[发明专利]一种变桨距垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地说，是涉及一种变桨距的垂直轴风力发电机。

背景技术

根据转轴的空间方向，风力发电机可分为水平轴风电机和垂直轴风电机两类。目前，水平轴风电机技术较为成熟，应用较广。较之水平轴风电机，垂直轴风电机结构简单，工作不受风向影响，叶片寿命长，噪音小，运营维护成本低，具有很好的应用前景。但垂直轴风电机也存在自启动性能差、风能利用率低等问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种新型变桨距垂直轴风力发电机。该风力发电机具有桨距角可根据风向变化而周期性自动调节的功能。该特点可以为风力发电机提供一额外气动转矩，弥补垂直轴风力发电机自启动性能差、风能利用率低的缺点。本发明所采用的机械调距机构具有结构紧凑，可靠性高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明一种变桨距垂直轴风力发电机，包括底座、中央立柱、多个周向上均布的桨叶、带传动机构、发电机和变桨距装置；所述变桨距装置由调距结构和牵引点位置调整结构组成；所述调距结构包括与中央立柱同轴设置的八角盘和多个相互独立的六杆机构，六杆机构的个数与桨叶的数量个数相同；所述中央立柱设有偏心通孔，所述偏心通孔内设有偏心套筒和偏心轴；所述六杆机构包括桨叶连杆、长牵引杆、横梁、短牵引杆和叉状连杆，所述叉状连杆通过一推力轴承与偏心轴相连，所述短牵引杆的一端固定在所述八角盘上，所述长牵引杆的一端、所述短牵引杆的另一端均分别通过销钉与所述叉状连杆相连；所述横梁的一端与所述八角盘刚性联接构成一连杆,所述横梁的另一端设有竖直方向的小轴，所述桨叶连杆的一端套在所述小轴上，所述桨叶连杆的另一端与所述长牵引杆的另一端铰接；所述桨叶的弦线与所述桨叶连杆的轴线共面，使所述桨叶连杆的摆角与所述桨叶的摆角相等；所述牵引点位置调整结构包括偏心轴、偏心套筒和设置在所述底座内的传动机构；所述偏心轴的上轴头穿过所述八角盘与调距结构中的叉状连杆相连；所述偏心轴及偏心套筒组成一两自由度机构，所述偏心轴与偏心套筒的偏心距相等；所述偏心轴的下轴头上设有偏心轴齿轮；所述传动机构包括两组相互平行的蜗轮蜗杆传动结构A和蜗轮蜗杆传动结构B；所述蜗轮蜗杆传动结构A中的蜗轮A内设有与偏心轴同轴的齿轮啮合的内齿圈，所述蜗轮蜗杆传动结构A中的蜗杆A通过一联轴器A与步进电机A相连，所述蜗杆A与蜗轮A之间为自锁；所述蜗轮蜗杆传动结构B中的蜗轮B通过偏心套筒法兰与所述偏心套筒相连，所述蜗轮B与所述中央立柱同轴，所述蜗轮蜗杆传动结构B中的蜗杆B通过一联轴器B与步进电机B相连，所述蜗杆B与蜗轮B之间为自锁；所述控制系统包括风向及风速传感器、模数转换器和单片机，所述单片机控制步进电机A和步进电机B转动，用以调整偏心轴的轴线位置，进而改变桨叶的桨距角。

变桨距技术是通过改变叶片的桨距角来改变风电机的气动性能，将其应用于垂直轴风电机，可以提高风电机的风能利用率和自启动性能，弥补其自身的缺点。根据流体力学原理，桨叶桨矩角周期性变化时，可在水平面内产生一侧向推力。将此原理应用于垂直轴风电机，不仅可以调节桨叶所受升力与阻力，使其获得最大切向力，还可使其在旋转时受到一额外侧向推力，产生额外气动转矩，提高风能利用率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明为一种桨距可变的垂直轴风力发电机。根据流体力学理论分析与数值计算，变桨距可有效提高垂直轴风力发电机的风能利用率和自启动性能。

（2）本发明中风力发电机的各组桨叶桨距角呈周期性变化，相互关联。根据流体力学理论分析，风电机工作时，桨距周期性变化的桨叶可产生侧向推力，进而产生一额外气动转矩，推动风轮旋转。

（3）本发明中的牵引点位置调整机构具有自锁及固定电机的优点。风电机稳定工作时，牵引点位置因自锁而固定；调整牵引点位置时，两步进电机固定不动，避免电线缠绕等问题。

（4）本发明的变桨距系统为全自动控制，桨距变化规律根据风向、风速自动调整。

（5）本发明采用机械调距机构，使所有电控系统和发电装置安装在立轴底部，减轻了风车顶部重量，结构更加可靠合理。

附图说明

图1是本发明风力发电机立体结构示意图；

图2是图1所示风力发电机的主视图；

图3是本发明风力发电机中调距机构的结构示意图；

图4是图3中调距机构牵引点部分示意图；

图5是图1中所示调距机构桨叶部分示意图；

图6是图1中所示牵引点位置调整机构的上部结构示意图；