CN201137551Y - 一种垂直轴风力机的叶片变距机构 - Google Patents

Abstract

一种可变距垂直轴风力机的阻力型叶片转动半径变化控制、执行机构，由阻力型叶片、丝杠螺母、丝杠、蜗轮蜗杆副、电机、及控制系统等组成。电机通过蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副等传动机构传动，带动阻力型叶片向内或向外移动，使阻力型叶片起到起动、高速牵引、制动等作用，进而提高风力机的起动性能、动力性能和风能利用系数。

Description

一种垂直轴风力机的叶片变距机构

技术领域

本发明涉及一种可自起动的垂直轴风力机及其阻力型叶片转动半径变化控制、执行机构。

背景技术

现有垂直轴风力机主要有2种类型，1种为阻力型风力机，其叶片称为阻力型叶片；另1种为达里厄型风力机，其叶片简称为帆形叶片。阻力型风力机自起动转矩较大，在风力作用下能自己起动，但其高速性系数及风能利用系数较低；达里厄型风力机高速性系数及风能利用系数较高，但其风力机必需旋转到较高的转速，并使绝对风速和帆形叶片形成合适的攻角后才能获得牵引力，绝对风速由自然风速和由于叶片旋转产生的风速合成，因此达里厄型风力机不能自起动，要靠外力将风力机带动至高速后才能发电工作。

发明内容

为了克服传统垂直轴风力机的缺点，本发明通过在达里厄型风力机上增加阻力型叶片，该阻力型叶片可沿横梁径向移动，根据需要移动到不同的位置，起到起动、高速牵引、制动等作用，使本发明风力机实现自起动，并提高风力机动力性能和超、失速控制能力。

本发明是可变距垂直轴风力机(专利申请号：2006100528978)的阻力型叶片转动半径变化控制、执行机构，简称叶片变距机构。如说明书附图1所示，该可变距垂直轴风力机(专利申请号：2006100528978)主要由帆形叶片8、阻力型叶片9、中轴11、上横梁10、下横梁12及控制机构等组成。

帆形叶片和阻力型叶片的个数一般多为2个(也适用于更多叶片的风力机)，帆形叶片固定在横梁外端，阻力型叶片利用滑轮等方式可在横梁上径向移动，整个风力机绕中轴轴线转动，把风能转化为机械能并带动发电机发电。在风力机开始转动之初，由于帆形叶片不能自起动，更不能带动整个风力机转动，此时阻力型叶片起着动力源作用，在风力作用下它可带动整个风力机绕中轴转动，为增大力臂和起动力矩，此时阻力型叶片一般离中轴较远(靠近帆形叶片)，如图1主视图中实线所示的阻力型叶片起动位置。由于起动之时阻力型叶片的高速性系数(尖速比)较小，获得的推力较大，且此时阻力型叶片的旋转半径(即力臂)较大，因此产生较大的起动力矩，带动风力机起动。随着风力机转速的增大要能继续发挥阻力型叶片较大的推力，就得减小其旋转半径，因此，风力机起动后阻力型叶片应向中轴移动，逐步移动到如图1主视图中虚线所示的阻力型叶片高速旋转位置。

风力机达到一定的起动转速后，帆形叶片也具有了一定的牵引力，和阻力型叶片一起带动发电机组发电。当控制系统根据阻力型叶片在横梁上的位置、实际风速及风力机转速等参数判断出阻力型叶片需要向中轴(向内)或向外端移动时，可通过控制传动机构使阻力型叶片停在合适的位置，进行超、失速控制。

如何控制阻力型叶片处在合理的位置上就是由本发明叶片变距机构来实现的。该叶片变距机构如图3所示由左阻力型叶片1、左丝杠螺母2、丝杠3、蜗轮蜗杆副4、电机5、右阻力型叶片6、右丝杠螺母7及控制系统等组成，当控制系统根据阻力型叶片在横梁上的位置、实际风速及风力机转速等参数判断出阻力型叶片需要沿横梁向中轴(向内)或向外端移动时，电机根据控制系统指令作一定转速的正转或反转，并通过蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副等传动机构带动阻力型叶片向内或向外端移动，使阻力型叶片沿横梁分别停在外端起动位置、高速牵引位置等。

