CN201972860U - 气动变桨式直驱永磁风力发电机组 - Google Patents

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赵永彤
李建平
董文斌
李凌锐
徐龙
邬元
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Abstract

一种气动变桨式直驱永磁风力发电机组，包括有塔架机构、风轮气动式桨距调节机构、永磁发电机、回转机构和尾翼，永磁发电机一侧连接设有风轮气动式桨距调节机构，风轮气动式桨距调节机构的传动轴与永磁发电机的传动轴连接。优点：与现有的风力发电机组相比，省去了齿轮箱，可以将风轮气动式桨距调节机构的传动轴直接带动永磁发电机的传动轴，从而减少了传动链能量的损失，在整个机组中，采用了风轮气动式桨距调节机构，刹车系统的控制，有效保证整个发电机组的安全性，且使得整体结构简单，故障率低、可靠性高、维修和维护费用低，进而提高了机组的使用寿命及机组的发电效率，降低了机组的制造成本。

Description

气动变桨式直驱永磁风力发电机组
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机组，尤其涉及一种气动变桨式直驱永磁风力发电机组。
背景技术：
近年世界各国对新能源越来越重视，对它的投入也不断的加大，风能作为一种清洁的可再生能源受到了人们极大的关注，而利用风能发电是这几年风能利用的主要途径。风力发电机组是利用风轮的空气动力学特性吸收空气的动能，并通过发电机将其转化为电能的一种装置。国外企业现在主要从事大型风力发电机组的研究，特别是海上风力发电机组的研究，由于人力成本和市场因素的影响，对小型风力机组主要是出于降低单机成本的考虑研究的机型多为失速控制机型，这些机型在额定功率(转速)以上利用叶片的失速特性来达到限制机组输出功率的目的，省去了限速/制动装置，结构简单，先进的叶片设计技术和碳纤维复合材料广泛应用是实现这一目的基础。因此这种机型的缺点很明显，叶片失速特性的设计要求高、碳纤维材料的成本太高，最主要的是这种机组低风速下的发电能力差，额定风速较高，年能量输出相对较低，不适合内陆、年均风速较低地区使用。
目前最为常见的小型风力发电机组是水平轴三叶片式结构，额定功率在5kW以下的风力发电机组主要采用尾翼机构来实现调向、限速，发电机多采用较为落后的传统发电机；而5kW以上的小型风力发电机组采用风轮失速设计，采用的发电机为励磁发电机，额定转速比较高，结构比较复杂，传动链能量损失大、故障率高、可靠性低、维护费用比较高。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、传动链能量损失小、故障率低、可靠性高的气动变桨式直驱永磁风力发电机组。
本实用新型的内容通过以下技术方案实施：一种气动变桨式直驱永磁风力发电机组，包括有塔架机构、风轮气动式桨距调节机构、永磁发电机、回转机构和尾翼，所述回转结构包括有旋转套和固定板，所述旋转套顶部固定设有所述固定板，所述旋转套套在所述塔架机构的主轴上，在所述旋转套外侧固定设有所述尾翼，所述固定板上部固定设有所述永磁发电机，所述永磁发电机一侧连接设有所述风轮气动式桨距调节机构，所述风轮气动式桨距调节机构的传动轴与所述永磁发电机的传动轴连接。
其还包括有刹车系统，所述刹车系统与所述永磁发电机的传动轴连接。
所述风轮气动式桨距调节机构包括有法兰、叶片、拉杆座、拉杆、缓冲缸总成、缓冲杆、长支板、短支板、限位板、拉伸弹簧和限位弹簧，所述缓冲缸总成固定在所述法兰上，所述缓冲杆一端置于所述缓冲缸总成内，所述缓冲杆另一端固定在所述拉杆座上，在所述缓冲杆上套有所述限位弹簧，所述拉杆座上连接设有三个所述拉杆，每个所述拉杆末端固定在所述叶片上的拉杆固定套上，每个所述叶片底端设有叶柄，在所述缓冲缸总成底端固定设有所述长支板和所述短支板，所述限位板一端固定在所述缓冲杆上，所述限位板另一端与所述短支板连接，所述拉伸弹簧一端与所述长支板一端固定，所述拉伸弹簧另一端固定在所述限位板上。
