CN203362399U - 一种带h型风叶的垂直轴风车 - Google Patents
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Abstract
为解决现有风车遇强风易倒、结构复杂、效率低下、不能单独控制叶片的问题，本实用新型提出了一种带H型风叶的垂直轴风车，其固定机架固定于地面基础上，固定机架上方通过压力轴承连接旋转圆盘，旋转圆盘上方连接转架；H型风叶安装在旋转圆盘的外侧，其轴线与旋转圆盘的平面垂直，H型风叶与下部的步进电机联接，两端固定在转架上，可绕其轴摆动，H型风叶可以独立摆动；发电机连接中间轮后固定在转架的下方；集电环和信号发送接收器固定在转架上；风速风向仪设置在中心轴的顶端；控制箱设置在固定机架内部。本实用新型不但抵御强风能力强，而且风能转化率高，风叶自动跟踪风向，调整简便，手段先进，可实现自动控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，尤其是一种带H型风叶的垂直轴风车。
背景技术
目前国内外用于风力发电的风机绝大部分采用水平轴三叶片式，其三组叶片单端均布固定在水平轴上，运行时叶片的旋转方向与风向垂直。国内外研究表明，此种风机由于三组叶片的面积小于其回转面积10%，只能将少部分的风能转化为电能， 风能的利用率小于30%；为获得足够的转矩，提高发电能力，只能将每组叶片加长，回转半径加大，不仅制造运输成本，安装固定需要更高的塔架。另外固定于水平轴的三组风叶上，总是垂直受到迎面风压作用，而通过叶片附加给水平轴的水平推力直接作用到塔架上，由于塔架高度在60～80m， 塔架基础承受的附加力矩也相当大，特别是在遇到强风时，塔架及其基础受力更大，所以塔架及基础的抗风载能力要足够大才能保证遇到强风时才不至于被吹倒。
根据已经公开的专利No：201220643622.2 《一种多层级垂直风车》，该发明提出了一种垂直轴多叶片旋转风车结构，较好的解决了水平轴风车的上述问题，将风能利用率提高到50%以上，而且不需要高大的塔架基础，制造和建造成本降低很多，安装和检修都相对简单。但是该发明的特征之一是采用了特殊的中间齿轮箱结构，用中间齿轮箱来保证多组叶片同步；其特征之二是通过拨叉来使中间齿轮的离合的方式来调整风叶的角度，以保证叶片始终朝向迎风面；其特征之三是通过一套较复杂的齿轮系传动才将风轮的转动传递至发电机，传动链较长，内部阻力大，中间机械能损失也大，电能转化效率下降。
为解决现有风车遇强风易倒、结构复杂、效率低下、不能单独控制叶片的问题，本实用新型提出了一种带H型风叶的垂直轴风车，无中间传动齿轮箱，用独立的步进电机分别控制每组叶片的姿态，而且将风车转动通过一对传动副直接驱动发电机，传动链短，中间能量损失小，结构简单，制造成本降低。
本实用新型解决上述问题采用的技术方案是：所述的一种带H型风叶的垂直轴风车由本体部、风叶转向部及控制部三部分组成，其特征是：本体部由固定机架、推力轴承、转架、旋转圆盘、风叶、中心轴组成；风叶转向部由步进电机、中间集电环组成；控制部由风速风向仪、无线信号发送接收器和控制箱组成；其中，固定机架固定于地面基础上，固定机架上方通过压力轴承连接旋转圆盘，旋转圆盘上方连接转架；H型风叶安装在旋转圆盘的外侧，其轴线与旋转圆盘的平面垂直，H型风叶与下部的步进电机联接，两端固定在转架上，可绕其轴摆动， H型风叶可以独立摆动；发电机连接中间轮后固定在转架的下方；集电环和信号发送接收器固定在转架上；风速风向仪设置在中心轴的顶端；控制箱设置在固定机架内部。
所述的一种带H型风叶的垂直轴风车由本体部、风叶转向部及控制部三部分组成，其特征是：风叶的形状可以是整体平面，也可以是数个分离叶片，可以用柔性轻质材料，也可用固定轻质材料。
所述的一种带H型风叶的垂直轴风车由本体部、风叶转向部及控制部三部分组成，其特征是：发电机可以垂直也可水平布置。
