專利名稱：一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風力發(fā)電機領域，尤其是水平軸的小型風力發(fā)電機，不需要尾舵輔助尋找風向。
背景技術：
面對全球日益加劇的能源危機和環(huán)境惡化問題，各國都在大力推動清潔能源的發(fā) 展。目前，雖然清潔能源在能源系統(tǒng)中所占的比重還比較低，但由于各國政策的導向，其絕 對數量正在突飛猛進的高速增長當中，并由此帶來了巨大的經濟效益和社會效益。當前，在清潔能源中首推風能和太陽能。太陽能電池由于成本高，轉換效率比較 低，相對來說，風能更具有優(yōu)勢一些，因此風能是目前裝機容量最大的新能源系統(tǒng)。對于風 能系統(tǒng)來說，無論是離網工作，還是并網工作，風力發(fā)電機都是最主要的部件。自然界中的風并不總是一個方向，而是在不斷變化之中，讓風機葉輪隨時保持迎 風工作狀態(tài)，能最大限度提高風機的工作效率，可以在單位時間內獲得更多的電能。傳統(tǒng) 的方式是為風機安裝一個尾舵，通過尾舵隨風向的偏轉來調整風機迎風。這種方式可能導 致風機長時間在風向中心位置左右擺動，跟蹤精度低；因尾舵較重，當風速不足以偏轉尾舵 時，風向跟蹤就出現(xiàn)較大誤差甚至完全失效。如何讓風機有效自動對風，一直是一個難題。發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，智能 尋找風向，自動化程度更高，風向跟蹤精度更高；去掉了尾舵，使整個風力發(fā)電機體積更小、
重量更輕。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤 系統(tǒng)，包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且與塔架樞接；所述基板上設有驅動機 構、傳動機構、控制器、風向標；所述驅動機構與傳動機構連接，傳動機構與基板連接，所述 風向標可自由旋轉，風向標上設有風向傳感器，所述基板上設有位置傳感器，所述驅動機 構、風向傳感器、位置傳感器均與控制器連接。基板與支撐發(fā)電機組的塔架樞接，基板包括 基板上的風力發(fā)電機組、驅動機構、傳動機構、控制器、風向標，可跟隨基板一起自由的繞塔 架旋轉。風向傳感器檢測風向標的位置偏差，即檢測當前的實時風向；位置傳感器檢測基板 的位置偏差，即檢測風力發(fā)電機的葉輪方位。風向跟蹤系統(tǒng)初始啟動時，風向標上的風向傳 感器與基板上的位置傳感器之間的位置差信號為0，即風向標的指向與葉輪指向相同。由于 風向標非常輕小且可自由旋轉，在風吹時，風向標輕易的被吹動，并旋轉過一定的角度，風 向傳感器捕捉到位置的改變后，向控制器傳遞信號，由控制器對位置傳感器與風向傳感器 的信號進行比較，發(fā)現(xiàn)風向標位置與基板位置出現(xiàn)偏差，由控制器向驅動機構發(fā)出執(zhí)行命 令，使驅動機構通過傳動機構令基板圍繞塔架轉動一定角度，最后使基板的朝向與風向標 的朝向一致，即發(fā)電機葉輪處在最大的迎風面上，完成了風力發(fā)電機的風向自動跟蹤。作為改進，所述傳動機構包括螺桿、套在螺桿上的行程螺母、第一旋轉盤、第二旋 轉盤、第三旋轉盤；驅動機構與螺桿連接，所述三個旋轉盤呈三角形分布，第三旋轉盤與基 板固定連接，所述第一旋轉盤、第二旋轉盤、第三旋轉盤之間設有皮帶連接，行程螺母與所述皮帶固定連接。驅動機構接收到來自控制器的執(zhí)行命令后，驅動螺桿轉動，由于螺桿與行 程螺母配套，螺桿的原地旋轉使行程螺母可沿著螺桿作前后移動，由于行程螺母與皮帶固 定連接，行程螺母在螺桿上移動的同時也帶動了皮帶的運動。皮帶連接了第一旋轉盤、第二 旋轉盤和第三旋轉盤，皮帶在運動的時候也帶動了旋轉盤的旋轉，第三旋轉盤的旋轉也即 是基板的旋轉，行程螺母在螺桿上的運動最后達到使發(fā)電機葉輪轉向的目的。