专利名称：垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于垂直轴风力发电机领域，具体地说，尤其涉及垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构。
背景技术：
如图2所示，垂直轴风力发电机桨叶的桨距角0是桨叶的圆周速度方向与其叶弦方向之间的夹角，目前桨叶的桨距角在设计时便已经设定，不可调节，且该设定的桨距角与启动风速、额定风速、切出风速及风力发电机的额定功率等因素密切相关。同时，桨距角代表的是桨叶的风能利用率，桨距角越大，其风能利用率就越低，且在相同风速的情况下，桨距角越大，风力发电机的输出功率越小。在运行过程中，我们发现实际风速常常与启动风速、额定风速、切出风速有很大差异。当实际风速<启动风速时，风力发电机强制停机，为了保护桨叶，需要增大桨距角，一般要增大至90°，而现有结构无法实现；当启动风速 < 实际风速< 额定风速时，需要尽可能地减小桨距角，一般需减小至0° ,以便提高风能利用率,增大风力发电机的输出功率；当额定风速<实际风速<切出风速时，需根据实际风速的大小调节桨距角，从而使风力发电机的输出功率稳定在额定功率附近，而现有结构无法实现，致使风力发电机的输出功率与其额定功率偏差较大，这样就会对电网产生较大的冲击；当实际风速>切出风速时，风力发电机强制停机，为了保护桨叶，需要增大桨距角，一般要增大至90°，而现有结构还是无法实现。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，它能够根据需要调节风力发电机桨叶的桨距角。本实用新型的技术方案如下一种垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，包括分布在同一圆周上的桨叶(I)，该桨叶呈竖直设置，且各桨叶(I)的上、下部均分别套装有一个叶片箍(2)，该叶片箍的背面具有两个上、下并排设置的水平支耳(2a)，其特征在于在所述桨叶(I)所在圆的内侧设置动力组件、竖直管组件、执行组件、风机轮毂外壳(3)和主动锥齿轮(4)，其中风机轮毂外壳(3)对称设在所述竖直管组件的上、下端，在竖直管组件内设置所述动力组件，该动力组件包括动力装置(5)和竖直输出轴(6)，其中动力装置
(5)的两个输出端分别与对应的所述竖直输出轴(6)相连,该竖直输出轴位于动力装置(5)的上、下方，并在动力装置(5)的带动下绕各自的轴心线转动，且两根竖直输出轴(6)远离动力装置的一端伸到对应的风机轮毂外壳(3)内，并在两伸入端均套装有所述主动锥齿轮
(4)；在两个风机轮毂外壳(3)上均水平设有所述执行组件，该执行组件的位置与所述叶片箍(2) —一对应；所述执行组件包括水平轴(7)、从动锥齿轮(8)、水平支撑管(9)、水平安装管(10)、蜗杆(11)和蜗轮(12)，其中水平支撑管(9)的内端与所述风机轮毂外壳
(3)固定，水平支撑管(9)的外端部与所述水平安装管(10)内端部同心连接，该水平安装管的外部位于所述叶片箍(2)的两个水平支耳(2a)之间；所述水平轴(7)通过轴承支撑于水平支撑管(9)内，水平轴(7)的内端伸到所述风机轮毂外壳(3)内，并在该伸入端套装所述从动锥齿轮(8)，该从动锥齿轮(8)与所述主动锥齿轮(4)相啮合，且水平轴(7)的外端与所述蜗杆(11)同轴连接；所述蜗杆(11)和蜗轮(12)均装在水平安装管(10)内，且蜗杆(11)与蜗轮(12)相啮合，该蜗轮套装于蜗轮轴(13)上，蜗轮轴(13)的上、下端部分别穿过所述水平安装管
(10)管壁上的过孔后，插入所述叶片箍(2)对应水平支耳(2a)上的安装孔中，且叶片箍
