CN201730751U - 一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供的是一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机。它包括电力转换装置、增速箱、发电机、变桨电机、主立轴、悬臂筒、叶片横梁、带有翼型的叶片；主立轴外侧套有悬臂筒，主立轴和悬臂筒通过轴承连接，叶片横梁一端固定在悬臂筒上，叶片横梁另一端安装有叶片自转装置，主立轴顶端安装有避雷针；风向仪连接电子控制装置，电子控制装置控制每个悬臂横梁上的叶片自转装置，使叶片按照给定程序调节迎风角度，使发电机始终处于可产生最大扭矩的状态，有效降低启动风速，并提高了风能利用率。

Description

一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及垂直轴风力发电机，尤指一种应用于垂直轴风力发电机的叶片自
转装置。
背景技术
[0002] 风力发电机又称风车，是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。 按风轮轴的不同可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。能量驱动链（即风轮、主传动轴、增 速箱、发电机）呈水平方向的，称之为水平轴风力机。能量驱动链成竖直方向的，称之为垂 直轴风力机。垂直轴风力发电机可分为阻力型和升力型两类。
[0003] 已有技术中关于利用风能、太阳能以及其组合的发电装置的公开报道较多。但是， 一般的垂直轴风力发电机的风轮采用升力型，叶片形状复杂，制造成本较高，叶片的轴线和 垂直轴平行，风轮的转动与风向无关，因此不需要像水平轴风力机那样采用迎风装置。但由 于叶片与悬臂支架的角度固定不变，因此，叶片产生的驱动力矩的大小和方向是不断变化 的，同时还会产生较大的阻力矩，所以现有的垂直轴风力发电机的启动风速较大且风能利 用率不高，环境适应性不强。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种叶片攻角可调节、能提高发电机的风能利用率和 环境适应能力及降低启动风速的可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机。
[0005] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0006] 它包括电力转换装置、增速箱、发电机、变桨电机、主立轴、悬臂筒、悬臂横梁、叶 片；其特征是：主立轴外通过轴承连接悬臂筒，悬臂横梁一端固定在悬臂筒上，悬臂横梁另 一端设置有叶片自转装置，主立轴顶端设置有避雷针、风向标和风速仪；叶片自转装置以蓄 电池为动力来源；电子控制装置传递信号给叶片自转装置，叶片自转装置驱动叶片的转动； 所述的叶片自转装置的组成包括变桨电机、蜗杆减速箱、带自锁的变桨机构；变桨电机安装 在悬臂横梁一端上，变桨电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，蜗杆减速箱的输出轴与带自锁 的变桨机构相连，带自锁的变桨机构的输出轴与叶片轴相连；发电机输出的交流电经整流 逆变装置处理后直接输入电网；叶片自转装置以蓄电池组为动力来源。
[0007] 本实用新型还可以包括这样一些特征：
[0008] 1、悬臂筒和主立轴之间安装有超低摩擦系数液体轴承和推力滚子轴承，悬臂筒齿 轮圈固定在悬臂筒上，发电机齿轮安装在发电机轴上，悬臂筒齿轮图通过增速箱与发电机 相连。
[0009] 2、每组悬臂横梁上安装有2个变桨电机，同时控制叶片自转运动。
[0010] 3、悬臂筒和悬臂横梁固定在一起，可通过超低摩擦系数液体轴承和推力滚子轴承 绕主立轴旋转。
[0011] 4、叶片轴设定在叶片的压力中心处。[0012] 本实用新型在工作过程中，可根据风向标和风速仪反馈回的风向风速数值通过电 子控制装置控制叶片自转运动，有效地调节叶片的迎风角。
[0013] 叶片自转装置相对于其连接的悬臂横梁可在水平平面上做旋转运动，为使叶片在 旋转过程中消耗能量最低，叶片轴设置在叶片的压力中心处，电机只克服摩擦力做功，电机 能量损耗较小。
[0014] 本实用新型采用垂直轴风车形式，可自动调节叶片的迎风角，使风机始终处于产 生最大力矩的状态，有效降低启动风速。
[0015] 本实用新型所取得的技术进步在于：
[0016] 1、主立轴和悬臂横梁均可采用钢架结构，不仅方便生产、运输，而且容易安装、拆 卸，维护简便，大大降低运行成本。
[0017] 2、叶片攻角可根据采集到的风速和风向信息自行调整。当来风速度较小时，叶片 轴在90°范围内旋转，使叶片在任意位置都处于最大升力的攻角范围附近，叶片能产生最 大的驱动力矩；当来风速度较大、发电功率过高时，叶片可旋转到失速点的角度，减小发电 功率，避免发电机过载；当台风来时，叶片旋转到顺风位置，减小迎风面积，避免塔架产生巨 大的横向推力。
附图说明
[0018] 图1是本实用新型的整体机构示意图。
[0019] 图2是叶片自转装置机构示意图。
[0020] 图3是本实用新型的叶片攻角变化示意图。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图对本实用新型的实施作进一步描述，但不作为本实用新型的限定。
[0022] 本实施例的结构如前所述，结合图1，本实用新型的主立轴1固定于地面，风向标4 和风速仪5可根据实际风向相对于各自轴线自由旋转，有悬臂横梁6、叶片自转装置7以及 其他附属件构成的大叶片8可在风力驱动作用下相对于主立轴独立旋转，并将动能传递给 发电机组2，由发电机将动能转换为电能。
[0023] 结合图2，叶片自转装置7描述如下：变桨电机7-1、蜗杆减速箱7-2和带自锁的变 桨机构7-3安装在悬臂横梁6 —端上，叶片轴8和带自锁的变桨机构7-3的输出轴相连，叶 片轴8能绕悬臂横梁6在水平平面内旋转。
[0024] 结合图3，本实用新型的发电装置在刚开始启动时，由风向标4和风速仪5测出风 速和风向，并把信号传递给电子控制装置，电子控制装置通过叶片自转装置调节叶片的角 度，使风向右侧叶片迎风角变为90°，而风向左侧叶片迎风角变为0°，从而使风力发电机 获得最大的启动力矩。

Claims (3)

  1. 一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机，它包括固定于地面的主立轴(1)、套装转动配合于主立轴(1)的悬臂筒、安装在主立轴(1)上的发电机(2)、沿主立轴(1)径向设置圆周等距分布的五组双层悬臂横梁(6)，每组悬臂横梁上设置有一个叶片(8)；其特征是：主立轴(1)固定在地面上，悬臂横梁(6)通过悬臂筒与主立轴(1)相连，并能绕主立轴(1)旋转，每个叶片(8)上设置有两个叶片自转装置(7)，主立轴顶端设置有避雷针(3)、风向标(4)和风速仪(5)。叶片自转装置(7)以蓄电池为动力；风向标(4)和风速仪(5)连接电子控制装置，电子控制装置与叶片自转装置(7)相连。
  2. 2.根据权利要求1所述的可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：所述的叶片 自转装置（7)组成包括变桨电机、蜗杆减速箱、带自锁的变桨机构；变桨电机安装在悬臂横 梁的一端上，变桨电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，蜗杆减速箱的输出轴与带自锁的变桨 机构相连，带自锁的变桨机构与叶片相连。
  3. 3.根据权利要求1所述的可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：悬臂筒和主 立轴（1)之间安装有超低摩擦系数的液体轴承和推力滚子轴承，悬臂筒齿轮圈固定在悬臂 筒上，悬臂筒齿轮圈与增速箱的输入轴齿轮啮合，增速箱的输出轴与发电机轴相连。
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