作為改進，所述螺桿始端處設有0度傳感器，所述0度傳感器與控制器連接。上電 以后，控制器首先控制驅動機構轉動，驅動機構帶動整套機械裝置一起旋轉，行程螺母回到 螺桿的初始位置，0度傳感器感應到行程螺母位置復原后向控制器反饋停止信號，這時系統(tǒng) 初始化完成，當前發(fā)電機葉輪為0度。作為改進，所述螺桿末端處設有360度傳感器，所述360度傳感器與控制器連接。 行程螺母在螺桿上移動到末端時，360度傳感器感應到行程螺母位置后向控制器反饋停止 信號，表示基板已經轉過360度，達到最大的旋轉角度。作為改進，所述基板上設有風速傳感器，所述風速傳感器與控制器連接。系統(tǒng)初 始化完成以后，控制器開始跟蹤風向，它對風向傳感器發(fā)回的信號進行采樣，并計算當前風 向與發(fā)電機葉輪的位置差異。為了避免瞬時誤差，控制器對位置差異進行2分鐘的平均計 算。2分鐘后，控制器檢測風速，如果風速過低預設值時，系統(tǒng)將不進行自動跟蹤；如風速達 到設定的速度，表示自然界具有一定的風速，那么控制器將再次控制驅動機構帶動整套機 械裝置旋轉，直到葉輪處于迎風時停止，這時，發(fā)電機位置與當前風向是一致的，發(fā)電機對 風結束。作為改進，發(fā)電機葉輪上設有速度傳感器，所述速度傳感器與控制器連接。發(fā)電機 轉速過快，即葉輪旋轉速度高于預設值時，控制器控制驅動機構使發(fā)電機從當前位置旋轉 30度脫離風向，從而降低發(fā)電機的轉速。該狀態(tài)維持2分鐘后再次檢測，如葉輪轉速仍然過 快，控制器再次控制驅動機構使發(fā)電機再次旋轉60度，此時葉輪與當前風向成90度角，葉 輪迎風面最小，該狀態(tài)停止3分鐘后恢復。作為改進，發(fā)電機上設有溫度傳感器，所述溫度傳感器與控制連接。發(fā)電機工作溫 度過高時，控制器控制驅動機構使發(fā)電機旋轉90度脫離風向，使發(fā)電機轉速下降，從而達 到使發(fā)電機降溫的目的，該狀態(tài)維持10分鐘后恢復。作為改進，所述驅動機構為直流電機。本實用新型與現(xiàn)有技術相比所帶來的有益效果是1)控制器利用代表當前風向的風向傳感器與代表發(fā)電機位置的位置傳感器之間 的位置偏差，對發(fā)電機的位置進行調整，該種風向自動跟蹤系統(tǒng)具有風向跟蹤精確，自動化 程度高的優(yōu)點；2)設置了風速傳感器，使風向自動跟蹤系統(tǒng)在一定風速范圍內才得到啟用，既確 保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又保護了發(fā)電機組的安全；3)葉輪上的速度傳感器和發(fā)電機上的溫度傳感器都是對系統(tǒng)以及整個發(fā)電機組 的保護。

圖1為水平軸風力發(fā)電機外觀示意圖；[0021]圖2為本實用新型結構示意圖；圖3為風向自動跟蹤系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施方式
下面結合說明書對本實用新型作進一步說明。如圖1至3所示，一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，包括基板3、塔架4。所述基板3套在所述塔架4上，且與塔架4樞接，基板3可繞塔架4自由旋轉。所述基板3上設有 驅動機構、傳動機構、控制器17、風向標5。本實施例中，所述驅動機構為穩(wěn)定性更好的直流 電機7 ；所述傳動機構包括螺桿8、套在螺桿8上的行程螺母9、第一旋轉盤10、第二旋轉盤 11、第三旋轉盤12。第一旋轉盤10位于螺桿8的始端，第二旋轉盤11位于螺桿8的末端， 第三旋轉盤12套在塔架4上且與基板3固定連接，三個旋轉盤呈三角形分布。在第一旋轉 盤10、第二旋轉盤11、第三旋轉盤12之間設有皮帶16連接，通過皮帶16的拉動，三個旋轉 盤10、11、12可自由的旋轉。