专利名称：垂直轴风力发电机桨叶的回转半径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回转半径的调节机构。
背景技术：
垂直轴风力发电机桨叶的回转半径是桨叶到其回转中心的半径值，目前垂直轴风力发电机桨叶的回转半径在设计时便已经确定，不可调节，且该设定的回转半径值与额定风速、切出风速及风力发电机的额定功率密切相关。另外，风力发动机的输出功率与桨叶的实际回转半径及实际风速呈正相关。在日常运行过程中，我们发现实际风速常常与额定风速、切出风速有很大差异。当实际风速较低时，高垂直轴风力发电机启动比较困难，此时如果能适当增大桨叶的回转半径来提高垂直轴风力发电机的启动扭矩，就可有效解决启动难的问题，同时还可以将这种低风速加以利用，扩大了风速利用范围。当实际风速介于额定风速和切出风速之间的时候，受电机容量等等因素的限制需要将风力发电机的输出功率稳定在其额定功率附近，而现有结构无法根据实际风速来适应性地调节桨叶的回转半径，进而导致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。此时普通无变半径的垂直轴风力发电机只能强制停机、停止发电，但这样又会大量浪费风能资源；而本发明有利于提高垂直轴风力发电机发电功率的稳定性、高负载下的安全性、不同风速情况的适应性，以及扩大对风速的利用范围。
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回转半径调节机构，它能够调节风力发电机桨叶的回转半径。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回转半径调节机构，包括竖直设置的桨叶(I)，多片该桨叶分布在同一圆周上，且各桨叶(I)的上、下部均分别套装有一个叶片箍(2)，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)和竖直输出轴出)，其中竖直输出轴(6)对称设在动力装置(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；所述执行组件包括丝杆(7)、从动锥齿轮(8)和导管(9)，其中丝杆
(7)通过轴承支撑于对应的所述风机轮毂外壳(3)上，且丝杆(7)的内端伸到风机轮毂外壳内，并在该伸入端套装所述从动锥齿轮(8)，该从动锥齿轮与所述主动锥齿轮(4)相啮合；[0008]所述导管(9)通过螺纹副套装于丝杆(7)的外部，该导管的外端与对应的所述叶片箍(2)固定连接，在所述动力装置(5)的带动下，各桨叶(I)可同步向外扩张或者朝内收拢，从而同步调节各个桨叶(I)的回转半径。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5所示，需要调节桨叶⑴的回转半径时，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，进而带动两个所述主动锥齿轮(4)转动，转动的两个主动锥齿轮(4)同时带动与之啮合的各个从动锥齿轮(8)同步转动，进而带动所述丝杆(7)转动，转动的丝杆(7)带动它上面的导管(该导管相当于螺母)同步沿该丝杆(7)轴向滑移，最终带动桨叶(I)在水平面内移动，且各个桨叶(I)实现联动，并同步向 外扩张或者朝内收拢，从而同步调节各个桨叶(I)的回转半径。当实际风速较低时，高垂直轴风力发电机启动比较困难，此时如果能适当增大桨叶的回转半径来提高垂直轴风力发电机的启动扭矩，就可有效解决启动难的问题，同时还可以将这种低风速加以利用，扩大了风速利用范围；当实际风速>额定风速时，控制动力装置减小桨叶的回转半径，这样还能保证风力发电机正常工作，并很好地利用原来不用有效利用的风能资源，大幅提高经济效益；当实际风速介于额定风速和切出风速之间的时候，可根据实际风速的大小具体调节所述桨叶(I)的回转半径，这样不仅能保证风力发电机正常工作，避免风速在大于额定风速时，发电机对电网产生较大的冲击，而且很好地利用原来不用有效利用的风能资源，大幅提闻经济效益。本实用新型可根据需要调节桨叶的回转半径，很好地克服了传统结构不能调节桨叶回转半径的缺陷，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(10)和联轴器(11)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(10)和联轴器(11)与对应的竖直输出轴(6)相连。在本实施例中，双轴电机连接的两根竖直输出轴(6)的同步性好，可以可靠地带动各个桨叶(I)在在水平面内同步移动，调节桨叶⑴的回转半径。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(10)和联轴器(11)与对应的竖直输出轴(6)相连。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；所述动力装置(5)固设在安装管(12)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(13)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。所述执行组件还包括水平支撑管(14)，该水平支撑管的内端固定于所述风机轮毂外壳(3)上，且水平支撑管(14)套装于所述导管(9)外，这两根管滑动配合，这样就不仅能很好地对导管(9)进行导向，而且还能更好地支撑导管(9)和所述丝杆(7)。[0018]所述导管(9)和水平支撑管(14)的横截面均为椭圆形，这样不仅能有效减少紊流，而且能较好地防止所述叶片(I)在竖直面内发生扭转。在本技术方案中，所述叶片⑴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回转半径，很好地克服了传统结构不能调节桨叶回转半径的缺陷，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为本实用新型的轴测图；图2为图I的剖视图；图3为图2中A部分的局部放大图；图4为图2中B部分的局部放大图；图5为图2中C部分的局部放大图；图6为图2中D-D向剖视放大图。