(2)能够跟随蜗轮轴(13) —起转动，在所述动力装置(5)的带动下，各个叶片箍(2)能够同 步沿周向摆动，从而同步调节各个叶片箍(2)的桨距角(0)。安装本调节机构时，将下面一个风机轮毂外壳的下端与轮毂法兰盘连接，该轮毂法兰盘设在轮毂主轴的上端，该轮毂主轴位于风力发电机的上方，并通过联轴器与风力发电机的主轴相连。运行时，所述桨叶(I)在风能的作用下绕回转中心转动，从而带动风力发电机发电机发电。如附图I至10所示，需要调节桨叶⑴的桨距角(0)时，启动动力装置(5)，该动力装置带动两根竖直输出轴(6)绕各自的轴心线自转，转动的竖直输出轴(6)带动各自的主动锥齿轮(4)旋转，旋转的两个主动锥齿轮(4)同时带动与之啮合的各个从动锥齿轮
(8)转动，进而带动所述水平轴(X)旋转，旋转的水平轴(X)带动所述蜗杆(11) 一起转动，转动的蜗杆(11)带动蜗轮(12)旋转，旋转的蜗轮(12)带动蜗轮轴(13)转动，最终带动各个调节桨叶(I)同步沿周向摆动，从而同步调节各个叶片箍(2)的桨距角(9)。当实际风速<启动风速时，风力发电机会强制停机，而本调节机构可同步增大各个叶片箍(2)的桨距角，最大可增大至90°，这样就能很好地保护桨叶；当启动风速<实际风速<额定风速时，本桨距角调节机构可尽可能地减小各个叶片箍(2)的桨距角，最小可减小至0°，这样就能有效提高风能利用率，增大风力发电机的输出功率；当额定风速<实际风速<切出风速时，本调节机构可以根据实际风速的大小适应性地调节各个叶片箍(2)的桨距角，从而使风力发电机的输出功率稳定在额定功率附近，这样就会避免对电网产生较大的冲击；当实际风速>切出风速时，风力发电机会强制停机，而本调节机构可同步增大各个叶片箍(2)的桨距角，最大可增大至90°，这样就能很好地保护桨叶。本实用新型可根据需要调节桨叶的桨距角，并能够同步调节各个桨叶的桨距角，避免各桨叶受力不均匀，很好地克服了传统结构不能调节桨叶桨距角的缺陷，既能够在风力发电机停机时很好地保护桨叶，又能提高风力发电机的输出功率，还可将风机的输出功率稳定在其额定功率附近，避免对电网产生大的冲击，且结构简单、制作方便，具有良好的技术和经济价值，适于在垂直轴风力发电机领域大规模推广运用。在本技术方案中，所述动力组件由动力装置(5)、竖直输出轴￠)、减速器(14)和联轴器(15)构成，其中动力装置(5)为双轴电机，该双轴电机的两个输出端分别通过所述减速器(14)和联轴器(15)与对应的竖直输出轴(6)相连。在本实施例中，与双轴电机连接的两根竖直输出轴￠)的同步性好，且两根竖直输出轴￠)的转速、转向相同，这样就能可靠地带动各个桨叶(I)同步沿周向摆动，从而同步调节各个桨叶(I)的桨距角(0)。此时，上面 一个风机轮毂外壳上的执行组件中蜗杆的旋向与下面一个风机轮毂外壳上的执行组件中蜗杆的旋向相反。当然，本实用新型并不限制动力装置(5)必须为双轴电机，也可根据需要采用两个背对设置的单轴电机，且两个单轴电机各自的输出端通均过减速器(14)和联轴器(15)与对应的竖直输出轴(6)相连。所述竖直管组件由安装管(16)和竖直管(17)构成，其中安装管(16)连接于两根竖直管(17)之间，三者的管心线在同一条直线上；所述动力装置(5)固设在安装管(16)内，两根所述竖直输出轴(6)则通过轴承支撑在对应的竖直管(17)内，这样就能方便地进行拆、装，进而便于运输，有效地改善了本装置的性能。所述风机轮毂外壳(3)为回转体结构，该风机轮毂外壳的外壁上设有水平支撑支管(3a)，所述水平支撑管(9)的内端固设在该水平支撑支管(3a)内，且水平支撑管(9)的横截面为椭圆形。以上结构不仅能牢靠地安装所述水平支撑管(9)，而且水平支撑管(9)的横截面有利于减小紊流。所述蜗轮轴(13)的下端部通过轴承支撑于下面一个水平支耳(2a)上的安装孔中，该蜗轮轴(13)的上端部通过平键(18)安装于上面一个水平支耳(2a)上的安装孔中，这样就能可靠地使所述桨叶(I)跟随蜗轮轴(13) —起转动，而且结构简单，制作方便。作为优化，所述水平安装管(10)由上、下半管对接而成，且上、下半管上分别开有供所述蜗轮轴(13)穿过的过孔，这样就能方便地安装螺杆、蜗轮和蜗轮轴。在本技术方案中，所述叶片(I)的数目一般为4片，各叶片(I)均匀分布在同一圆周上，当然叶片(I)的数目也可根据实际需要做相应调整。有益效果本实用新型可根据需要调节桨叶的桨距角，并能够同步调节各个桨叶的桨距角，很好地克服了传统结构不能调节桨叶桨距角的缺陷，既能够在风力发电机停机时很好地保护桨叶，又能提高风力发电机的输出功率，还可将风机的输出功率稳定在其额定功率附近，避免对电网产生大的冲击，且结构简单、制作方便，具有良好的技术和经济价值，适于在垂直轴风力发电机领域大规模推广运用。
