CN201874752U - 一种攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种攻角跟随式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、电动机、主轴、套筒、悬臂横梁、帆叶；主轴外套有套筒，主轴和套筒通过轴承连接，悬臂横梁固定在套筒上，悬臂横梁一端安装有横帆装置，横帆装置上设置有帆叶自转装置，主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三个电动机转动，电动机分别控制横帆装置转动，同时可以调节帆叶角度，并控制帆叶的卷放，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

一种攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机

技术领域

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横帆装置、帆叶自转装置和帆叶卷放装置。

背景技术

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。能量驱动链成垂直方向的，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。

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。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

本实用新型的目的在于提供一种帆叶迎风角可调节、帆叶框架可水平放置、帆叶可卷放、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攻角跟随式垂直轴风力发电机。

本实用新型的目的是这样实现的：

它包括电力转换装置、增速箱、发电机、电动机、主轴、套筒、悬臂横梁、帆叶；其特征是：主轴外通过轴承连接套筒，套筒是套装转动配合于主轴上，发电机安装在主轴上；在套筒外沿主轴径向设置圆周等距分布的六组悬臂横梁，悬臂横梁通过轴承与主轴相连，并能绕主轴旋转，每个悬臂横梁上设置有两个帆叶，悬臂横梁固定在套筒上，悬臂横梁一端设置有横帆装置，横帆装置设置有帆叶自转装置，帆叶自转装置上设置有帆叶卷放装置，主轴顶端设置有避雷针、风向标和风速仪；横帆装置、帆叶自转装置、帆叶卷放装置以蓄电池为电源；电子控制装置控制横帆装置、帆叶自转装置、帆叶卷放装置的转动；所述的横帆装置的组成包括直流电机、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒，直流电机安装在悬臂横梁上，直流电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶轴套筒与蜗杆减速箱的输出轴相连；所述的帆叶自转装置组成包括直流电机、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒、帆叶框架，直流电机安装在帆叶轴套筒上，直流电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶轴套筒与蜗杆减速箱的输出轴相连，帆叶框架固定在帆叶轴套筒上；所述的帆叶卷放装置组成包括直流电机、帆叶、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒和帆叶卷轴，直流电机安装在帆叶轴套筒上，直流电机并与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶卷轴与蜗杆减速箱的输出轴相连，帆叶缠绕在帆叶卷轴上；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；横帆装置、帆叶自转装置和帆叶卷放装置以蓄电池组为电源；电子控制装置控制横帆装置、帆叶自转装置和帆叶卷放装置。

本实用新型还可以包括这样一些特征：

1、套筒和主轴之间安装有液体静压轴承和推力滚子轴承，套筒齿轮固定在套筒上，发电机齿轮安装在发电机轴上，套筒齿轮和发电机齿轮啮合。

2、帆叶轴套筒和帆叶卷轴之间安装有磁悬浮轴承和滑动轴承。

3、帆叶卷轴设定在帆叶的中心处。

4、每个悬臂横梁上安装有3个直流电机，分别控制横帆装置、帆叶自转装置、帆叶卷放装置。

5、套筒和悬臂横梁固定在一起，可通过液体静压轴承和推力滚子轴承绕主轴旋转。

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有效地调节帆叶的迎风角，即帆叶能产生最大的驱动力矩。

帆叶自转装置相对于其连接的悬臂横梁可做水平旋转运动，为使帆叶在旋转过程中消耗能量最低，帆叶框架的转轴设置在帆叶的中心处，即帆叶和帆叶框架在形状和质量上都对称，风力相对于帆叶框架的转轴产生的力矩最小，电机只克服摩擦力做功，电机能量损耗较小。

横帆装置相对于其连接的悬臂横梁可做垂直方向的旋转运动，在风力极大时，为降低风力对帆叶的破坏，帆叶框架可以绕着悬臂横梁垂直旋转，即帆叶框架可以处于水平位置，有效减少风的作用力，保护帆叶和帆叶框架。

帆叶卷放装置安装在帆叶框架内部，帆叶伸展部分附着在帆叶框架上，卷起部分缠绕在卷轴上，卷轴安装在帆叶框架的转轴内部，并使用磁悬浮轴承来减小摩擦阻力，提高电机运行效率。本发明在风力较大时，为了减小帆叶绕主轴的公转速度和风作用在帆叶上的作用力，需要缩小帆叶的受力面积，此时电动机启动，带动卷轴运动，将帆叶卷起到合适位置，有效地保护了帆叶。

