CN204344378U - 具有大风保护功能的微风启动发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有大风保护功能的微风启动发电机，包括有回转体、塔架、发电机、桨穀、桨叶及停机机构，外磁轭固定在发电机空心轴上，外磁轭内侧安装有外永磁体，内磁轭外侧安装有内永磁体和电磁体；桨叶活动安装在轮毂外侧；摆臂一端有摆动轴，摆臂另一端与安装板相连；停机拉杆穿过发电机空心轴，停机拉杆一端与停机机构连接，停机拉杆的另一端连接有拉簧和连杆，连杆与摆动轴活动链接；钢丝绳一端固定在桨穀侧板上，钢丝绳另一端依次绕过动滑轮、定滑轮穿入桨叶。本实用新型降低启动扭矩，来实现风力发电机启动风速低的同时额定风速也低，同时通过安装平衡翼来实现自动限速和大风保护。

Description

具有大风保护功能的微风启动发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电装置，尤其是一种具有大风保护功能的装有永磁与电磁的混合型离合器的微风启动风力发电装置。

背景技术

目前小型风力发电机，无论是采用定桨距还是采用变桨距机型，桨叶基本都是直接固定安装在发电机轴上，桨叶与发电机同步旋转，这样就出现一个缺点，首先发电机启动困难，其次桨叶从启动到额定转速始终都要克服发电机的磁阻，而这期间发电机始终都在做无用功。如果达到了风力发电机的额定风速，启动并不困难而且很快便能达到额定转速，但小型风力发电机的额定风速都在每秒八至十二米之间，而大部分地区的大部分时间风速都在每秒六米以下，这就意味着发电机在大部分时间里都很难启动或很难达到额定转速。从桨叶的设计来分析，变桨距叶片设计时不用考虑启动，可以通过变桨距增加功角来提高启动力矩，而定桨距叶片必须考虑启动力矩，在设计桨叶时从叶尖到叶根要有较大的扭转角，也就是靠近桨根处要有较大的功角来加大启动力矩，而这样的叶片启动后桨根处产生的扭矩很小，甚至会产生阻力，而且惯力小，只要风速一降低桨叶转速很快便下降，不利于桨叶转速的平衡。桨叶设计的启动风速越低就越容易启动，但所需的额定风速越高，因为桨叶的一部分是为启动而设计的，就占据了额定运行的设计面积，强风时还很难依靠电磁来刹车。设计的启动风速越大，所需的额定风速越小，但风机很难启动，而且如果额定风速越低，越不耐强风。

实用新型内容

本实用新型针对以上的技术问题提供一种具有大风保护功能的微风启动发电机，解决了现有技术中桨叶的启动风速与所需的额定风速存在矛盾的问题。

本实用新型采用的技术方案是：

包括有回转体、塔架、发电机、桨穀、桨叶及停机机构，外磁轭固定在发电机空心轴上与之同步旋转，外磁轭内侧安装有外永磁体，内磁轭外侧安装有内永磁体和电磁体，内磁轭与滚珠滑套连接，滚珠滑套安装在轮毂的空心轴上可以往复滑动，滚珠滑套随轮毂转动的同时往复滑动；桨叶活动安装在轮毂外侧；摆臂一端有摆动轴，摆臂另一端与安装板相连；停机拉杆穿过发电机空心轴，停机拉杆一端装有轴承并由轴承座与停机机构连接，停机拉杆的另一端连接有拉簧和连杆，连杆与摆动轴活动链接；钢丝绳一端固定在桨穀侧板上，钢丝绳另一端依次绕过动滑轮、定滑轮穿入桨叶，定滑轮固定在轮毂侧板上，动滑轮安装在内磁轭侧板内侧。