图I为本实用新型的俯视图；图2为本实用新型桨叶I的桨距角0定义示意图；图3为图I中桨叶I的桨距角0发生改变时的示意图；图4为图I的A-A向剖视图；图5为图4中B部分的局部放大图；图6为图4中C部分的局部放大图；图7为图4中D部分的局部放大图；图8为图4的E-E向剖视图；图9为图4的F-F向剖视图；图10为图4的G-G向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明如图1、3、4及5所示，本调节机构主要由桨叶I、叶片箍2、风机轮毂外壳3、主动锥齿轮4、动力组件、竖直管组件和执行组件等构成，其中桨叶I分布在同一圆周上，该桨叶I呈竖直设置。在本实施例中，所述桨叶I的数目为4片，并均匀分布在同一圆周上，当然也可采用其它数目的叶片，如3、5、6…… 为了便于固定桨叶1，特在各个桨叶I的上部和下部均分别套装有一个叶片箍2，该叶片箍2具有两个水平支耳2a，这两个水平支耳2a呈上、下并排设置。作为本实用新型的实用新型点，在上述桨叶I所在圆的内侧设置所述动力组件、竖直管组件、执行组件、风机轮毂外壳3和主动锥齿轮4。所述竖直管组件由安装管12和竖直管13构成，其中安装管12连接于两根竖直管13之间，三者的管心线在同一条直线上。在上述竖直管组件的上、下端对称设有所述风机轮毂外壳3，具体为两个风机轮毂外壳3分别通过螺钉与竖直管组件中对应的竖直管13固定连接。所述风机轮毂外壳3为回转体结构，其中心线与所述竖直管13的管心线在同一条直线上，且风机轮毂外壳3的外壁上沿圆周均匀设置有4根水平支撑支管3a，该水平支撑支管3a用于支撑所述执行组件，且水平支撑支管3a与风机轮毂外壳3的内腔相通。另外，上面一个风机轮毂外壳3的顶端通过螺钉连接有顶盖19，安装本调节机构时下面一个风机轮毂外壳3的下端与轮毂法兰盘20连接，该轮毂法兰盘20设在轮毂主轴21的上端，该轮毂主轴21位于风力发电机22的上方，并通过联轴器(图中未标记)与风力发电机22的主轴相连。如图I及图3 6可看出，所述动力组件安装于竖直管组件内，该动力组件包括动力装置5和竖直输出轴6，其中竖直输出轴6对称设在动力装置5的上方和下方，并在动力装置5的带动下绕各自的轴心线转动，且两根竖直输出轴6远离动力装置的一端伸到对应的风机轮毂外壳3内，并在两伸入端均套装有所述主动锥齿轮4。在本实施例中，所述动力组件由动力装置5、竖直输出轴6、减速器10和联轴器11构成，其中动力装置5为外购的双轴电机，该双轴电机具有两个输出端，其中上面一个输出端通过所述减速器10和联轴器11与动力装置5上方的一根所述竖直输出轴6相连。下面一个输出端通过所述减速器10和联轴器11与动力装置5下方的一根所述竖直输出轴6相连。并且，两根竖直输出轴6通过轴承支撑在对应的所述竖直管13内，且竖直输出轴6的轴心线与该竖直管13的管心线在同一条直线上。另外，所述动力装置5通过螺钉固定于安装管12内，该动力装置5启动时，能够带动两根所述竖直输出轴6绕各自的轴心线自转，且两根竖直输出轴6的转动速度和方向均相同。当然，本实用新型并不限制动力装置5必须为双轴电机，该动力装置5也可米用两个背对设置的单轴电机。如图I 10可得出，在两个风机轮毂外壳3上均水平设有所述执行组件，该执行组件的位置与所述叶片箍2 —一对应。在本实施例中，上面一个风机轮毂外壳3上设有4个执行组件，这4个执行组件的设置位置与4片桨叶I上部的叶片箍2 —一对应；而下面一个风机轮毂外壳3上也设有4个执行组件，这4个执行组件的设置位置与4片桨叶I下部的叶片箍2 对应。