直叶片垂直轴风力发电机制造技术

本发明专利技术提供一种直叶片垂直轴风力发电机，所述风力发电机的叶片的俯仰角能够被调节，所述风力发电机包括对所述发电机的叶片的俯仰角进行调节的俯仰角控制单元，所述俯仰角控制单元包括与所述叶片形成活动连接的连接机构；以及安装在所述叶片底端的导向机构，所述导向机构包括设置在所述叶片下方的控制环和控制轨道，所述控制环和控制轨道配合使得当所述叶片旋转时所述叶片的俯仰角能够被改变，其中，所述控制轨道为具有变化的极径的环形轨道；以及对风向控制单元和叶片承重单元。及对风向控制单元和叶片承重单元。及对风向控制单元和叶片承重单元。

【技术实现步骤摘要】
直叶片垂直轴风力发电机
本申请是申请号为202010138846.7、申请日为2020年3月3日、专利技术名称为“直叶片垂直轴风力发电机”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种风力发电机，尤其是一种直叶片垂直轴风力发电机。

技术介绍

[0004]近些年来，水平轴风力机(HAWT)由于其技术成熟在世界范围内得到了广泛应用并获得了商业上的成功。但是，由于对高能量生产的需求增加，呈现了进一步增加HAWT的尺寸和重量的趋势，这导致了很多挑战性的问题.例如，悬臂叶片根部的高弯矩，塔柱基底处的高倾覆力矩，难以忍受的噪声以及昂贵的维护成本。同时，垂直轴风力机(VAWT)由于具有对风向不敏感、易于安装、低维护费用以及低空气动力噪音这些优点，近年来越来越引起了人们的注意。但是，固定俯仰的直叶片垂直轴风力机(SBVAWT)由于其旋转模式使叶片风攻角经历持续变化，这导致了低能量产生和低自启能力。而且，叶片的悬臂支撑也限制了目前的SBVAWT的尺寸。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中的上述问题，为解决上述这些问题的全部或至少一者，提出了本专利技术，本专利技术第一方面的技术方案提供了一种直叶片垂直轴风力发电机，所述风力发电机的叶片的俯仰角能够被调节，所述风力发电机包括对所述发电机的叶片的俯仰角进行调节的俯仰角控制单元，
[0007]所述俯仰角控制单元包括：与所述叶片形成活动连接的连接机构；以及安装在所述叶片底端的导向机构，所述导向机构包括设置在所述叶片下方的控制环和控制轨道，所述控制环和控制轨道配合使得当所述叶片旋转时所述叶片的俯仰角能够被改变，其中，所述控制轨道为具有变化极径的环形轨道。
[0008]优选地，所述连接机构包括：与所述叶片的上端形成活动连接的第一连接件；以及与所述叶片的下端形成活动连接的第二连接件，其中，所述第一连接件与所述叶片的上端的活动连接并且所述第二连接件与所述叶片的下端的活动连接使得所述叶片能够旋转并允许所述叶片的俯仰角被调节。
[0009]优选地，所述第一连接件和所述第二连接件分别包括轴承和连接板。
[0010]优选地，所述控制环的形状为盘状，并且，所述控制轨道固定在所述控制环上，并且具有矩形截面。
[0011]优选地，所述导向机构还包括控制杆，所述控制杆的一端安装在所述叶片底端尾部，另一端安装在所述控制轨道上，当所述控制杆沿所述控制轨道运行时，使得所述叶片的尾部绕叶片与连接件(支撑臂)之间的活动连接点左右摆动，以改变所述俯仰角。
[0012]优选地，控制杆的所述另一端安装有导轮，所述导轮夹在所述控制轨道的两侧，以
在所述控制轨道上运行。
[0013]优选地，风力发电机还包括对所述叶片进行支撑的叶片支撑单元，所述叶片支撑单元包括主支撑机构，所述主支撑机构设置在风力发电机的主轴外部，并且被固定到建造在地面上的基座上。
[0014]优选地，所述主轴通过多个滚动轴承设置在主支撑结构上，并且被所述多个滚动轴承支撑。
[0015]优选地，所述叶片支撑单元还包括叶片支撑机构，所述叶片支撑机构的一端固定到所述风力发电机的主轴上，另一端经由所述连接机构与所述叶片形成所述活动连接。
[0016]优选地，叶片支撑单元还包括滚动件和滚动件配合件，所述滚动件设置在所述叶片的底端，滚动件配合件设置在地面之上，所述滚动件在滚动件配合件上滚动以实现所述叶片的旋转。
[0017]优选地，所述俯仰角控制单元还包括定向构件，所述定向构件的一端与所述滚动件的安装座连接，所述定向构件的另一端与所述叶片支撑单元所包括的叶片支撑结构连接。
[0018]优选地，所述风力发电机还包括对风向控制单元，所述对风向控制单元被构造为能够针对入流风的角度来将所述控制环旋转到与所述入流风相对应的位置。
[0019]优选地，对风向控制单元包括感测机构、处理器和驱动机构，其中，
[0020]所述感测单元对入流风的角度进行感测，所述处理器根据所述入流风的角度计算出所述控制环要被旋转的旋转角度，并且，所述驱动机构驱动所述控制环旋转所计算出的旋转角度。
[0021]通过本专利技术第一方面的技术方案，实现了方便快捷地对风力发电机的叶片的俯仰角进行调节，改善了能量生成效率，并且，叶片的重量由地面承受，能够使得叶片的支撑臂的尺寸变小来減小空气阻力，同时实现较大的风机直径，增大风力机的受风面积，使风力机输出功率增大。