本实用新型采用垂直轴风车形式，可自动调节帆叶的迎风角，使风机始终处于产生最大力矩的状态，有效降低启动风速。

本实用新型所取得的技术进步在于：

1、主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。

2、每个帆叶在顺风区主要靠风阻力做功，在逆风区靠风升力做功，帆叶角度可根据时时反馈的风速和风向自行调整。

3、帆叶不仅可以在水平方向上自转以调整攻角，同时还可以在竖直方向上绕着悬臂横梁旋转，使得在风速极其大时可以水平放置帆叶，减小风力受力面积，有效保护帆叶装置。

4、帆叶卷放装置可以根据风力大小决定帆叶的伸展面积，帆叶相对于卷轴对称，抵消了风力矩，这些设置都可以减小风力对帆叶的破坏，延长使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的整体机构示意图。

图2是横帆装置的机构示意图。

图3是帆叶自转装置机构示意图。

图4是帆叶卷放装置机构示意图。

图5是本发明的帆叶迎风角变化示意图。

具体实施方式

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。

本实施例的结构如前所述，结合图1，本发明的主轴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、横帆装置7、帆叶自转装置8和帆叶卷放装置9以及其他附属件构成的大帆叶可在风力驱动作用下相对于主轴独立旋转，并将动能传递给发电机组2，由发电机将动能转换为电能。

结合图2，横帆装置7描述如下：直流电机7-1和蜗杆减速箱7-2安装在悬臂横梁6上，帆叶轴套筒7-3与悬臂横梁6相连，并能绕悬臂横梁6在水平方向上旋转。

结合图3，帆叶自转装置8描述如下：直流电机8-1和蜗杆减速箱8-2安装在帆叶轴套筒7-3上，帆叶框架转轴8-3和蜗杆减速箱8-2的输出轴相连，帆叶框架转轴8-3并能绕悬臂横梁6在竖直方向上旋转。

结合图4，帆叶卷放装置9描述如下：直流电机9-1和蜗杆减速箱9-2安装在帆叶轴套筒7-3上，帆叶9-4缠绕在帆叶卷轴9-3上，直流电机9-1通过蜗杆减速箱带动帆叶卷轴9-3旋转，帆叶卷轴9-3将帆叶9-4卷起或伸展开。

结合图5，本发明在开始工作时，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，电子控制装置调节帆叶的迎风角，使风向右侧帆叶迎风角变为90°，而风向左侧帆叶迎风角变为0°，从而使风力发电机获得最大的启动力矩。

Claims (6)

1.一种攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机，它包括固定于地面的主轴(1)、套装转动配合于主轴(1)的套筒、安装在主轴(1)上的发电机(2)、沿主轴(1)径向设置圆周等距分布的六组悬臂横梁(6)，每个悬臂横梁上设置有两个帆叶(9-4)；其特征是：主轴(1)固定在地面上，悬臂横梁(6)通过轴承与主轴(1)相连，并能绕主轴(1)旋转，悬臂横梁一端设置有横帆装置(7)，横帆装置(7)上设置有帆叶自转装置(8)，帆叶自转装置(8)上设置有帆叶卷放装置(9)，主轴顶端设置有避雷针(3)、风向标(4)和风速仪(5)。

2.根据权利要求1所述的攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：横帆装置(7)、帆叶自转装置(8)、帆叶卷放装置(9)以蓄电池为电源；电子控制装置控制横帆装置(7)、帆叶自转装置(8)、帆叶卷放装置(9)的转动。

3.根据权利要求1或2所述的攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：所述的横帆装置(7)的组成包括直流电机、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒，直流电机安装在悬臂横梁(6)上，直流电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶轴套筒与蜗杆减速箱的输出轴相连；所述的帆叶自转装置(8)组成包括直流电机、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒、帆叶框架，直流电机安装在帆叶轴套筒上，直流电机与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶轴套筒与蜗杆减速箱的输出轴相连，帆叶框架固定在帆叶轴套筒上；所述的帆叶卷放装置(9)组成包括直流电机、帆叶、蜗杆减速箱、帆叶轴套筒和帆叶卷轴，直流电机安装在帆叶轴套筒上，直流电机并与蜗杆减速箱的输入轴相连，帆叶卷轴与蜗杆减速箱的输出轴相连，帆叶缠绕在帆叶卷轴上。

4.根据权利要求1所述的攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机， 其特征是：套筒和主轴(1)之间安装有液体静压轴承和推力滚子轴承，套筒齿轮固定在套筒上，发电机齿轮安装在发电机轴上，套筒齿轮和发电机齿轮啮合。

5.根据权利要求1或2所述的攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：帆叶轴套筒和帆叶卷轴之间安装有磁悬浮轴承和滑动轴承。

6.根据权利要求1或2所述的攻角跟随式兆瓦级垂直轴风力发电机，其特征是：每个悬臂横梁(6)上安装有3个直流电机，分别控制横帆装置(7)、帆叶自转装置(8)、帆叶卷放装置(9)。 

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