所述执行组件由水平轴7、从动锥齿轮8、水平支撑管9、水平安装管10、蜗杆11、蜗轮12、蜗轮轴13、平键18和蜗杆联轴器23构成，其中水平支撑管9的横截面为椭圆形，该水平支撑管9的内端与所述风机轮毂外壳3固定，具体为水平支撑管9的内端固定在风机轮毂外壳3的水平支撑支管3a内。上述水平支撑管9的外端部插入所述水平安装管10内端部的管口中，两者同心连接在一起，该水平安装管10的外部位于所述叶片箍2的两个水平支耳2a之间。所述水平安装管10由上半管和下半管对接而成，且上半管和下半管的管壁上均分别开有供所述蜗轮轴13穿过的过孔。如图I 10还可进一步得出，所述水平轴7通过轴承支撑于水平支撑管9内，水平轴7的内端伸到所述风机轮毂外壳3内，并在该伸入端套装所述从动锥齿轮8，该从动锥齿轮8与所述主动锥齿轮4相啮合。上述水平轴7的外端通过蜗杆联轴器23与所述蜗杆11同轴连接。所述蜗杆11和蜗轮12均装在水平安装管10内，且蜗杆11与蜗轮12相啮合，该蜗轮12套装于蜗轮轴13上。上述蜗轮轴13的上端部穿过所述水平安装管10上半管上的 的过孔后，插入所述叶片箍上面一个水平支耳2a上的安装孔中，并通过所述平键18安装于上面一个水平支耳2a上的安装孔中，具体为平键18的一部卡接在该水平支耳2a上的安装孔中，平键18的另一部卡在所述安装蜗轮轴13上端部的键槽中。所述蜗轮轴13的下端部穿过所述水平安装管10下半管上的的过孔后，插入所述叶片箍下面一个水平支耳2a上的安装孔中，并通过轴承支撑在下面一个水平支耳2a上的安装孔中，这样就能可靠地使叶片箍2跟随蜗轮轴13 —起转动，进而使桨叶I跟随蜗轮轴13 —起转动。在所述动力装置5的带动下，各个叶片箍2能够同步沿周向摆动，从而同步调节各个叶片箍2的桨距角0。如图I 9可得出，由于本实施例中动力装置5为双轴电机，该动力装置5带动的两根竖直输出轴6转动速度和方向均相同，所以上面4个执行组件中蜗杆11的旋向与下面4个执行组件中蜗杆11的旋向必须相反。因为只有这样才能保证在所述动力装置5的带动下，所述桨叶I在沿周向摆动，而不在竖直面内发生扭转，并且各个桨叶I同步摆动，从而同步调节各个桨叶I的桨距角。当然，如果采用两个背对设置的单轴电机来充当动力装置5，为了保证各个桨叶I能够同步沿周向摆动，这两个单轴电机的转速必须相同，而两个单轴电机的转向既可相同也可相反。当两个单轴电机的转向相同时，这两个单轴电机就相当于一个双轴电机，此时上面4个执行组件中蜗杆11的旋向与下面4个执行组件中蜗杆11的旋向必须相反。当两个单轴电机的转向相反时，此时上面4个执行组件中蜗杆11的旋向与下面4个执行组件中蜗杆11的旋向必须相同。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，包括分布在同一圆周上的桨叶 (I)，该桨叶呈竖直设置，且各桨叶(I)的上、下部均分别套装有一个叶片箍(2)，该叶片箍 的背面具有两个上、下并排设置的水平支耳(2a)，其特征在于在所述桨叶(I)所在圆的内 侧设置动力组件、竖直管组件、执行组件、风机轮毂外壳(3)和主动锥齿轮(4)，其中风机轮 毂外壳(3)对称设在所述竖直管组件的上、下端，在竖直管组件内设置所述动力组件，该动 力组件包括动力装置(5)和竖直输出轴￠)，其中动力装置(5)的两个输出端分别与对应的 所述竖直输出轴(6)相连,该竖直输出轴位于动力装置(5)的上、下方，并在动力装置(5) 的带动下绕各自的轴心线转动，且两根竖直输出轴(6)远离动力装置的一端伸到对应的风 机轮毂外壳(3)内，并在两伸入端均套装有所述主动锥齿轮(4)；在两个风机轮毂外壳(3)上均水平设有所述执行组件，该执行组件的位置与所述叶片 箍(2) —一对应；所述执行组件包括水平轴(7)、从动锥齿轮(8)、水平支撑管(9)、水平安 装管(10)、蜗杆(11)和蜗轮(12)，其中水平支撑管(9)的内端与所述风机轮毂外壳(3)固 