本实用新型的有益效果是：不但使机架高度明显降低，受力状况好，抵御强风能力强，而且转架通过旋转圆盘直接驱动发电机，传动系短，中间阻力损失小，风能转化率高，风叶自动跟踪风向，调整简便，手段先进，可实现自动控制。
附图说明
图1 本实用新型示意图。
其中，1.固定机架；2.推力轴承；3.转架；4.旋转圆盘；5.H型风叶；6.中心轴；7.步进电机；8.集电环；9.风速风向仪；10.信号发送接收器；11.中间轮；12.发电机；13.控制箱。
具体实施方式
下面结合附图，用具体的实施例对本实用新型进行详细的说明。
如图1所示，所述的一种带H型风叶的垂直轴风车由本体部、风叶转向部及控制部三部分组成，其结构是：本体部由固定机架1、推力轴承2、转架3、旋转圆盘4、风叶5、中心轴6组成；风叶转向部由步进电机7、中间集电环8组成；控制部由风速风向仪9、无线信号发送接收器10和控制箱13组成；其中，固定机架1固定于地面基础上，固定机架1上方通过压力轴承2连接旋转圆盘4，旋转圆盘4上方连接转架3；H型风叶7安装在旋转圆盘4的外侧，其轴线与旋转圆盘4的平面垂直，H型风叶5与下部的步进电机7联接，两端固定在转架3上，可绕其轴摆动， H型风叶可以独立摆动；；发电机12连接中间轮11后固定在转架3的下方；集电环8和信号发送接收器10固定在转架3上；风速风向仪9设置在中心轴6的顶端；控制箱13设置在固定机架1内部。
带动H型风叶5摆动的步进电机7由集电环8通过穿过转架的电缆为步进电机7供电，其控制信号以无线方式与信号发送接收器10耦合。转架3和旋转圆盘4相连，通过推力轴承2固定机架1上，绕中心轴6转动，并通过中间轮11与发电机12相连，速风向仪9置于中心轴6的顶端，绕中心轴6自由转动。
其工作原理是：风速风向仪9将采集的风速风向以电矢量信号，传给下部的控制箱13，控制系统根据上述信号，内部程序自动确定H型风叶5的摆动方向，将控制信号通过信号发送接收器10传递给H型风叶5下部的步进电机7，控制其姿态，自动跟踪风向，保证其中至少有一个叶片正对着风向，并同步其他叶片的摆动角度，同时至少也有一个叶片处于顺风方向。
风持续作用于H型风叶5上，通过转架3带动下部的旋转圆盘4绕中心轴6转动，旋转圆盘4通过中间轮11驱动发电机12，将风能转化为电能。在整个过程中，转架3不停绕中心轴6转动（公转），同时H型风叶5也在绕自己的轴转动（自转），转架3公转与H型风叶5的自转速比为2:1 ，H型风叶5的摆动（自转）角度由内部程序自动控制，保证同时至少有一个叶片处于迎风面，也至少有一个叶片处于顺风面。当需要停机时，或当遇到强风需要保护停机时，程序自动强制H型风叶5都处于顺风位置，转架3便失去了旋转力矩而停转，再配合机械自锁机构，实现风机的停机。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种带H型风叶的垂直轴风车，由本体部、风叶转向部及控制部三部分组成，其特征是：本体部由固定机架、推力轴承、转架、旋转圆盘、风叶、中心轴组成；风叶转向部由步进电机、中间集电环组成；控制部由风速风向仪、无线信号发送接收器和控制箱组成；其中，固定机架固定于地面基础上，固定机架上方通过压力轴承连接旋转圆盘，旋转圆盘上方连接转架；H型风叶安装在旋转圆盘的外侧，其轴线与旋转圆盘的平面垂直，H型风叶与下部的步进电机联接，两端固定在转架上，可绕其轴摆动， H型风叶可以独立摆动；发电机连接中间轮后固定在转架的下方；集电环和信号发送接收器固定在转架上；风速风向仪设置在中心轴的顶端；控制箱设置在固定机架内部。
2.根据权利要求1所述的一种带H型风叶的垂直轴风车，其特征是：风叶的形状是整体平面，或数个分离叶片，采用柔性轻质材料，或固定轻质材料。
3.根据权利要求1所述的一种带H型风叶的垂直轴风车，其特征是：发电机垂直或水平布置。
4. 根据权利要求1所述的一种带H型风叶的垂直轴风车，其特征是：所述的带H型风叶的垂直轴风车存在机械自锁机构。
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