直流電機7通過一個齒輪變速箱與螺桿8連接，直流電機7直 接驅動螺桿8旋轉。所述風向標5可自由旋轉，風向標5上設有風向傳感器(未標示)，所 述基板3上設有位置傳感器13，所述直流電機7、風向傳感器、位置傳感器13均與控制器17 連接?；?與支撐發(fā)電機組的塔架4樞接，基板3包括基板3上的整套機械裝置，包括風 力發(fā)電機組、驅動機構、傳動機構、控制器17、風向標5，可跟隨基板3 —起自由的繞塔架4 旋轉。風向傳感器檢測風向標5的位置偏差，即檢測當前的實時風向；位置傳感器13通過 檢測行程螺母9的位置從而檢測到基板3的位置偏差，即檢測風力發(fā)電機的葉輪1方位。風 向跟蹤系統(tǒng)初始啟動時，控制器17首先驅動直流電機7轉動，由直流電機7帶動整套機械 裝置一起旋轉，行程螺母9回到螺桿8的初始位置，0度傳感器感14應到行程螺母9位置復 原后向控制器17反饋停止信號，這時系統(tǒng)初始化完成，當前發(fā)電機葉輪1為0度。風向標 5上的風向傳感器與基板3上的位置傳感器13之間的位置差信號為0，即風向標5的指向 與葉輪1指向相同。風向自動跟蹤系統(tǒng)啟用后，由于風向標5非常輕小且可自由旋轉，在風 吹時，風向標5輕易的被吹動，并旋轉過一定的角度，風向傳感器捕捉到位置的改變后，向 控制器17傳遞信號，由控制器17對位置傳感器13與風向傳感器的信號進行比較，檢測到 風向標5位置與基板3位置出現(xiàn)偏差時，控制器17驅動直流電機7。直流電機7的轉動帶 動了螺桿8轉動，由于螺桿8與行程螺母9配套，螺桿8的原地旋轉使行程螺母9可沿著螺 桿8作前后移動，由于行程螺母9與皮帶16固定連接，行程螺母9在螺桿8上移動的同時 也帶動了皮帶16的運動。皮帶16連接了第一旋轉盤10、第二旋轉盤11和第三旋轉盤12， 皮帶16在運動的時候也帶動了旋轉盤的旋轉，第三旋轉盤12的旋轉也即是基板3的旋轉， 行程螺母9在螺桿8上的運動最后達到使發(fā)電機葉輪1轉向的目的，最后使基板3的朝向 與風向標5的朝向一致，即發(fā)電機葉輪1處在最大的迎風面上，完成了風力發(fā)電機的風向自
足艮S宗。本實用新型的風向跟蹤系統(tǒng)還包括一系列的保護子系統(tǒng)所述螺桿8末端處設有360度傳感器15，所述360度傳感器15與控制器17連接。 行程螺母9在螺桿8上移動到末端時，360度傳感器15感應到行程螺母9位置后向控制器 17反饋停止信號，表示基板3已經轉過360度，達到最大的旋轉角度，保護了傳動機構的免 受損壞。[0027]所述基板3上設有風速傳感器，所述風速傳感器與控制器17連接。系統(tǒng)初始化完 成以后，控制器17開始跟蹤風向，它對風向傳感器發(fā)回的信號進行采樣，并計算當前風向 與發(fā)電機葉輪1的位置差異。為了避免瞬時誤差，控制器17對位置差異進行2分鐘的平均 計算。2分鐘后，控制器17檢測風速，如果風速過低預設值時，系統(tǒng)將不進行自動跟蹤；如風 速達到設定的速度，表示自然界具有一定的風速，那么控制器17將再次驅動直流電機7帶 動整套機械裝置旋轉，直到葉輪1處于迎風時停止，這時，發(fā)電機2位置與當前風向是一致 的，發(fā)電機2對風結束。發(fā)電機葉輪1上設有速度傳感器(未標示)，所述速度傳感器與控制器17連接。 發(fā)電機2轉速過快，即葉輪1旋轉速度高于預設值時，控制器17驅動直流電機7使發(fā)電機 2從當前位置旋轉30度脫離風向，從而降低發(fā)電機2的轉速。該狀態(tài)維持2分鐘后再次檢 測，如葉輪1轉速仍然過快，控制器17再次驅動直流電機7使發(fā)電機2再次旋轉60度，此 時葉輪1與當前風向成90度角，葉輪1迎風面最小 ，該狀態(tài)停止3分鐘后恢復。發(fā)電機2上設有溫度傳感器(未標示)，所述溫度傳感器與控制器17連接。發(fā)電 機2工作溫度過高時，控制器17驅動直流電機使發(fā)電機2旋轉90度脫離風向，使發(fā)電機2 轉速下降，從而達到使發(fā)電機2降溫的目的，該狀態(tài)維持10分鐘后恢復。