外磁轭由外磁轭侧板固定在发电机空心轴上；内磁轭由矽钢片冲压叠加而成，内磁轭通过内磁轭侧板与滚珠滑套连接，滚珠滑套由安装在轮毂侧板上的滑杆和滚珠滑套上的滑套固定。

桨叶内预置有离心体滑套，钢丝绳在滑套内滑动；桨叶由安装板通过轴销、支座活动安装在轮毂外侧。

轮毂上设有支架，限位块安装在支架上。

所述的安装板上通过平衡杆安装有平衡翼，平衡翼与飞机螺旋桨翼形状相同，平衡翼和平衡杆的总长度约为桨叶的三分之一至二分之一，可采用中空的金属材料。

所述的发电机外侧安装有导流罩。

所述的桨叶设计为两片或三片。

本实用新型所具有的优点与效果是：

由于安装了永磁与电磁的混合型离合器，利用磁场达到离合的目的而不是通过摩擦，所以比摩擦片式离合器安全可靠，成本比全永磁型离合器成本低。

由于安装了离合器，在离合器接合前桨叶除了轴承的摩擦阻力和桨叶的空气摩擦阻力外，没有其他阻力，所以桨叶只需要很小的风速就可以启动，这样在设计桨叶时就不用考虑到启动风速，桨叶上没有启动部分，所有部分都适应额定风速，提高了桨叶的效率，可以降低设计额定风速，也就增加了风力发电机的年平均发电量，由于没有发电机的磁阻力，桨叶可以在微风状态下依靠惯性力达到额定转速发电，低于设计转速后离合器分离，桨叶再次蓄集能量，虽然只是长时间断续发电，也比长时间不发电要好，这种断续发电方式对离网机型的用电器没有危害，对于并网型可采用先对蓄电池充电，再根据电网需要并网，并调整并网功率，使其成为智能亲网型风电产品。

由于安装了平衡翼，即使离合器发生故障或在强风下，都能在平衡翼的作用下平衡转速，平衡翼只产生阻力和径向拉力不产生扭矩，转速越高离心力和径向拉力越大，桨叶做伞型收缩的角度越大，扫略面积越小，桨叶产生的扭矩越小。如果不安装平衡翼，当桨叶做伞形收缩时桨叶不是减速而是经过一段时间的加速再减速，就像滑冰运动员收缩肢体身体转速会增加一样，这是我们在风电机上所不希望的，而当风速降低转速也降低时，桨叶向外扩展回位时桨叶转速会先降低然后再缓慢加速，这与我们的想法背道而驰，安装平衡翼后，平衡翼会平衡这一力矩，达到平衡转速的目的。

由于设计安装有停机装置，强风时可自动停机。

附图说明

图1为实施例1所示的本实用新型结构示意图；

图2为实施例1的正视图；

图3为实施例中平衡翼的安装角度和翼型侧视图；

图中：1、回转体，2、塔架，3、法兰，4、发电机，5、发电机空心轴，6、发电机轴承，7、外磁轭侧板，8、桨穀，9、内磁轭侧板，10、内永磁体，11、外永磁体，12、滚珠滑套，13、滑套，14、滑杆，15、弹簧，16、轮毂轴承，17、螺母，18、支架，19、拉簧，20、拉杆，21、定位座，22、摆臂，23、定滑轮支座，24、定滑轮，25、支座，26、桨叶，27、离心体滑套，28、钢丝绳，29、安装板，30、轴销，31、导流罩，32、外磁轭，33、内磁轭，34、平衡杆，35、平衡翼，36、动滑轮，37、动滑轮支座，38、轮毂空心轴，39、摆动轴，40、轮毂侧板，41、停机拉杆，42、轴承座，43、停机装置，44、电磁体。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，本实施例中有大风保护功能的微风启动发电机包括有回转体1、塔架2、发电机4、桨穀8及桨叶26，发电机通过法兰3固定在回转体1上，外磁轭32由外磁轭侧板7固定在发电机空心轴5上与之同步旋转，外磁轭内侧安装有外永磁体11，内磁轭33由矽钢片冲压叠加而成，内磁轭外侧安装有内永磁体10和电磁体44，内磁轭通过内磁轭侧板9与滚珠滑套12连接，滚珠滑套12安装在轮毂8的空心轴38上可以往复滑动，滚珠滑套12由安装在轮毂侧板40上的滑杆14和滚珠滑套12上的滑套13固定，只能随轮毂8转动的同时往复滑动。定滑轮24由定滑轮支座23固定在轮毂侧板40上，动滑轮36由动滑轮支座37安装在内磁轭侧板9内侧。桨叶26内预置有离心体滑套27，桨叶26由安装板29通过轴销30、支座25活动安装在轮毂8外侧，桨叶转动的同时可随风向摆动。摆臂22一端有摆动轴39，摆臂22另一端与安装板29相连，停机拉杆41穿过发电机空心轴5，停机拉杆41一端装有轴承并由轴承座42与停机机构43连接，停机机构43由控制系统和电动执行机构组成，也可以由其他装置如停机舵控制，停机拉杆41的另一端连接有拉簧19和连杆20，连杆20与摆动轴39活动链接，轮毂8上设有支架18，限位块21安装在支架18上，防止桨叶复位过量。钢丝绳28一端固定在桨穀侧板40上，钢丝绳28另一端绕过动滑轮36再绕过定滑轮24穿入桨叶。当桨叶接近额定转速时，钢丝绳28向外产生的拉力超过弹簧15的弹力，带动内磁轭33向左移动与外磁轭32相对应，在永磁体与电磁体的推动下，外磁轭32带动发电机4旋转发电，当发电机转速低于设定转速时，弹簧15弹力大于钢丝绳28的拉力，将内磁轭顶出，桨叶与发电机分离。外磁轭与内磁轭差速越大，离合器接合时所需的扭矩越大，差速越小所需扭矩越小，如果内外全部采用普通永磁体，轮毂体积和重量过大不实用，全部采用强磁造价过高，所以本实用新型设计时外部全部采用强磁，内部采用少量强磁多数电磁来降低成本，内部强磁数量以超过同步旋转时所需扭矩的百分之二十为准，电磁离合器相当于一台短路的发电机，内外差速越大电压及电磁越大，离合器接合力越大，同步时不再产生电磁完全依靠永磁推动发电机旋转。为了防止强风或离合器发生故障时桨叶超速，设计安装有平衡翼35，平衡翼35与飞机螺旋桨翼型相同，通过平衡杆34固定安装在安装板29上，平衡翼和平衡杆的总长度约为桨叶的三分之一至二分之一，可采用中空的金属材料，桨叶在额定转速以内时，平衡翼靠近发电机体，翼尖尖速低，产生的阻力、离心力和升力都很小，当桨叶26超过额定转速时，平衡翼35产生的离心力和升力超过拉簧19的拉力向外运动，此时翼尖尖速增加，离心力、升力也在增加，平衡翼向外运动的同时带动桨叶做伞形收缩，桨叶扫略面积减小转速不再上升，当桨叶回到额定转速时，拉簧19拉力大于平衡翼的拉力将桨叶和平衡翼拉回。由于风力机功率与风速的立方成正比，所以发电机外侧安装有导流罩31，导流罩31不能旋转，只用于提高风速并将风导向叶片提高发电量。