[0022]附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域或普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1例示了根据本专利技术的直叶片垂直轴风力发电机结构图。
[0026]图2例示了根据本专利技术的直叶片垂直轴风力发电机的叶片排布示意图。
[0027]图3(a)和3(b)例示了根据本专利技术的连接机构的结构图。
[0028]图3(c)和3(d)例示了根据本专利技术的连接机构的另一结构图。
[0029]图4例示了根据本专利技术的导向机构和叶片俯仰角调节机构的示意图。
[0030]图5例示了根据本专利技术的直叶片风力发电机的部分部件的俯视图。
[0031]图6例示了根据本专利技术的对风向控制单元的结构示意图。
[0032]图7例示了根据本专利技术的进行定向控制前后的状态图。
[0033]图8例示了根据本专利技术的俯仰角计算的示意图。
具体实施方式
[0035]在下文中将参照附图详细地描述本专利技术的实施例。应当理解，下述实施例并不意图限制本专利技术，并且，关于根据本专利技术的解决问题的手段，并不一定需要根据下述实施例描述的各方面的全部组合。为简化起见，对相同的结构部分或者步骤，使用了相同的标记或标号，并且省略其说明。
[0036][第一实施例][0037][直叶片垂直轴风力发电机的结构][0038]本专利技术的直叶片垂直轴风力发电机包括俯仰角控制单元、叶片支撑承重单元和对风向控制单元。以下将分别对这些单元进行说明。请注意，本专利技术的发电机并不是必须同时具备以上三个单元，而是可以具备以上单元中的一个或多个。
[0039]下面参照图1描述本专利技术的发电机的整体构造，其中各部件分别对应：1直叶片；2上支撑臂；3下支撑臂；4连接板；5轴承；6主轴；7主支撑管；8滚动轴承；9钢架；10地面；11钢轮；12钢环；13柱；14导向轮；15控制轨道；16控制环；17蜗杆涡轮；18控制系统；19发电机；20弹性联轴节；21上外箍；22上连接板；23下外箍；24下连接板；25步进电机；26定向杆；27控制杆；28平面轴承；29球面轴承；30控制环与蜗轮的连杆；31蜗轮；32第一驱动轴承；33蜗杆；34第二驱动轴承；35固定底板；36驱动器；37风速计；38A/D；39计算机；40D/A；41控制环方向；42转动主轴线。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对风力发电机的叶片进行调节的控制装置，所述叶片能够在风力的作用下以一定俯仰角绕所述风力发电机的主轴线进行转动，所述控制单元包括：控制杆，被配置为能够牵引所述叶片从而改变所述叶片的俯仰角；控制环，被配置为对所述叶片相对于入流风的俯仰角进行调节，所述控制环通过控制杆与所述叶片的尾部连接，所述控制环被配置为能够根据基于入流风而计算出的偏转角度以所述主轴线为中心转动，从而使所述控制环的方向与入流风的方向一致；以及控制轨道，固定在所述控制环上，所述控制杆能够沿着所述控制轨道运动，以改变所述叶片的俯仰角，其中，所述控制轨道为具有变化极径的环形轨道。2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述控制轨道具有两侧相对设置的轨道墙和所述轨道墙之间的轨道底面。3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述控制杆的一端安装在所述叶片尾部，另一端安装在所述控制轨道上，当所述控制杆沿所述控制轨道运行时，使得所述叶片的尾部左右摆动以改变所述俯仰角。4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，所述控制杆的所述另一端设置有导轮，所述导轮夹在所述控制轨道的轨道墙之间在所述轨道底面上运动，使得所述叶片的俯仰角能够被改变。5.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，所述控制环由金属制成，并且所述控制轨道为焊接在所述控制环上的环形轨道。6.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，所述控制环由步进电机驱动。7.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，所述控制环底部设置有轴承，并且所述叶片底部设置有轮，使得所述控制环和所述叶片能够在同一平面上转动。8.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其中，所述偏转角度是根据实时测得的由入流风带来并且由叶片所承受的作用力而计算所得。9.一种用于对风力发电机的叶片进行控制的对风向控制装置，所述叶片围绕所述风力发电机的主轴线转动，所述对风向控制装置包括：俯仰角控制单元，被配置为对风力发电机的叶片的俯仰角进行调节，所述俯仰角单元包括：控制环，所述控制环被配置为能够根据基于入流风而计算出的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐幼麟，詹胜，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：