本實用新型的風向自動跟蹤系統(tǒng)中，控制器利用代表當前風向的風向傳感器與代 表發(fā)電機位置的位置傳感器之間的位置偏差，對發(fā)電機的位置進行調整，該種風向自動跟 蹤系統(tǒng)具有風向跟蹤精確，自動化程度高的優(yōu)點；設置了風速傳感器，使風向自動跟蹤系統(tǒng) 在一定風速范圍內才得到啟用，既確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又保護了發(fā)電機組的安全；葉輪上 的速度傳感器和發(fā)電機上的溫度傳感器都是對系統(tǒng)以及整個發(fā)電機組的保護。凡具有本實用新型所述結構且只是作形式或參數修改的，均屬于本實用新型的保 護范疇。
權利要求一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且與塔架樞接；所述基板上設有驅動機構、傳動機構、控制器、風向標；所述驅動機構與傳動機構連接，傳動機構與基板連接，所述風向標可自由旋轉，風向標上設有風向傳感器，所述基板上設有位置傳感器，所述驅動機構、風向傳感器、位置傳感器均與控制器連接。
2.根據權利要求1所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述傳動 機構包括螺桿、套在螺桿上的行程螺母、第一旋轉盤、第二旋轉盤、第三旋轉盤；驅動機構與 螺桿連接，所述三個旋轉盤呈三角形分布，第三旋轉盤與基板固定連接，所述第一旋轉盤、 第二旋轉盤、第三旋轉盤之間設有皮帶連接，行程螺母與所述皮帶固定連接。
3.根據權利要求2所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述螺桿 始端處設有O度傳感器，所述O度傳感器與控制器連接。
4.根據權利要求2所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述螺桿 末端處設有360度傳感器，所述360度傳感器與控制器連接。
5.根據權利要求1所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述基板 上設有風速傳感器，所述風速傳感器與控制器連接。
6.根據權利要求1所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于發(fā)電機葉 輪上設有速度傳感器，所述速度傳感器與控制器連接。
7.根據權利要求1所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于發(fā)電機上 設有溫度傳感器，所述溫度傳感器與控制器連接。
8.根據權利要求1所述的一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述驅動 機構為直流電機。
專利摘要一種風力發(fā)電機風向自動跟蹤系統(tǒng)，包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且與塔架樞接；所述基板上設有驅動機構、傳動機構、控制器、風向標；所述驅動機構與傳動機構連接，傳動機構與基板連接，所述風向標可自由旋轉，風向標上設有風向傳感器，所述基板上設有位置傳感器，所述驅動機構、風向傳感器、位置傳感器均與控制器連接。本實用新型的風向自動跟蹤系統(tǒng)，智能尋找風向，自動化程度更高，風向跟蹤精度更高；去掉了尾舵，使整個風力發(fā)電機體積更小、重量更輕。
文檔編號F03D7/04GK201574881SQ200920194050
公開日2010年9月8日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者李欣華 申請人:李欣華