本实用新型的工作原理如下：

通过在风力发电机上，加装永磁与电磁的混合型离合器，在桨叶未达到额定转速以前，桨叶只是空转而发电机不转，从而降低启动扭矩，来实现风力发电机启动风速低的同时额定风速也低，但这也有一个缺点，一旦离合器发生故障桨叶就会飞车损坏甚至伤人，所以本实用新型同时通过安装平衡翼来实现自动限速和大风保护。

Claims (7)

1.具有大风保护功能的微风启动发电机，包括有回转体、塔架、发电机、桨穀、桨叶及停机机构，其特征在于外磁轭（32）固定在发电机空心轴（5）上与之同步旋转，外磁轭内侧安装有外永磁体（11），内磁轭外侧安装有内永磁体（10）和电磁体（44），内磁轭与滚珠滑套（12）连接，滚珠滑套（12）安装在轮毂（8）的空心轴（38）上可以往复滑动，滚珠滑套（12）随轮毂（8）转动的同时往复滑动；桨叶（26）活动安装在轮毂（8）外侧；摆臂（22）一端有摆动轴（39），摆臂（22）另一端与安装板（29）相连；停机拉杆（41）穿过发电机空心轴（5），停机拉杆（41）一端装有轴承并由轴承座（42）与停机机构（43）连接，停机拉杆（41）的另一端连接有拉簧（19）和连杆（20），连杆（20）与摆动轴（39）活动链接；钢丝绳（28）一端固定在桨穀侧板（40）上，钢丝绳（28）另一端依次绕过动滑轮（36）、定滑轮（24）穿入桨叶，定滑轮（24）固定在轮毂侧板(40)上，动滑轮(36)安装在内磁轭侧板(9)内侧。

2.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的外磁轭（32）由外磁轭侧板（7）固定在发电机空心轴（5）上；内磁轭（33）由矽钢片冲压叠加而成，内磁轭通过内磁轭侧板（9）与滚珠滑套（12）连接，滚珠滑套（12）由安装在轮毂侧板（40）上的滑杆（14）和滚珠滑套（12）上的滑套（13）固定。

3.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的桨叶（26）内预置有离心体滑套（27），钢丝绳在滑套内滑动；桨叶（26）由安装板（29）通过轴销（30）、支座（25）活动安装在轮毂（8）外侧。

4.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的轮毂（8）上设有支架（18），限位块（21）安装在支架（18）上。

5.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的安装板（29）上通过平衡杆（34）安装有平衡翼（35），平衡翼（35）与飞机螺旋桨翼形状相同，平衡翼和平衡杆的总长度约为桨叶的三分之一至二分之一，可采用中空的金属材料。

6.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的所述的发电机外侧安装有导流罩（31）。

7.根据权利要求1所述的具有大风保护功能的微风启动发电机，其特征在于所述的桨叶设计为两片或三片。