无叶片风力发电机自动偏航及发电装置的制作方法

本实用新型属于无叶片风力发电机创新技术领域，具体涉及无叶片风力发电机自动偏航及发电装置。

背景技术：

随着传统能源的日益减少，而人们对能源的需求却不断增加，能源短缺已成为全球性问题。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，它是取之不尽用之不竭的，利用风能发电已成为应对能源短缺的一种重要方式。

传统的风力发电装置有塔架、机舱、轮毂、叶片等组成，叶片通常为3叶，叶片长度在几十米，一个风电场的众多风机之间需要较大的安全距离，故一个风电场占地面积较大，而且叶片在转动时会发出噪声，并对鸟类的安全产生威胁，这些传统风机的缺点阻碍了其向小型化、民用领域的发展，这些都需要一种新型的风力发电装置。

与传统风力发电机相比，一种新型风力发电机的构想可以改善这种清洁能源的开发。气动弹性共振现象通常被认为是一个不利因素，但利用不利因素也可以构成风能转换技术的基础。变不利因素为有利因素。基于viv流体结构相互作用的发电机，就是一种创新技术。磁力在谐振结构中的应用中，允许动态地修改结构刚度，从而导致锁定范围的增加，因此每年工作时间可以大幅度增加。通过电磁感应发电方式将振荡运动的能量转化为电能。

由涡街共振产生的最著名的灾难事件之一是塔科马海峡大桥的坍塌。当周期性运动增强振荡时，会产生共振现象。在气体绕流过程中，如果物体的固有共振频率和旋涡脱落的尾流频率相似，则空气会引起物体内的振荡运动。由涡流引起的物体内的振动称为(viv涡街共振)现象，这个现象最初是由美籍匈牙利力学家冯-卡门教授发现的，所以又叫做卡门涡街现象。利用涡街共振发电的风力发电机又叫做viv风力发电机。

viv风力发电机的能量采集的载体通常是一个倒置的锥体，其支撑是一根弹性杆，弹性杆带动发电机发电。当风向发生改变时，弹性杆的摆振方向相应的发生改变，对于沿着固定方向切割磁力线发电的发电机组，偏航问题必须要得到有效的解决。一种创新的自动偏航装置，给解决此类问题提供了方案，使viv风机无需额外增加动力偏航系统，即可实现自适应风向改变的自动偏航。为viv风力发电机提供了更多能量转换的方式。为viv风力发电机的研发起到了积极作用。如何将弹性杆的摆动运动转变为动子的切割磁力线运动是本实用新型的出发点。利用机械运动机构的曲柄滑块机构，将摆动运动转换成相对稳定的圆周旋转运动带动普通发电机发电是本次实用新型大胆创新的方案。当弹性杆发生涡街共振左右摆动时，通过曲柄将摆动运动转变为了发电机的圆周旋转运动，从提高了发电效率，和发电的稳定性。为viv风力发电机装置的研发，提供了一个创新的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服传统viv风力发电机利用水平切割磁力线发电而无须偏航的不足，提供一种能适应在垂直面内切割磁力线和依靠机构将摆动运动改为旋转运动，旋转切割磁力线发电的viv风力发电机亟待解决的自动偏航装置。

在viv风力发电机在进行涡街共振发电时，其摆振方向是随风向的改变而不断改变其舞动方向的，对于在垂直面内切割磁力线和依靠机构将摆动运动改为旋转运动，旋转切割磁力线发电的viv风力发电机，就不能沿着固定方向切割磁力线发电了。为了保证此类发电机始终沿着固定方向切割磁力线发电，自动偏航装置应运而生。无需额外增加动力即可实现自动偏航，有效的解决了此类问题，使更多的发电方式成为可能。发电装置是利用机械运动机构中的曲柄滑块机构将viv风力发电机摆动杆的摆动运动转换为能带动传统的永磁发电机发电的圆周旋转运动。从避免了非标定制永磁发电机造成的成本的增加。同时这种发电形式更适合于大功率发电的要求。发电的效率更高。输出的发电功率更加稳定。