定，水平支撑管(9)的外端部与所述水平安装管(10)内端部同心连接，该水平安装管的外 部位于所述叶片箍(2)的两个水平支耳(2a)之间；所述水平轴(7)通过轴承支撑于水平支撑管(9)内，水平轴(7)的内端伸到所述风机 轮毂外壳(3)内，并在该伸入端套装所述从动锥齿轮(8)，该从动锥齿轮(8)与所述主动锥 齿轮(4)相啮合，且水平轴(7)的外端与所述蜗杆(11)同轴连接；所述蜗杆(11)和蜗轮(12)均装在水平安装管(10)内，且蜗杆(11)与蜗轮(12)相啮 合，该蜗轮套装于蜗轮轴(13)上，蜗轮轴(13)的上、下端部分别穿过所述水平安装管(10) 管壁上的过孔后，插入所述叶片箍⑵对应水平支耳(2a)上的安装孔中，且叶片箍⑵能 够跟随蜗轮轴(13) —起转动，在所述动力装置(5)的带动下，各个叶片箍(2)能够同步沿 周向摆动，从而同步调节各个叶片箍(2)的桨距角(0)。
2.根据权利要求I所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于所述 动力组件由动力装置(5)、竖直输出轴￠)、减速器(14)和联轴器(15)构成，其中动力装置 (5)为双轴电机，该双轴电机的两个输出端分别通过所述减速器(14)和联轴器(15)与对应 的竖直输出轴(6)相连。
3.根据权利要求2所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于所述 竖直管组件由安装管(16)和竖直管(17)构成，其中安装管(16)连接于两根竖直管(17) 之间，三者的管心线在同一条直线上；所述动力装置(5)固设在安装管(16)内，两根所述竖 直输出轴(6)则通过轴承支撑在对应的竖直管(17)内。
4.根据权利要求I或3所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于 所述风机轮毂外壳(3)为回转体结构，该风机轮毂外壳的外壁上设有水平支撑支管(3a)， 所述水平支撑管(9)的内端固设在该水平支撑支管(3a)内，且水平支撑管(9)的横截面为 椭圆形。
5.根据权利要求4所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于所述 蜗轮轴(13)的下端部通过轴承支撑于下面一个水平支耳(2a)上的安装孔中，该蜗轮轴 (13)的上端部通过平键(18)安装于上面一个水平支耳(2a)上的安装孔中。
6.根据权利要求5所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于所述 水平安装管(10)由上、下半管对接而成，且上、下半管上分别开有供所述蜗轮轴(13)穿过的过孔。
7.根据权利要求6所述垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，其特征在于所述叶片(I)的数目为4片，各叶片(I)均匀分布在同一圆周上。
专利摘要本实用新型公开一种垂直轴风力发电机桨叶的桨距角调节机构，包括分布在同一圆周上的桨叶，桨叶呈竖直设置，且各桨叶的上、下部均分别套装有一个叶片箍，叶片箍的背面具有两个上、下并排设置的水平支耳，在桨叶所在圆的内侧设置动力组件、竖直管组件、执行组件、风机轮毂外壳和主动锥齿轮。本实用新型可根据需要调节桨叶的桨距角，并能够同步调节各个桨叶的桨距角，很好地克服了传统结构不能调节桨叶桨距角的缺陷，既能够在风力发电机停机时很好地保护桨叶，又能提高风力发电机的输出功率，还可将风机的输出功率稳定在其额定功率附近，避免对电网产生大的冲击，且结构简单、制作方便，具有良好的技术和经济价值，适于在垂直轴风力发电机领域大规模推广运用。
文档编号F03D3/06GK202545113SQ20122010893
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者李奇敏, 温皓宇, 端赣来, 罗洋 申请人:罗洋