一种垂直轴变翼风力发电机及其控制方法技术

为了解决风力发电机弱风环境下发电效率低、强风易损坏等问题，本发明专利技术提供了一种垂直轴变翼风力发电机及其控制方法，包括塔筒、转动连接于塔筒上方的支架圆盘、连接于支架圆盘侧面的水平变翼叶片、连接于水平变翼叶片外端垂直变翼叶片，支架圆盘上方设置有风向标，水平变翼叶片和垂直变翼叶片上均设置有可开启和关闭的叶片以及用于驱动开启和关闭的驱动装置，另外，还包括PLC控制器、风速传感器以及设置在风向标上的位置传感器，通过风速传感器测得风速大小，来控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片的开启和关闭，从而在弱风环境下提高发电效率，在强风环境下避免叶片失速。在强风环境下避免叶片失速。在强风环境下避免叶片失速。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直轴变翼风力发电机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电机
，特别涉及一种垂直轴变翼风力发电机及其控制方法。

技术介绍

[0002]在碳中和、碳达峰的政策影响下，风力发电机作为绿色环保能源一种，具有重要作用，现有的垂直轴风力发电机发电系统在塔身底部，整体重心低，安装维修方便，无需对风设置，装置噪音小，但是垂直轴风力发电机风轮直径短，产生的力矩小，导致风轮受风面积小，利用率低，而受风面积大的风力发电桨叶在强风环境下易失速造成设备损坏。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种垂直轴变翼风力发电机，采用的技术方案如下：一种垂直轴变翼风力发电机，其特征在于，主要包括塔筒、转动连接于塔筒上方的支架圆盘、连接于支架圆盘侧面的水平变翼叶片、连接于水平变翼叶片外端垂直变翼叶片，所述支架圆盘上方固定连接有三脚架，所述三脚架上方设置有风向标，所述风向标上设置有用于检测水平变翼叶片和垂直变翼叶片位置的位置传感器，所述水平变翼叶片由固定连接于支架圆盘侧面的水平翼梁、转动连接于水平翼梁的水平转轴、固定连接于水平转轴的水平叶片组成，所述垂直变翼叶片由固定连接于水平翼梁外端的并沿竖直方向上下分布的垂直翼梁、转动连接于垂直翼梁的垂直转轴、固定连接于垂直转轴的垂直叶片组成，所述水平翼梁和垂直翼梁在长度方向上均连接有导流罩，所述水平叶片和垂直叶片通过导流罩分别将水平翼梁和垂直翼梁包裹形成翼形，所述水平变翼叶片和垂直变翼叶片上设置有用于带动水平叶片和垂直叶片转动的驱动装置，水平翼梁与三脚架之间固定连接有拉力绳，此外，还包括控制系统，包括PLC控制器、风速传感器，所述风速传感器、位置传感器均与PLC控制器信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与驱动装置相连，PLC控制器通过风速传感器、位置传感器信号控制驱动装置驱动水平变翼叶片和垂直变翼叶片的开启状态和开启角度。
[0004]优选的，所述水平叶片由第一水平叶片和第二水平叶片组成，第一水平叶片和第二水平叶片通过水平转轴与水平翼梁转动相连，所述垂直叶片由第一垂直叶片和第二垂直叶片组成，第一垂直叶片和第二垂直叶片通过垂直转轴与垂直翼梁转动相连。
[0005]优选的，所述垂直变翼叶片还包括挡风板、固定尾翼，所述挡风板位于第一垂直叶片和第二垂直叶片上下两端，挡风板与垂直翼梁固定连接，第二垂直叶片由两矩形叶片和固定叶片组成，两矩形叶片通过固定板与垂直转轴固固定连接，固定叶片与垂直翼梁固定相连并且位于两矩形叶片之间，而且固定叶片高度大于等于第一水平叶片和第二水平叶片完全张开状态下上下两端之间的高度。
[0006]优选的，所述驱动装置包括双输出轴电机，所述双输出轴驱动电机的两个输出轴
均同轴固定连接有主动锥齿轮，水平转轴和垂直转轴上均同轴固定连接有与主动锥齿轮啮合相连的从动锥齿轮。
[0007]优选的，所述水平翼梁和垂直翼梁均设置有多个，并且沿长度方向均固定连接有肋板。
[0008]优选的，所述水平变翼叶片沿垂直变翼叶片高度方向设置有多组。
[0009]优选的，所述肋板侧面上下两端固定连接有转动套，所述水平转轴和垂直转轴穿过转动套分别与肋板转动相连。
[0010]优选的，还包括控制器、风速传感器，所述风速传感器、位置传感器均与PLC控制器信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与驱动装置相连。
[0011]利用如上述垂直轴变翼风力发电机的控制方法，所述PLC控制器内预设风速区值，并且根据风速传感器检测大气风速，将风速分为弱风、适中以及强风三种状态，风向标前端转动至来风方向，当测得风速处于弱风状态下，水平变翼叶片和垂直变翼叶片转动至风向标前端正下方位置后，PLC控制器发出信号控制驱动装置将水平变翼叶片和垂直变翼叶片打开，直至该水平变翼叶片和垂直变翼叶片转动至风向标后端正下方位置，PLC控制器控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片关闭；在测得风速适中状态下，PLC控制器控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片关闭；在测得风力超过扇叶失控风速处于强风的状态下，水平变翼叶片和垂直变翼叶片转动至风向标前端正下方位置时，PLC控制器控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片处于关闭状态，直至该水平变翼叶片和垂直变翼叶片转动至风向标后端正下方位置后，PLC控制器控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片开始张开，水平变翼叶片和垂直变翼叶片保持开启状态直至转动至风向标前端位置后再由PLC控制器控制关闭。
[0012]优选的，所述PLC控制器根据风速传感器测得的风速大小来控制驱动装置，从而控制水平变翼叶片和垂直变翼叶片上叶片开启角度的大小。
[0013]本专利技术的有益效果在于：1、水平变翼叶片和垂直变翼叶片配合，二者均设置有可沿长度方向开启或关闭的叶片，通过对水平变翼叶片和垂直变翼叶片在不同风速条件下进行开启和关闭，可实现不同的功能；2、水平转轴与水平翼梁、垂直转轴与垂直翼梁之间设置轴向限位装置，防止转轴位移；3、风速较低时，可开启风向所在方向的水平变翼叶片和垂直变翼叶片，通过顺风阻力推动叶片整体转动，提高发电率，风速较大时，可通过开启相反风向所在的水平变翼叶片和垂直变翼叶片以产生阻力，避免设备损坏，而且水平变翼叶片和垂直变翼叶片根据风速大小张开不同角度。
附图说明
[0014]图1 为本专利技术结构主视示意图图2为水平变翼叶片与垂直变翼叶片连接状态下的俯视示意图图3为水平变翼叶片与垂直变翼叶片在打开状态下的连接结构示意图图4为水平变翼叶片关闭状态下结构示意图图5为水平变翼叶片打开状态下结构示意图