所述叶柄包括铝套、叶柄外壳、限位键和叶片轴，所述叶柄通过所述叶片轴与所述叶片固定，所述叶片轴设置在所述叶柄外壳内，所述叶片轴上固定设有所述限位键，所述叶柄外壳与所述叶片轴之间设有所述铝套，在所述铝套上设有弧形开口，所述限位键置于所述弧形开口内部。
优点：与现有的风力发电机组相比，省去了齿轮箱，可以将风轮气动式桨距调节机构的传动轴直接带动永磁发电机的传动轴，从而减少了传动链能量的损失，在整个机组中，采用了风轮气动式桨距调节机构，刹车系统的控制，有效保证整个发电机组的安全性，且使得整体结构简单，故障率低、可靠性高、维修和维护费用低，进而提高了机组的使用寿命及机组的发电效率，降低了机组的制造成本。
附图说明：
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为风轮气动式桨距调节机构的整体结构示意图。
图3为叶柄的剖面结构示意图。
图4为叶柄的弧形开口处的整体结构示意图。
塔架机构1，风轮气动式桨距调节机构2，永磁发电机3，回转机构4，尾翼5，旋转套6，固定板7，法兰8，叶片9，拉杆座10，拉杆11，缓冲缸总成12，缓冲杆13，长支板14，短支板15，限位板16，拉伸弹簧17，限位弹簧18，叶柄19，铝套20，叶柄外壳21，限位键22，叶片轴23，弧形开口24，刹车系统25。
具体实施方式：
实施例1：(如图1、图2、图3、图4所示)一种气动变桨式直驱永磁风力发电机组，包括有塔架机构1、风轮气动式桨距调节机构2、永磁发电机3、回转机构4和尾翼5，回转结构4包括有旋转套6和固定板7，旋转套6顶部固定设有固定板7，旋转套6套在塔架机构1的主轴上，在旋转套6外侧固定设有尾翼5，固定板7上部固定设有永磁发电机3，永磁发电机3一侧连接设有风轮气动式桨距调节机构2，风轮气动式桨距调节机构2的传动轴与永磁发电机3的传动轴连接。
风轮气动式桨距调节机构2包括有法兰8、叶片9、拉杆座10、拉杆11、缓冲缸总成12、缓冲杆13、长支板14、短支板15、限位板16、拉伸弹簧17和限位弹簧18，缓冲缸总成12固定在法兰8上，缓冲杆13一端置于缓冲缸总成12内，缓冲杆13另一端固定在拉杆座10上，在缓冲杆13上套有限位弹簧18，拉杆座10上连接设有三个拉杆11，每个拉杆11末端固定在叶片9上的拉杆固定套上，每个叶片9底端设有叶柄19，在缓冲缸总成12底端固定设有长支板14和短支板15，限位板16一端固定在缓冲杆13上，限位板16另一端与短支板15连接，拉伸弹簧17一端与长支板14一端固定，拉伸弹簧17另一端固定在限位板16上。
叶柄19包括铝套20、叶柄外壳21、限位键22和叶片轴23，叶柄19通过叶片轴23与叶片9固定，叶片轴23设置在叶柄外壳21内，叶片轴23上固定设有限位键22，叶柄外壳21与叶片轴23之间设有铝套20，在铝套20上设有弧形开口24，限位键22置于弧形开口24内部。利用叶片自身的空气动力特性，实现对风轮叶片桨距角的调节，保证机组在额定风速以上风速情况下安全运行而不会超速、超载。
根据空气动力学原理，当风速在发电机组的额定风速以下时，叶片轴根部的限位键处于原始位的大角度位置处，叶片桨距角保持不变。
额定风速下，叶片产生的合力与拉伸弹簧的预紧力刚好平衡。
当工作风速超过额定风速时，叶片产生的合力克服了拉伸弹簧的预紧力，风轮气动式桨距调节机构进入工作状态，随着风速的增加，叶片上的正压力也不断加大，拉伸弹簧的长度不断变化，叶片的攻角也随之变化，使吸收的风能基本保持恒定。当风速足够大时，叶片达到顺桨状态，这时不再吸收风能，风机处于关机状态，而叶柄内的限位键处于最小角度处。当风速减小时，叶片从高风速区回到工作状态，其变化过程与风速增加时相反。
机构中装有一个缓冲缸总成，保持了工作状态的平稳性，达到了整个风轮气动式桨距调节机构的平稳过度。
为了保证整个发电机组的安全，其还包括有刹车系统25，刹车系统25与永磁发电机3的传动轴连接。
该机组通过风能作用于风轮气动式桨距调节机构2和驱动永磁发电机3发电，由回转机构4和尾翼5来实现机组的调向，当风速超过了发电机额定转速则通过风轮气动式桨距调节机构2保证发电机在额定转速下工作，风速超过了本机组的工作风速范围由刹车系统25实现制动停车，可精确控制机组的输出功率，能有效地避免因电压的波动对后续设备造成的扰动和冲击。

