專利名稱：一種可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及垂直軸風力發(fā)電機，尤指一種應用于垂直軸風力發(fā)電機的葉片自轉裝置。
背景技術：
風力發(fā)電機又稱風車，是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置。 按風輪軸的不同可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。能量驅動鏈(即風輪、主傳動軸、增 速箱、發(fā)電機)呈水平方向的，稱之為水平軸風力機。能量驅動鏈成豎直方向的，稱之為垂 直軸風力機。垂直軸風力發(fā)電機可分為阻力型和升力型兩類。已有技術中關于利用風能、太陽能以及其組合的發(fā)電裝置的公開報道較多。但是， 一般的垂直軸風力發(fā)電機的風輪采用升力型，葉片形狀復雜，制造成本較高，葉片的軸線和 垂直軸平行，風輪的轉動與風向無關，因此不需要像水平軸風力機那樣采用迎風裝置。但由 于葉片與懸臂支架的角度固定不變，因此，葉片產(chǎn)生的驅動力矩的大小和方向是不斷變化 的，同時還會產(chǎn)生較大的阻力矩，所以現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機的啟動風速較大且風能利 用率不高，環(huán)境適應性不強。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種葉片攻角可調節(jié)、能提高發(fā)電機的風能利用率和環(huán)境 適應能力及降低啟動風速的可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括電力轉換裝置、增速箱、發(fā)電機、變槳電機、主立軸、懸臂筒、懸臂橫梁、葉 片；其特征是主立軸外通過軸承連接懸臂筒，懸臂橫梁一端固定在懸臂筒上，懸臂橫梁另 一端設置有葉片自轉裝置，主立軸頂端設置有避雷針、風向標和風速儀；葉片自轉裝置以蓄 電池為動力來源；電子控制裝置傳遞信號給葉片自轉裝置，葉片自轉裝置驅動葉片的轉動； 所述的葉片自轉裝置的組成包括變槳電機、蝸桿減速箱、帶自鎖的變槳機構；變槳電機安裝 在懸臂橫梁一端上，變槳電機與蝸桿減速箱的輸入軸相連，蝸桿減速箱的輸出軸與帶自鎖 的變槳機構相連，帶自鎖的變槳機構的輸出軸與葉片軸相連；發(fā)電機輸出的交流電經(jīng)整流 逆變裝置處理后直接輸入電網(wǎng)；葉片自轉裝置以蓄電池組為動力來源。本發(fā)明還可以包括這樣一些特征1、懸臂筒和主立軸之間安裝有超低摩擦系數(shù)液體軸承和推力滾子軸承，懸臂筒齒 輪圈固定在懸臂筒上，發(fā)電機齒輪安裝在發(fā)電機軸上，懸臂筒齒輪圈通過增速箱與發(fā)電機 相連。2、每組懸臂橫梁上安裝有2個變槳電機，同時控制葉片自轉運動。3、懸臂筒和懸臂橫梁固定在一起，可通過超低摩擦系數(shù)液體軸承和推力滾子軸承 繞主立軸旋轉。4、葉片軸設定在葉片的壓力中心處。
本發(fā)明在工作過程中，可根據(jù)風向標和風速儀反饋回的風向風速數(shù)值通過電子控 制裝置控制葉片自轉運動，有效地調節(jié)葉片的迎風角。葉片自轉裝置相對于其連接的懸臂橫梁可在水平平面上做旋轉運動，為使葉片在 旋轉過程中消耗能量最低，葉片軸設置在葉片的壓力中心處，電機只克服摩擦力做功，電機 能量損耗較小。本發(fā)明采用垂直軸風車形式，可自動調節(jié)葉片的迎風角，使風機始終處于產(chǎn)生最 大力矩的狀態(tài)，有效降低啟動風速。本發(fā)明所取得的技術進步在于1、主立軸和懸臂橫梁均可采用鋼架結構，不僅方便生產(chǎn)、運輸，而且容易安裝、拆 卸，維護簡便，大大降低運行成本。2、葉片攻角可根據(jù)采集到的風速和風向信息自行調整。當來風速度較小時，葉片 軸在90°范圍內旋轉，使葉片在任意位置都處于最大升力的攻角范圍附近，葉片能產(chǎn)生最 大的驅動力矩；當來風速度較大、發(fā)電功率過高時，葉片可旋轉到失速點的角度，減小發(fā)電 功率，避免發(fā)電機過載；當臺風來時，葉片旋轉到順風位置，減小迎風面積，避免塔架產(chǎn)生巨 大的橫向推力。


