专利名称：抗飓风型高效风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风能应用领域，尤其涉及ー种抗飓风型高效风カ发电机。
背景技术：
目前风カ发电用的风カ机主要分为立轴式风カ机和水平轴式风力机两类。立轴式风カ机属于阻力型风カ机，主要是通过叶片形状的特殊设计，使得主轴两边有风吹过吋，产生较大的正反向扭矩差来推动主轴旋转，继而带动发电机发电。现有的立轴式风力机，回转阻力均比较大，所需克服的反向扭 矩也大，因此需要较大的风速方能启动风力机正常转动进行发电。而运行时也因需较多能量用于克服反向扭矩，整体的转换效率也低。另外，现有风力发电机的风カ机在启动风速和正常发电风速之间运转时，所产电压还达不到充电或并网所需电压，因此风カ机部分实际上在空转。在某些地区这种风速范围的时间还相当长，这样就増加了风カ机轴承等运动零部件的空转磨损，减小了风カ发电机的寿命。现有的风カ发电机在遇到大风飓风时，多采用调节叶片长度或加反向电压增加阻力等方式阻止风カ机的叶片高速旋转。但实际上叶片所受的迎风阻カ仍然很大，还是很容易造成风カ机叶片及整个风カ发电机的损坏。
发明内容针对上述现有技术的不足，本发明提供ー种新型的抗飓风型高效风カ发电机，该风カ发电机具有较小的回转阻力，容易启动，转换效率高，并可有效抵抗飓风所造成的损坏。为实现上述技术目的，本发明提供的抗飓风型高效风カ发电机采用如下技术方案—种抗飓风型高效风カ发电机，包括有立式旋转主轴，阻力叶片、发电电机以及控制系统，发电电机与主轴轴向联接，其不同之处在于，所述阻カ叶片活动安装在与立式旋转主轴垂直固连的水平转轴上，在绕立式旋转主轴旋转的同时还绕水平转轴转动。这样，其受风转动吋，空间位置会发生变化，从而有利于减小正面迎风阻力。进ー步，所述阻カ叶片包括迎风叶面及平衡杆，所述平衡杆与迎风叶面以水平转轴为中心动态平衡，可进ー步降低迎风阻力。进ー步，所述立式旋转主轴与所述水平转轴上分别套装有可啮合的伞形齿轮，组成伞形齿轮对，所述阻カ叶片安设在水平转轴上的伞形齿轮上。进ー步，所述伞形齿轮对分别通过轴承套装在立式旋转主轴及水平转轴上，ー风向调节机构与套装在立式旋转主轴上的伞形齿轮固连，可根据情况对阻カ叶片的受风角度进行调整。进ー步，所述伞齿轮齿轮对的传动比为1:1。这样，阻力叶片从正面迎风位置绕立式旋转主轴旋转1/4周，将处在ー个最小的受风位置；而若继续旋转1/4周(总计选择半周)，阻力叶片将绕水平转轴旋转半周，阻力叶片的受力面的背面正好旋转至原来的受风区域，这样整个阻カ叶片将主要在产生动力的主轴的ー侧(半周)迎风，而不会转动至主轴的另ー侧(半周，阻力区域)迎风。整个系统的迎风阻力大大降低，转换效率获得极大提高。进ー步，所述发电电机为具有电启动旋转功能的电机，当测得的风速适合发电时(达到预定电压输出所需要的风速)，将启动系统发电。进ー步，包括有风速传感器。控制系统根据风速传感器检测的參数，进行判断并控制启动系统发电。在风速未达到预定电压输出所需要的风速时将不会启动系统发电工作。进ー步，还包括风向检测装置；控制系统根据风向检测装置检测的參数，控制发电电机带动风向调节机构及主轴上的伞形齿轮旋转，以调整阻カ叶片的受风角度(迎风角度)。可以做到阻カ叶片在系统启动发电时以最大工作面迎风(正面)，而在停机吋，尤其是面临飓风吋，以最小迎风面迎风。減少了风カ机的损耗，降低了飓风损坏的风险。进ー步，所述阻カ叶片数为两个。进ー步，在水平转轴的两端各加设有ー个曲面形状的副叶片，用于在(主)阻力叶片处于零受风面积时提供足够的扭矩使得立式旋转主轴继续旋转。本实用新型，通过对阻カ叶片形状的巧妙设计以及伞形齿轮对的采用，使得阻力叶片主要受カ面始終保持在主轴的ー侧，极大减小了(甚至彻底去除了)阻力叶片在阻力区域转动所引起的反向扭矩，减小了正向扭矩因克服风叶的反向扭矩而耗功，从而使得该风力机具有更大的扭矩和低风速启动性能，极大地提高了转换效率。而由于具备ー个(近乎)零受カ角度，使得该风カ机具有抗强风，甚至是飓风的能力。