在viv风力发电机在进行涡街共振发电时，带滑槽的摆杆锥体左右摆动，与滑槽安装成曲柄滑块机构的摆动曲柄跟随摆动，滑块在滑槽内既滑动又发生转动，曲柄始终以轴承为圆心做圆周运动，摆动曲柄的动力输出轴依靠键连接带动永磁发电机做左右旋转运动切割磁力线发电。这样的发电形式可以满足使用市场成熟的永磁发电机发电，无需特殊定制发电机，成本低廉，质量稳定。发电效率更高。随着viv风力发电机向大功率方向发展，这种形式的发电方式更适合连接更大功率的永磁发电机发电。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种无叶片风力发电机自动偏航装置内部的自动偏航组件，包括：偏航支架；摆杆锥体；摆动曲柄；轴承；发电机；偏航轴承；风机底座。所述的摆杆锥体穿过偏航支架，刚性连接组成摆杆组件，摆杆组件通过偏航轴承与风机底座形成旋转运动副；所述的偏航轴承安装在偏航支架上下两端；发电机固定安装在偏航支架的突起板上；轴承固定安装在偏航支架上，摆动曲柄的一端通过轴承与偏航支架组件组成旋转运动副，另一端穿过轴承的外伸轴为动力输出轴。

所述的偏航支架整体为立方体，上下两端均有柱状凸起，偏航轴承为圆环结构，配合安装在柱状凸起上；偏航支架上端凸起处至内部开长孔，摆杆锥体穿过偏航支架内部的长孔。

所述的摆杆锥体上端为锥棒状结构，连接下端的矩形块，矩形块上开有长条孔滑槽，底端为t型棒状结构。

所述的偏航支架中间部分伸出安装支座或安装法兰，固定安装发电机。

所述的摆杆锥体的摆杆部分为非导磁材料制成，锥体部分由碳纤维或复合玻璃纤维制成。

所述的偏航支架与摆杆锥体的摆杆侧面为滑动接触，随着摆杆的摆动方向的改变而发生自动偏转。

所述的风机底座为半开口框架结构，上端开有圆形通孔，配合偏航支架上部凸起；下端内侧固定有圆环结构，配合偏航支架下部凸起。

所述的发电机与摆动曲柄同轴且需满足同心度要求。

本实用新型的随动偏转结构是自动偏航装置的关键组件，曲柄滑块结构是新型发电装置的关键组件，这种结构具有结构简单，加工和安装方便，成本较低，安装形式方便可靠，安装工艺简单，可以长时间无需维护保养，可靠性高，可以稳定实现随风向改变自动偏航的性能要求。避免了额外增加偏航动力系统而造成的成本的增加和故障源的增加。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构主剖视图。

图2为本实用新型的整体结构侧剖视图。

图3为发电机局部剖视图。

图4为风机底座底部剖视图。

图5为本实用新型的爆炸分解示意图。

图6为偏航支架。

图7为摆杆锥体。

图8为摆动曲柄。

图中，1.偏航支架；2.摆杆锥体；3.摆动曲柄；4.轴承；5.发电机；6.偏航轴承；7.风机底座。

具体实施方式

一种无叶片风力发电机自动偏航及发电装置，包括风机底座7；摆杆锥体2；偏航轴承6；偏航支架1。其中，摆杆锥体2与偏航支架1刚性连接组成摆杆组件。摆杆组件通过上下偏航轴承6与风机底座7形成旋转运动副。摆杆锥体2的摆杆侧面与偏航支架1的上下长圆孔侧面为滑动接触。随着摆动锥体2摆动方向的改变可以实现自适应偏转。实现自适应偏航的要求。

