的圆周面可形成多个，而本实例是在圆周面上按90度间距形成4个。
并且，如图6所示，方向舵21的断面形状可以为楔形，可以根据吹过方向舵的风比当前风力发电机里使用的一定断面形状的方向舵更快的追寻风向。
工业应用性
上述的本发明，根据上述变量工具无需另外的旋角(pitch)控制，对应超强风以及突然的阵风等的风压，桨叶自动向前后方变量而调整向发电机传达的旋转力，而防止发电机的过负荷工作，同时保证系统在强风下也持续发电。
然后，上述发电机结合垂直轴设在上述塔上，从而容易进行电力线引出以及维护，由于上述活动体的轻质量，从而在低风速也进行偏转(yaw)操作，旋转活动体的时候也防止电力线的缠绕现象。
并且，以简单的结构节约制作费用。

Claims (8)

1、一种单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于：包括设在一定高度的塔(10)上端上的、并可旋动的流线型活动体(20)和，
为了使上述活动体(20)和吹过来的风的风向一致、在活动体(20)的外侧面按放射状形成的多个方向舵(21)和，
随上述活动体(20)旋转并水平设置的、一端部向活动体(20)的后尾外侧凸出、而另一端部位于活动体(20)内部、并形成第一锥齿轮(31)的水平轴(30)和，
位于上述活动体(20)后方、同时在上述水平轴(30)的一端部上设置以风作为媒介并按风压向前后方向产生变量的可变工具(80)，根据风旋转并带动旋转水平轴(30)的桨叶(70)和，
设在上述塔(10)内部的发电机(60)和，
为了把上述水平轴(30)的旋转力传达到上述发电机(60)、一端部形成咬合上述第一锥齿轮(31)的第二锥齿轮(41)、而另一端部和上述发电机(60)的转子轴(61)结合构成的垂直轴(40)。
2、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述可变工具(80)由结合于上述水平轴(30)一端部的轴心(81)和，在上述轴心(81)的圆周面按前后方向旋动结合、并其尖端部连接结合上述桨叶(70)的翼根处的多个变量杆(82)和，从上述轴心(81)按一定距离隔开并滑行结合于上述水平轴(30)的滑行杆(83)和，上述轴心(81)和滑行杆(83)之间设置的弹簧(84)和，连接上述变量杆(82)和滑行杆(83)的连杆(85)构成。
3、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述水平轴(30)上另设置增速旋转力并向上述发电机(60)处传达的变速箱(32)。
4、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述发电机(60)的转子轴(61)和垂直轴(40)之间另外设置连接分离的转子轴(61)和垂直轴(40)的联结器(50)。
5、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述可变工具(80)由
与连接结合上述桨叶(70)翼根处的多个变量杆(82)铰链连接、并且在上述水平轴(30)上可作旋转运动的轴心(81)和，
从上述轴心(81)向后方按一定间距隔开设置、并滑行结合在上述水平轴(30)的滑行杆(83)和，
连接上述变量杆(82)和滑行杆(83)的连杆(85)和，
位于上述滑行杆(83)的后方、并赋予复原力的弹簧(84)。
6、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述活动体(20)前方部分的圆周面上形成导向空气流向的多个长槽(90)。
7、根据权利要求6所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述槽(90)按90度间距形成于上述活动体(20)的圆周面上。
8、根据权利要求1所述的单转子方式的水平-垂直轴联合型风力发电机系统，其特征在于，上述方向舵(21)以后方部比前方部逐渐加厚的断面形状构成，所述断面形状如楔形。
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