图I是本实用新型的一个优选实施例的结构示意简图。图2—图5是图I的工作时的动作示意分解图(四个方位)。图6是本实用新型的另ー个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进ー步的说明。图I是本实用新型的一个优选实施例的结构示意简图，一些常规组件未被详细描述及显示。如图所示，本实用新型是ー种立轴式风カ发电设备，包括有一支架或者说立柱6，支架6上固定有发电电机7，电机7的转轴与立式旋转主轴3联接。主轴3的顶端固连有ー水平转轴2，水平转轴2及立式旋转主轴3上分别套装有啮合的伞形齿轮4、5，组成伞形齿轮对。两个伞形齿轮4、5采用I :1的转动比，伞形齿轮4通过轴承与立式旋转主轴3连接，而伞形齿轮5通过轴承与水平转轴2连接。阻カ叶片I安设在伞形齿轮5上，可绕水平转轴(叶片转轴)2旋转。另外伞形齿轮4的底部位置安装有一风向调节机构8，可根据情況，带动伞形齿轮4转动，继而对阻カ叶片I的受风角度进行相应调整。在本实用新型中，阻力叶片I包括一个迎风叶面及一平衡杆，所述平衡杆与迎风叶面以叶片转轴2为中心动态平衡。当阻カ叶片I受风时,克服摩擦力后，由于叶片I固连在伞形齿轮5上，将带动伞形齿轮5旋转，通过与之啮合的伞形齿轮4，带动叶片转轴2与固连的立式旋转主轴3绕主轴3中心转动。叶片I在绕主轴3水平旋转(公转)的同时，还绕叶片转轴2旋转(自转)。本实用新型，通过对阻カ叶片I形状的巧妙设计以及齿轮对4、5的采用，使得叶片I主要受カ面始終保持在主轴3的ー侧，极大减小了(甚至彻底去除了)叶片I在阻力区域转动所引起的反向扭矩，减小了正向扭矩因克服风叶的反向扭矩而耗功，从而使得该风カ机具有更大的扭矩和低风速启动性能，极大地提高了转换效率。图2—图5是图I的实施例工作时的动作示意分解图，分别显示了本实施例中立式旋转主轴3相对于风向每旋转90度所处的四个位置时的主视图和俯视图。图2显示的是阻カ叶片I及风カ机的初始位置。如图所示，整个装置处于正面迎风位置。阻カ叶片I位于主轴3前面横向右侧，处于最大扭矩状态，受风カ推动，叶片I将驱动主轴3旋转，同时伞形齿轮对4、5又驱动叶片I向下自转，主轴3和叶片转轴2均转过 90度后到达图3的位置。此时叶片I位于主轴3的右侧垂直向下；接下来叶片I在惯性作用下继续转动，同时接受风カ推动给主轴3提供动カ矩，到达图4的位置，此时叶片I位于主轴3的后面位置横向右方，处于最大扭矩状态；接下来，在风カ推动下叶片I继续转动，到达图5的位置，此时叶片I位于主轴3左侧，垂直向上；再接下来，叶片I在惯性作用下继续旋转，并在风カ驱动的合力作用下又转到图2所示的初始位置。图6是本实用新型的另ー个优选实施例的结构示意图(含主视图及俯视图)。在图I实施例的基础上，増加了一个叶片I (主叶片)，同时增加了两个副叶片9、10。该实施例中，两个阻カ叶片I对称设置，有利于主轴3等部件的均衡受力，同时也增加了受风时间及受カ面积。副叶片9和10为半圆柱面形状与水平转轴2固连在一起，当水平转轴2随主轴3 一起旋转时，副叶片9、10也随水平转轴2 —起绕主轴3旋转。副叶片9、10在位置(b)时产生最大扭矩，正好补充主叶片I在该位置扭矩为零的缺陷。与图I所示的实施例相比，图3所示实施例的发电效率又有较大提高。当然，在不同的实施例中，阻力叶片的数目还可以继续增加。在本实用新型中，发电电机7为具有电启动旋转功能的电机，该风カ发电机的启动是通过控制系统给发电电机7加电后启动发电机7转子带动王轴3转动而启动的。