相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的制作方法

本发明涉及一种风力机器，更为具体地，本发明涉及一种垂直轴式风力机器。

背景技术：

风力机器是一种利用风力机叶片捕获风能，并将其转换为旋转机械能，进而驱动机器发电的能源机器。根据其规模和功率的大小将其划分为大型风力机器和小型风力机器。我国是小型风力机器的主要生产和出口国。

现有技术中，小型风力机器主要有水平轴式和垂直轴式两种结构，这两种结构均采用风力机直接驱动永磁机器方式。

水平轴式风力机器的缺点是启动风力较大，一般需要启动风速在3.5m/s~4.0m/s才能启动机器，无法实现微风（2级风）启动发电。

垂直轴式风力机器的启动转距大，可以实现微风启动发电，但其垂直轴结构限制了其转速，风力机叶片旋转的线速度不能高于风速，回转半径越大，则转速就越低。而用于风力机器的永磁机器转速要求较高，一般转速都在300转/分以上才能有效发电。现有技术中的垂直轴式风力机器采用垂直旋转风力机与永磁机器直接连接的方式，风力机安装在永磁机器的转子上，利用风力机的叶片旋转带动永磁机器的转子旋转来发电。而高转速的永磁机器在风速较低时与低转速的风力机不匹配，使永磁机器无法工作在额定的设计转速中，也就无法提供需要的电能，影响了发电效率。

此外，现有技术中的垂直轴式机器的调速较为困难，不能最大限度地捕获风能，且过高风速下的保护也只能靠机械式刹车装置。

因此，提供一种解决上述缺点的相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统实为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统，通过以下技术方案实现：该相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统包括定子叶片组，外转子叶片组和具有定子和外转子的永磁机器，所述定子叶片组连接在所述永磁机器的定子上,能够带动该定子沿第一方向旋转;所述外转子叶片组连接在所述永磁机器的外转子上,能够带动该外转子沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，所述定子叶片组包括复数个定子叶片，每个所述定子叶片通过复数个定子连接叶片连接到所述永磁机器的定子上；所述外转子叶片组包括复数个外转子叶片，每个所述外转子叶片通过复数个外转子连接叶片连接到所述永磁机器的外转子上。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，每个所述定子叶片和每个所述外转子叶片均由主机翼和襟翼构成，所述襟翼可相对于所述主机翼调整偏角。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，所述襟翼由直流电机通过一对齿轮驱动，所述直流电机由无线遥控装置控制其运转，进而控制所述襟翼相对于所述主机翼调整偏角。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，所述定子连接叶片和所述外转子连接叶片为升力翼型连接叶片。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，所述永磁机器的定子上安装有定子法兰盘，所述定子叶片组安装在所述定子法兰盘上；所述永磁机器的外转子上安装有外转子法兰盘，所述外转子叶片组安装在所述外转子法兰盘上。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，每个所述定子叶片和每个所述外转子叶片采用NACA2414或NACA23012翼型。

在本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的一个具体实施例中，还包括塔架，该塔架的一端连接所述永磁机器，该塔架用于支撑所述永磁机器及所述定子叶片组和外转子叶片组。

本发明采用两组叶片，一组连接永磁机器的定子，一组连接永磁机器的外转子，而且在风力的驱动下，两组叶片将带动该永磁机器的定子和外转子相向旋转。相对于只有一组叶片连接在永磁机器的转子上的结构而言，本发明提供的这种风力机器的结构使永磁机器在相同的风力条件下转速提高了一倍，能够使叶片的旋转速度与永磁机器额定的转速相匹配。同时，采用两组叶片的结构相对于一组叶片的结构也减小了叶片的尺寸和回转半径。本发明的一个具体实施例中，采用的可调襟翼结构可实现风能的最大捕获和高风速下的自我保护功能；采用升力翼型连接叶片可有效减小旋转时轴承上的机械负荷，延长实用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的整体结构图；

图2为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的永磁机器的剖面图；

图3为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的定子叶片的结构图；

图4为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的的定子叶片工作时正常工作状况下的结构图；

图5为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的的定子叶片工作时微风启动状况下的结构图；

图6为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的的定子叶片工作时在大风速状况下的结构图；

具体实施方式

下面将结合附图详细讲解本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统。

参考图1，一种相向垂直轴式风力机器包括永磁机器3，该永磁机器3包括定子30和外转子31。所述定子30呈圆柱形，而所述外转子31则呈圆筒形，且外转子31的内半径大于所述定子30的半径，从而定子30可以在外转子31的内部中空部位相对自由的转动，所述定子30和外转子31都可以转动，其名称是采用传统技术的名称，不能限定其功能。

