[发明专利]自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置及风力风电机

说明书

本发明公开了一种自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置及风力发电机，其中风力发电机驱动装置包括塔架，塔架的顶端安装有风轮和电机，所述风轮包括若干个叶片，每个叶片均安装有一个自适应变桨装置，自适应变桨装置安装在电机的转子上；所述塔架上还安装有聚风导流罩，所述聚风导流罩位于风轮的下方，所述聚风导流罩用于将各个方向的风能聚集并使其垂直吹向风轮，使得风轮在风速的作用下带动电机的转子旋转产生电能。

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置及风力发电机。

背景技术

我国风能资源丰富，风电发展迅速。风电机组主要分为水平轴和垂直轴，大型化风电机组普遍采用水平轴方案，小型风电机组中水平轴和垂直轴的方案各有应用。水平轴方案的主要利用叶片的升力做功，优势在于功率系数较高，缺点在于需要根据风向的变化调整对风方向、塔架承受较大的弯矩；垂直轴方案较为多样化，主要有阻力型、升力型和混合型，阻力型包括S型、风杯型等，其优点是翼型简单、自启型好，但风功率利用系数不高；升力型包括H型，Φ型等，其优点是风能利用率高，缺点是需要专门的翼型、自启动性不好；混合型兼具升力型和阻力型的优点，但结构较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置。

本发明的一种自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置，包括塔架，塔架的顶端安装有风轮和电机，所述风轮包括若干个叶片，每个叶片均安装有一个自适应变桨装置，自适应变桨装置安装在电机的转子上；所述塔架上还安装有聚风导流罩，所述聚风导流罩位于风轮的下方，所述聚风导流罩用于将各个方向的风能聚集并使其垂直吹向风轮，使得风轮在风速的作用下带动电机的转子旋转产生电能。

优选地，所述自适应变桨装置包括第一支撑轴、叶根轴、扭簧和第二支撑轴承；所述叶根轴与叶片固定连接，叶根轴分别与第一支撑轴承和第二支撑轴承相连，所述第一支撑轴承和第二支撑轴承均安装于电机的转子上，所述叶根轴上还套穿有扭簧，所述扭簧也固定于电机的转子上。

由于扭簧预设一定扭矩，大小为额定风速时作用在叶根轴上的气动扭矩。初始状态下叶片固定在最佳迎风角，该角度下叶片能够捕获最大风能。自适应变桨装置的工作过程如下：额定风速以下时，叶片在扭簧预紧扭矩的作用下处于初始迎风角度，此时风力发电机捕获当前风速下的最大风能；额定风速以上时，作用在叶根轴上的空气力矩超过扭簧预设的扭矩，叶片的迎风角度在气动力矩的作用下向顺桨方向转动，作用在叶片上的气动力矩相应减小，直到气动力矩与预设的扭矩达到平衡，此时风轮捕获的功率稳定在额定功率。

进一步地，所述塔架上还安装有保护罩，所述保护罩安装于风轮上方。防护罩的目的是保护叶片和电机不受雨雪冰雹雷击的影响，同时可以有效防止生物入侵。

优选地，叶片的数量至少为3个。3个叶片是满足最小风力发电的要求的最低限，而叶片的具体数量根据实际情况确定。

优选地，所述自适应变桨装置等间距安装在电机的转子上。这样使得与自适应变桨装置相连的叶片能够均匀地布置于电机的转子上，既能保证自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置的稳定性，也能够达到快速稳定发电的要求。

进一步地，电机的转子上还安装有轮毂，叶根轴穿过轮毂与叶片固定连接。轮毂的主要作用是保护电机和自适应变桨装置，同时利用翼型产生的升力原理在风轮背风面产生负压，对流经风轮的风速进行二次加速。

优选地，所述电机为盘式外转子电机，电机的转子与风轮固定在一起，共同围绕电机的定子旋转，电机的定子固定连接在塔架上。

进一步地，所述塔架内还设有电缆线，所述电缆线与电机相连。塔架的主要起支撑固定作用，这样其内设置的电缆线能够将电机输出的电能发送至需电装置中。

本发明的第二目的是提供一种自适应变桨的垂直轴风力发电机驱动装置的工作方法。