在风速传感器测得的风速适合发电时(达到预定电压输出所需要的风速)才启动系统发电，可以有效减少风カ机轴承等运动零部件的空转磨损，从而延长了风カ发电机的寿命。在本实用新型中，通过与齿轮4结合的专用风向调节机构8，在控制系统的驱动下，可以使阻カ叶片I的迎风角度视风カ情况不断作出调整。在启动时正面朝向风向的来流方向，而在停机时，使得叶片受カ面与风向的来流方向保持一致。这样，由于阻カ叶片具备ー个(近乎)零受カ的角度(图I中的位置(b)或位置(d))，使得该风カ机具有抗强风，甚至是飓风的能力，減少了风カ机的损耗，降低了飓风损坏的风险。当然，判断风向，需要风向检测装置(未图示)的配合。本实用新型中，可以通过对伞形齿轮对传动比的调整，使得阻カ叶片I主要在主轴3的ー侧，以提供更大的动カ矩。并在实际应用时可根据需要加ー个惯性轮，或沿主轴方向取不同角度多装几个叶片，以获得更大的动カ矩同时使得动カ矩比较连续和均匀。以上仅为本实用新型的最佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型。凡依据本实用新型公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的ー些雷同、替代方案，均应落入本实用新 型的保护范围。
权利要求1.ー种抗飓风型高效风カ发电机，包括有立式旋转主轴，阻力叶片、发电电机以及控制系统，发电电机与立式旋转主轴轴向联接，其特征在于，所述阻カ叶片活动安装在与立式旋转主轴垂直固连的水平转轴上，在绕立式旋转主轴旋转的同时还绕水平转轴转动。
2.根据权利要求I所述的风カ发电机，其特征在于，所述阻カ叶片包括个迎风叶面及平衡杆，所述平衡杆与迎风叶面以水平转轴为中心动态平衡。
3.根据权利要求I或2所述的风カ发电机，其特征在于，所述立式旋转主轴与所述水平转轴上分别套装有可啮合的伞形齿轮，组成齿轮对，所述阻カ叶片安设在水平转轴上的伞形齿轮上。
4.根据权利要求3所述的风カ发电机，其特征在于，所述伞形齿轮对分别通过轴承套 装在立式旋转主轴及水平转轴上，一风向调节机构与套装在立式旋转主轴上的伞形齿轮固连。
5.根据权利要求4所述的风カ发电机，其特征在干，所述伞齿轮齿轮对的传动比为1:1。
6.根据权利要求5所述的风カ发电机，其特征在于，所述发电电机为具有电启动旋转功能的电机。
7.根据权利要求6所述的风カ发电机，其特征在于，还包括有风速传感器，所述控制系统根据风速传感器检测的參数，进行判断并控制启动系统发电。
8.根据权利要求7所述的风カ发电机，其特征在于，还包括风向检测装置；所述控制系统根据风向检测装置检测的參数，控制发电电机带动风向调节机构及立式旋转主轴上的伞形齿轮旋转，以调整阻カ叶片的受风角度。
9.根据权利要求8所述的风カ发电机，其特征在于，所述阻カ叶片数为两个。
10.根据权利要求9所述的风カ发电机，其特征在于，在水平转轴的两端各加设有ー个曲面形状的副叶片。
专利摘要本实用新型提供一种抗飓风型高效风力发电机，包括有立式旋转主轴，阻力叶片、发电电机以及控制系统，发电电机与主轴轴向联接，其不同之处在于，所述阻力叶片活动安装在与立式旋转主轴垂直固连的水平转轴上，在绕立式旋转主轴旋转的同时还绕水平转轴转动。同时，通过对阻力叶片形状的巧妙设计以及伞形齿轮对的采用，使得叶片主要受力面始终保持在主轴的一侧，极大减小了叶片在阻力区域转动所引起的反向扭矩，减小了正向扭矩因克服风叶的反向扭矩而耗功，从而使得该风力机具有更大的扭矩和低风速启动性能，提高了转换效率，并可有效抵抗飓风所造成的损坏。
文档编号F03D9/00GK202417825SQ201120514500
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者杨建 , 童刚 申请人:深圳清华大学研究院