这种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统还包括定子叶片组1和外转子叶片组2。所述定子叶片组1安装在定子30上，并能够带动该定子30在第一方向（例如顺时针方向）上旋转；而外转子叶片组2则安装在外转子31上，并能够带动该外转子31在与所述第一方向相反的方向（例如逆时针方向）上旋转。也就是说，定子30和外转子31在各自的叶片组带动下相向旋转，与现有技术中只有一个外转子旋转的风力机器相比，该技术使永磁机器的转速提高了一倍。

在本实施例中，所述定子叶片组1和外转子叶片组2都包括复数个（本实施例为3个）叶片，定子叶片组1上的叶片我们称之为定子叶片10，而外转子叶片组2上的叶片我们称之为外转子叶片20，所述定子叶片10和外转子叶片20无论结构还是功能都是一样的，故下文中如果仅介绍其中一种叶片，另外一种叶片也是同样的结构和功能，就不再另外介绍了。

在本实施例中，所述定子叶片组1和外转子叶片组2都包括复数个（本实施例为6个）连接叶片，定子叶片组1上的连接叶片我们称之为定子连接叶片11，而外转子叶片组2上的连接叶片我们称之为外转子连接叶片21，所述定子连接叶片11和外转子连接叶片21无论结构还是功能都是一样的，故下文中如果仅介绍其中一种连接叶片，另外一种连接叶片也是同样的结构和功能，就不再另外介绍了。

不论是定子叶片组1还是外转子叶片组2，都是通过各自的连接叶片连接到定子30或外转子31上的。

这种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统还包括一支撑所述永磁机器3和所述定子叶片组1和外转子叶片组2的塔架4。该塔架一端连接所述永磁机器3，另一端则埋入地下用于固定该风力机器。

参考图2，该图2为永磁机器3的剖面图。该永磁机器3包括定子30和外转子31。所述定子30的顶端安装有定子法兰盘300，该定子法兰盘300用于安装定子连接叶片11从而固定定子叶片10。所述外转子31的顶端安装有外转子法兰盘310，该外转子法兰盘310用于安装外转子连接叶片21从而固定外转子叶片20。该外转子31还包括一支撑筒312，在该支撑筒312的顶端装有轴承301，该轴承301可以为滚珠轴承或其它起支撑并润滑作用的轴承，轴承301有助于定子30顺畅地相对于支撑筒312旋转。在支撑筒312和外转子31的旋转部分（图未示）之间装有轴承311，在本实施例中，该轴承311包括4个分立轴承，有3个分立轴承位于该支撑筒312的上端，有1个分立轴承位于该支撑筒312的下端。所述支撑筒312下端固定在所述塔架4上（图未示），如此一来，定子30可以相对于支撑筒312旋转，外转子31的旋转部分也相对于支撑筒312旋转，只要通过叶片组的不同安装方向就可以决定定子30和外转子31的旋转方向。

参考图3，图3为本发明提供的一种相向旋转垂直轴式风力发电机控制系统的定子叶片的结构图。因为外转子叶片和定子叶片的结构和工作模式完全一样，因此这里仅描述定子叶片，外转子叶片就不再另外描述。如图所示，定子叶片10包括主翼100和襟翼101，该襟翼101靠近主翼100的一端安装有齿轮组102，该齿轮组102通过一个传动轴（图未示）由一直流电机103控制其运转，该直流电机103由一无线遥控装置（图未示）控制其运转，进而控制齿轮组102运转，齿轮组102将带动所述襟翼101相对于主翼100调整偏角。

该风力机器可以在微风条件下启动，微风启动时，通过无线遥控装置控制所述定子叶片10的襟翼101下偏，参见图5，当襟翼101下偏时，定子叶片10将获得较大的启动转距，能够在微风条件下顺利启动。当启动完成时，风速也在额定的范围内，即该风力机器工作在正常条件下时，通过无线遥控装置控制所述定子叶片10的襟翼101与主翼100没有偏角，参见图4，即该襟翼101与主翼100保持流线型外形，该外形符合空气动力特性要求。当风速过大需要降低叶片组的转速时，通过无线遥控装置控制所述定子叶片10的襟翼101上偏，参见图6，此时定子叶片10的气动转距减小，进而使定子叶片组1的转速降低。所述无线控制装置可以采用单片机作为控制器，因为该技术为公知技术，在此不再赘述。

在本发明的一个具体实施例中，每个所述定子叶片10和每个所述外转子叶片20采用NACA2414或NACA23012翼型，采用中间有支撑龙骨加填充物，外面包上玻璃纤维的结构形式，以减轻重量并使外形轮廓保证一定的形状、强度和刚度。

在本发明的一个具体实施例中，所述定子连接叶片11和所述外转子连接叶片21为升力翼型连接叶片，利用空气动力产生的升力来减小旋转时的轴承负载，提高轴承使用寿命。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。