如图1、图2所示，新型的无叶片风力发电机自动偏航装置中，摆杆锥体2和偏航支架1是一套安装在风机底座的旋转组件。这样设计的目的是使摆动锥体2自身的随风偏转可以带动偏航支架1跟随转动，始终使摆动锥体2与偏航支架1同步旋转。始终使安装在摆杆锥体2上的发电机动子轴向位置相对于安装在偏航支架上的发电机定子的安装位置保持不变。使发电机处于最佳的切割磁力线的发电位置。这种随动偏转的创新设计是自动偏航装置的关键所在。而自动偏转的动力源自随风舞动的摆动锥体产生的偏转力矩。

如图5所示，曲柄滑块式发电装置，包括：偏航支架组件1；摆杆锥体2；摆动曲柄3；轴承4；永磁发电机5。其中，偏航支架组件1、摆杆锥体2和轴承4刚性连接成组件。如图8所示，摆动曲柄3一端作为滑块与摆杆锥体2的摆杆滑槽滑动连接，另一端输出轴与轴承内圈过盈配合构成与偏航支架组件1的旋转运动副。是摆动曲柄始终以轴承4位圆心做圆周运动。使摆动曲柄3始终输出旋转力矩。

如图3、图6所示，新型的无叶片风力发电机曲柄滑块式发电装置中，偏航支架组件1上有永磁发电机5的安装支座或者安装法兰，保证永磁发电机5在偏航支架组件1用螺栓安装后，发电机5与摆动曲柄3同轴且满足同心度要求。使摆动曲柄的动力输出扭矩传递给发电机的动力输入轴上，带动发电机转子切割磁力线发电。完成发电过程。

如图7所示，所述新型摆杆锥体2的锥体设计成倒置的圆锥的结构，提高了捕风能力，非导磁材料制成的摆杆起到了弹性支撑的作用。材质为轻质的碳纤维材料或复合玻璃纤维材料，具有材料密度小而且强度高，抗疲劳耐腐蚀的特点。

具体安装过程如下：

在对无叶片风力发电机自动偏航装置的安装过程中，如图4所示，先将风机底座7固定，再将偏航轴承6的外圈安装在风机底座7上，再将偏航圆锥滚子轴承6的内圈滚子安装在偏航支架1的上下两端。再将装配好的偏航支架1安装到风机支座7的偏航滚子轴承6的外圈位置上。完成偏航转动副的安装。最后将摆杆锥体2穿过偏航支架1，用螺纹或插接等连接的方式安装固定在偏航支架1的下端，完成偏航转动副的安装。至此，整套转动副安装完毕。确保摆杆锥体2的摆杆的圆柱面与偏航支架1上端长圆孔侧壁呈切向滑动接触，确保摆杆2转动时，通过上下长孔侧壁产生偏转力矩，带动偏航支架1同步转动。由于自动偏航装置分别由一套独立的偏转机构构成，摆杆2偏转可以带动偏航支架4同步偏转，这种随动偏转方式实现了风机的自动偏航。可以使更多的发电方式成为可能，是一个创新性的偏航装置。

在对无叶片风力发电机曲柄滑块式发电装置的安装过程中，先将摆杆锥体2刚性安装到偏航支架组件1上，再将摆杆锥体2的滑槽与摆动曲柄3滑块端滑动连接到位。之后将摆动曲柄3的动力输出轴与轴承4过盈配合，实现摆动曲柄3与偏航支架组件1的转动副连接。将永磁发电机5安装在偏航支架组件1的发电机安装板上，同时与摆动曲柄3的动力输出轴同轴并用键连接成一体，再将发电机5底座用螺栓紧固在安装板上。手动摆动摆杆锥体2时，摆动曲柄的动力输出轴可以转动且带动发电机转动。

这种曲柄滑块式发电装置实现了将涡街共振的摆动运动转换为可以带动市场上成熟的永磁发电机旋转发电的圆周旋转运动。无需特殊定制发电机，大大降低制造成本。同时随着无叶片风力发电机不断升级，做大做强，可以带动更大功率的发电机，大功率发电，这是一种创新的能量转换发电方式。