如上所述的叶片变距机构，由阻力型叶片、丝杠螺母、丝杠、蜗轮蜗杆副、电机、及控制系统等组成。电机固定在横梁上，电机主轴上安装有蜗杆，蜗杆和固定在丝杠的蜗轮相联，丝杠则和固定在阻力型叶片上的丝杠螺母相联。

如上所述的叶片变距机构，其中，阻力型叶片中固定安装有丝杠螺母，而丝杠和丝杠螺母配合使用，丝杠轴向固定、周向可旋转，丝杠左右两段的螺纹旋向相反。

如上所述的叶片变距机构，其中，电机通过蜗轮蜗杆副减速带动丝杠转动，其中其蜗轮固定安装在丝杠上，蜗杆固定安装在电机的转动轴上。

本发明的有益效果是，将可变距垂直轴风力机中的阻力型叶片根据需要控制在合适的位置，使其起到起动、高速牵引、制动等作用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是可变距垂直轴风力机示意主视图。

图2是可变距垂直轴风力机示意俯视图。

图3是叶片变距机构结构示意主视图。

图4是丝杠轴立体示意图。

图5是蜗轮蜗杆组合立体示意图。

具体实施方式

说明书附图3是本发明叶片变距机构的结构示意图，如图3所示叶片变距机构主要由左阻力型叶片1、左丝杠螺母2、丝杠3、蜗轮蜗杆副4、电机5、右阻力型叶片6、右丝杠螺母7及控制系统等部分组成。其中，左阻力型叶片1和右阻力型叶片6安装在横梁左右两侧上，并且能沿横梁径向移动；左丝杠螺母2和右丝杠螺母7分别固定在左阻力型叶片1和右阻力型叶片6上，并和丝杠3配合使用；丝杠3在动力带动下可周向转动而轴向固定，并且丝杠3左右两段的螺纹旋向相反(如图4所示)，以实现丝杠3转动时能带动左右两个丝杠螺母及左右两个阻力型叶片同时沿横梁向中轴(向内)或向外移动；蜗轮蜗杆副4是减速传动机构，其蜗轮固定安装在丝杠3上，蜗杆固定安装在电机5的转动轴上(如图5所示)，电机5经蜗轮蜗杆副4减速把动力传递到丝杠3且带动丝杠3转动，进而带动阻力型叶片沿横梁径向移动。

当控制系统根据阻力型叶片在横梁上的位置、实际风速及风力机转速等参数判断出阻力型叶片需要向中轴(向内)移动时，控制电机5转动(设正转)，电机5经蜗轮蜗杆副4减速把动力传递到丝杠3带动丝杠3转动，丝杠3由于轴向固定且左右两段的螺纹旋向相反，其转动时可同时带动左丝杠螺母2和右丝杠螺母7以及和丝杠螺母相固定的左右两个阻力型叶片向中轴(向内)移动；当左右两个阻力型叶片需要向外移动时，控制系统控制电机反转，通过和正转时相同的传动路线带动左右两个阻力型叶片同时向外移动。阻力型叶片移动的距离由控制系统及其辅助机构根据阻力型叶片在横梁上的位置、实际风速及风力机转速等参数确定并控制，使阻力型叶片控制在合适的位置起到起动、高速牵引、制动等作用，并提高风力机的起动性能、动力性能和风能利用系数，达到本发明叶片变距机构控制阻力型叶片处在合理的位置的目的。

Claims (3)

1、一种垂直轴风力机的阻力型叶片转动半径变化控制、执行机构，简称叶片变距机构，其特征为，该叶片变距机构由阻力型叶片、丝杠螺母、丝杠、蜗轮蜗杆副、电机、及控制系统等组成。电机固定在横梁上，电机主轴上安装有蜗杆，蜗杆和固定在丝杠的蜗轮相联，丝杠则和固定在阻力型叶片上的丝杠螺母副相联。

2、如权利1所述的叶片变距机构，其特征在于，阻力型叶片中固定安装有丝杠螺母，而丝杠和丝杠螺母配合使用，丝杠轴向固定、周向可旋转，丝杠左右两段的螺纹旋向相反。

3、如权利1所述的叶片变距机构，其特征在于，电机通过蜗轮蜗杆副减速带动丝杠转动，其中其蜗轮固定安装在丝杠上，蜗杆固定安装在电机的转动轴上。

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