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I 6所示，本调节机构由桨叶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，其中桨叶I呈竖直设置，该桨叶I分布在同一圆周上，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的结构及设置方式属于现有技术，在此不做赘述。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15，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16连接，该轮毂法兰盘16设在轮毂主轴17的上端，该轮毂主轴17位于风力发电机18的上方，并通过联轴器与风力发电机18的主轴相连。如图I 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。[0032]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则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也可采用两个背对设置的单轴电机。如图I 6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。所述执行组件由丝杆7、从动锥齿轮8、导管9和水平支撑管14构成，其中丝杆7通过轴承支撑于对应风机轮毂外壳3上的水平支撑支管3a内，且丝杆7的内端伸到风机轮毂外壳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。所述导管9相当于螺母，该导管9通过螺纹副套装于丝杆7的外部，该导管9的外端与对应的所述叶片箍2固定连接。如图I 6还可看出，所述水平支撑管14的内端固定于所述风机轮毂外壳3上的水平支撑支管3a内，该水平支撑管14套装于所述导管9外，这两根管滑动配合，并且导管9和水平支撑管14的横截面均为椭圆形。另外，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个执行组件中丝杆7的旋向与下面4个执行组件中丝杆7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，与各个叶片箍2连接的导管9同步朝向或远离竖直管组件的中心移动，进而带动各桨叶I同步在水平面内移动，并同步向外扩张或者朝内收拢，调节桨叶I的回转半径。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能够同步向外扩张或者朝内收拢，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个执行组件中丝杆7的旋向与下面4个执行组件中丝杆7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个执行组件中丝杆7的旋向与下面4个执行组件中丝杆7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回转半径调节机构，包括竖直设置的桨叶(1)，多片该桨叶分布在同一圆周上，且各桨叶(I)的上、下部均分别套装有一个叶片箍(2)，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￠)，其中竖直输出轴(6)对称设在动力装置(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；所述执行组件包括丝杆(7)、从动锥齿轮(8)和导管(9)，其中丝杆(7)通过轴承支撑于对应的所述风机轮毂外壳(3)上，且丝杆(7)的内端伸到风机轮毂外壳内，并在该伸入端套装所述从动锥齿轮(8)，该从动锥齿轮与所述主动锥齿轮(4)相啮合； 所述导管(9)通过螺纹副套装于丝杆(7)的外部，该导管的外端与对应的所述叶片箍(2)固定连接，在所述动力装置(5)的带动下，各桨叶(I)可同步向外扩张或者朝内收拢，从而同步调节各个桨叶(I)的回转半径。
2.根据权利要求I所述的垂直轴风力发电机桨叶的回转半径调节机构，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(10)和联轴器(11)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(10)和联轴器(11)与对应的竖直输出轴(6)相连。
3.根据权利要求I或2所述的垂直轴风力发电机桨叶的回转半径调节机构，其特征在于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；所述动力装置(5)固设在安装管(12)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(13)内。
4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机桨叶的回转半径调节机构，其特征在于所述执行组件还包括水平支撑管(14)，该水平支撑管的内端固定于所述风机轮毂外壳(3)上，且水平支撑管(14)套装于所述导管(9)外，这两根管滑动配合。
5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机桨叶的回转半径调节机构，其特征在于所述导管(9)和水平支撑管(14)的横截面均为椭圆形。
6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机桨叶的回转半径调节机构，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回转半径调节机构，桨叶分布在同一圆周上，还包括动力组件和执行组件其中动力组件由动力组件和竖直管组件构成，且竖直管组件的上、下端对称设有风机轮毂外壳；动力组件设于竖直管组件内，该动力组件中的动力装置能够带动两根竖直输出轴转动，竖直输出轴分居在动力装置的上、下方，两根竖直输出轴远离动力装置的一端伸到对应的风机轮毂外壳内，在两伸入端均套装有主动锥齿轮；在两个风机轮毂外壳上对称设有执行组件，该执行组件呈水平布置。本实用新型很好地克服了传统结构不能调节桨叶回转半径的缺陷。其结构简单、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F03D7/06GK202545114SQ20122010926
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
发明者佘林, 周龙, 李奇敏, 李运, 潘超, 罗洋, 谢涛, 贾文骥 申请人:重庆大学