Claims (4)

1.一种气动变桨式直驱永磁风力发电机组，包括有塔架机构、风轮气动式桨距调节机构、永磁发电机、回转机构和尾翼，所述回转结构包括有旋转套和固定板，所述旋转套顶部固定设有所述固定板，所述旋转套套在所述塔架机构的主轴上，在所述旋转套外侧固定设有所述尾翼，所述固定板上部固定设有所述永磁发电机，其特征在于，所述永磁发电机一侧连接设有所述风轮气动式桨距调节机构，所述风轮气动式桨距调节机构的传动轴与所述永磁发电机的传动轴连接。
2.根据权利要求1所述的气动变桨式直驱永磁风力发电机组，其特征在于，其还包括有刹车系统，所述刹车系统与所述永磁发电机的传动轴连接。
3.根据权利要求1或2任一所述的气动变桨式直驱永磁风力发电机组，其特征在于，所述风轮气动式桨距调节机构包括有法兰、叶片、拉杆座、拉杆、缓冲缸总成、缓冲杆、长支板、短支板、限位板、拉伸弹簧和限位弹簧，所述缓冲缸总成固定在所述法兰上，所述缓冲杆一端置于所述缓冲缸总成内，所述缓冲杆另一端固定在所述拉杆座上，在所述缓冲杆上套有所述限位弹簧，所述拉杆座上连接设有三个所述拉杆，每个所述拉杆末端固定在所述叶片上的拉杆固定套上，每个所述叶片底端设有叶柄，在所述缓冲缸总成底端固定设有所述长支板和所述短支板，所述限位板一端固定在所述缓冲杆上，所述限位板另一端与所述短支板连接，所述拉伸弹簧一端与所述长支板一端固定，所述拉伸弹簧另一端固定在所述限位板上。
4.根据权利要求3所述的气动变桨式直驱永磁风力发电机组，其特征在于，所述叶柄包括铝套、叶柄外壳、限位键和叶片轴，所述叶柄通过所述叶片轴与所述叶片固定，所述叶片轴设置在所述叶柄外壳内，所述叶片轴上固定设有所述限位键，所述叶柄外壳与所述叶片轴之间设有所述铝套，在所述铝套上设有弧形开口，所述限位键置于所述弧形开口内部。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN113137333A (zh) * 2021-05-21 2021-07-20 广州赛特新能源科技发展有限公司 一种耐腐蚀的尾舵及风力发电机

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