图6为肋板结构示意图图7为垂直变翼叶片关闭状态下结构示意图图8为垂直变翼叶片打开状态下结构示意图图9为驱动装置与水平转轴或垂直转轴连接结构示意图图10为PLC控制器控制原理示意图图11为本专利技术两组水平变翼叶片的结构示意图其中，1
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塔筒，2
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支架圆盘，3
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三脚架，4
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拉力绳，5
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水平变翼叶片，501
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水平翼梁，502
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第一水平叶片，503
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第二水平叶片，504
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水平转轴，6
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垂直变翼叶片，601
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垂直翼梁，602
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第一垂直叶片，603
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第二垂直叶片，6031
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矩形叶片，6032
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固定叶片，604
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垂直转轴，7
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驱动装置，701
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双输出轴电机，702
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第一锥齿轮传动组，703
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第二锥齿轮传动组， 8
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转动套，9
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肋板，10
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导流罩，11
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风向标，12
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位置传感器，13
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固定板， 14
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PLC控制器，15
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挡风板，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直轴变翼风力发电机，其特征在于，主要包括塔筒、转动连接于塔筒上方的支架圆盘、连接于支架圆盘侧面的水平变翼叶片、连接于水平变翼叶片外端的垂直变翼叶片，所述支架圆盘上方固定连接有三脚架，所述三脚架上方设置有风向标，所述风向标前后两端均设置有用于检测水平变翼叶片和垂直变翼叶片位置的位置传感器，所述水平变翼叶片由固定连接于支架圆盘侧面的水平翼梁、转动连接于水平翼梁的水平转轴、固定连接于水平转轴的水平叶片组成，所述垂直变翼叶片由固定连接于水平翼梁外端的并沿竖直方向上下分布的垂直翼梁、转动连接于垂直翼梁的垂直转轴、固定连接于垂直转轴的垂直叶片组成，所述水平翼梁和垂直翼梁在长度方向上均连接有导流罩，所述水平叶片和垂直叶片通过导流罩分别将水平翼梁和垂直翼梁包裹形成翼形，所述水平变翼叶片和垂直变翼叶片上设置有用于带动水平叶片和垂直叶片转动的驱动装置，水平翼梁与三脚架之间固定连接有拉力绳，此外，还包括PLC控制器、风速传感器，所述风速传感器、位置传感器均与PLC控制器信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与驱动装置相连，PLC控制器通过风速传感器、位置传感器信号控制驱动装置驱动水平变翼叶片和垂直变翼叶片的开启状态和开启角度。2.根据权利要求1所述的垂直轴变翼风力发电机，其特征在于，所述水平叶片由第一水平叶片和第二水平叶片组成，第一水平叶片和第二水平叶片通过水平转轴与水平翼梁转动相连，所述垂直叶片由第一垂直叶片和第二垂直叶片组成，第一垂直叶片和第二垂直叶片通过垂直转轴与垂直翼梁转动相连。3.根据权利要求2所述的垂直轴变翼风力发电机，其特征在于，所述垂直变翼叶片还包括挡风板、固定尾翼，所述挡风板位于第一垂直叶片和第二垂直叶片上下两端，挡风板与垂直翼梁固定连接，第二垂直叶片由两矩形叶片和固定叶片组成，两矩形叶片通过固定板与垂直转轴固固定连接，固定叶片与垂直翼梁固定相连并且位于两矩形叶片之间，而且固定叶片高度大于等于第一水平叶片和第二水平叶片完全张开状态下上下两端之间的高度。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯传浩，
申请(专利权)人：冯传浩，
类型：发明
国别省市：