圖1是本發(fā)明的整體機構示意圖。圖2是葉片自轉裝置機構示意圖。圖3是本發(fā)明的葉片攻角變化示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施作進一步描述，但不作為本發(fā)明的限定。本實施例的結構如前所述，結合圖1，本發(fā)明的主立軸1固定于地面，風向標4和風 速儀5可根據(jù)實際風向相對于各自軸線自由旋轉，有懸臂橫梁6、葉片自轉裝置7以及其他 附屬件構成的大葉片8可在風力驅動作用下相對于主立軸獨立旋轉，并將動能傳遞給發(fā)電 機組2，由發(fā)電機將動能轉換為電能。結合圖2，葉片自轉裝置7描述如下變槳電機7-1、蝸桿減速箱7-2和帶自鎖的變 槳機構7-3安裝在懸臂橫梁6 —端上，葉片軸8和帶自鎖的變槳機構7-3的輸出軸相連，葉 片軸8能繞懸臂橫梁6在水平平面內旋轉。結合圖3，本發(fā)明的發(fā)電裝置在剛開始啟動時，由風向標4和風速儀5測出風速和 風向，并把信號傳遞給電子控制裝置，電子控制裝置通過葉片自轉裝置調節(jié)葉片的角度，使 風向右側葉片迎風角變?yōu)?0°，而風向左側葉片迎風角變?yōu)?°，從而使風力發(fā)電機獲得 最大的啟動力矩。
權利要求
1.一種可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機，它包括固定于地面的主立軸(1)、套裝轉 動配合于主立軸(1)的懸臂筒、安裝在主立軸(1)上的發(fā)電機(2)、沿主立軸(1)徑向設置 圓周等距分布的五組雙層懸臂橫梁(6)，每組懸臂橫梁上設置有一個葉片(8)；其特征是 主立軸(1)固定在地面上，懸臂橫梁(6)通過懸臂筒與主立軸(1)相連，并能繞主立軸(1) 旋轉，每個葉片(8)上設置有兩個葉片自轉裝置(7)，主立軸頂端設置有避雷針(3)、風向標 ⑷和風速儀(5)。葉片自轉裝置(7)以蓄電池為動力；風向標⑷和風速儀(5)連接電子 控制裝置，電子控制裝置與葉片自轉裝置(7)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機，其特征是所述的葉片 自轉裝置(7)組成包括變槳電機、蝸桿減速箱、帶自鎖的變槳機構；變槳電機安裝在懸臂橫 梁的一端上，變槳電機與蝸桿減速箱的輸入軸相連，蝸桿減速箱的輸出軸與帶自鎖的變槳 機構相連，帶自鎖的變槳機構與葉片相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機，其特征是懸臂筒和主 立軸(1)之間安裝有超低摩擦系數(shù)的液體軸承和推力滾子軸承，懸臂筒齒輪圈固定在懸臂 筒上，懸臂筒齒輪圈與增速箱的輸入軸齒輪嚙合，增速箱的輸出軸與發(fā)電機軸相連。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種可調攻角兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機。它包括電力轉換裝置、增速箱、發(fā)電機、變槳電機、主立軸、懸臂筒、葉片橫梁、帶有翼型的葉片；主立軸外側套有懸臂筒，主立軸和懸臂筒通過軸承連接，葉片橫梁一端固定在懸臂筒上，葉片橫梁另一端安裝有葉片自轉裝置，主立軸頂端安裝有避雷針；風向儀連接電子控制裝置，電子控制裝置控制每個懸臂橫梁上的葉片自轉裝置，使葉片按照給定程序調節(jié)迎風角度，使發(fā)電機始終處于可產(chǎn)生最大扭矩的狀態(tài)，有效降低啟動風速，并提高了風能利用率。
文檔編號F03D3/06GK102116264SQ20101021661
公開日2011年7月6日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權日2010年7月5日
發(fā)明者楊壽生 申請人:楊壽生