桨叶长度和角度可变的水平轴风力机的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地指一种桨叶长度和角度可变的水平轴风力机。

背景技术：

风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源。由于风速、风向随机变化，叶片攻角也会不断变化，导致风电机组的效率和功率的波动，并使传动力矩产生振荡，影响电能质量和电网稳定性。遇到强风时可能会烧毁发电机，甚至摧毁风力机。所以风力机要有应付风速大幅度变化的能力，还要有对付强风速的安全防范措施。

研究表明变桨距技术是当前大中型风力机广泛使用的调速技术，可使风力机在风速超过额定风速时，风力机转速稳定在额定转速。但这种技术也存在着一些不足。例如迎风变桨在强风时，气流攻角减小，变桨角度相对较大；而顺风变桨时，气流攻角增大，使气流产生分离，升力减小，阻力急剧增大，从而导致风力机功率减小。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种桨叶长度和角度可变的水平轴风力机，以改变桨叶长度和角度，能够最大化地捕捉风能，保证水平轴风力机平稳地输出功率，有效防止强风对风力机的破坏。

本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种桨叶长度和角度可变的水平轴风力机，包括固定于基础底座上的塔架；

所述塔架上旋转连接有轮毂，所述轮毂为空心球体结构，其内部设有多个电动机，所述电动机输出轴固定连接有小齿轮，所述小齿轮与环形齿轮的内齿轮面啮合，所述环形齿轮设于定位轴承内，所述定位轴承内圈外端部固定连接桨叶；

所述桨叶包括多个小桨叶，每个小桨叶之间通过菱形伸缩机构连接；所述轮毂通过主轴与发电机的输入轴连接。

优选地，所述电动机、桨叶的数量均为三个。

优选地，所述定位轴承内圈外端部通过螺栓连接桨叶，所述桨叶与定位轴承所在的平面垂直。

优选地，所述菱形伸缩机构包括多组菱形单元结构，每组菱形单元结构包括四根铰接连接的连杆，相邻的两组菱形单元结构之间还设有电动伸缩杆。

优选地，所述桨叶采用玻璃钢叶片材料制作而成。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过电动机带动小齿轮旋转，使得环形齿轮也随之转动，进而带动定位轴承的内圈旋转，从而使得桨叶安装角可以根据风速的随机变化而改变，气流的攻角在风速变化时可保持在一个比较合理的范围内，从而在很大的风速范围内保持较好的空气动力学特性，获得较高的效率，特别当风速在大于额定风速条件下，仍可保持输出功率的平稳；

另外本实用新型通过菱形伸缩机构调节桨叶长度，使发电机组的输出功率在额定值附近，同时减小叶片承受的载荷和风力机所受到的冲击，避免风力机受到损坏。

附图说明

图1 为一种桨叶长度和角度可变的水平轴风力机的结构示意图；

图2为轮毂与发电机的连接结构示意图；

图3为小齿轮与环形齿轮的连接结构示意图；

图4为菱形伸缩机构的结构示意图；

图中，基础底座1、塔架2、轮毂3、电动机4、小齿轮5、环形齿轮6、定位轴承7、桨叶8、小桨叶8.1、菱形伸缩机构8.2、菱形单元结构8.2.1、连杆8.2.2、电动伸缩杆8.2.3、主轴9、发电机10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1至图4所示，一种桨叶长度和角度可变的水平轴风力机，包括固定于基础底座1上的塔架2；

所述塔架2上旋转连接有轮毂3，所述轮毂3为空心球体结构，其内部设有多个电动机4，所述电动机4输出轴固定连接有小齿轮5，所述小齿轮5与环形齿轮6的内齿轮面啮合，所述环形齿轮6设于定位轴承7内，所述定位轴承7内圈外端部固定连接桨叶8；

所述桨叶8包括多个小桨叶8.1，每个小桨叶8.1之间通过菱形伸缩机构8.2连接；所述轮毂3通过主轴9与发电机10的输入轴连接。

优选地，所述电动机4、桨叶8的数量均为三个。在本实施例中，每个桨叶8包括三个小桨叶8.1。

优选地，所述定位轴承7内圈外端部通过螺栓连接桨叶8，所述桨叶8与定位轴承7所在的平面垂直。

优选地，所述菱形伸缩机构8.2包括多组菱形单元结构8.2.1，每组菱形单元结构8.2.1包括四根铰接连接的连杆8.2.2，相邻的两组菱形单元结构8.2.1之间还设有电动伸缩杆8.2.3。通过电动伸缩杆8.2.3的伸缩，可以带动菱形单元结构8.2.1发生伸缩，从而使得菱形伸缩机构8.2的长度发生改变，进而调控桨叶8的长度。在本实施例中采用电动伸缩杆8.2.3可以之间利用发电机10产生的电量，不需要额外耗费电量。

优选地，所述桨叶8采用玻璃钢叶片材料制作而成。这种材料具有重量轻、强度高、可设计性强、价格便宜等特点。

本实施例工作原理如下：

当风速较低时，电动机13接受控制系统信号后开始动作，带动小齿轮5旋转，使得环形齿轮6也随之转动，进而带动定位轴承7的内圈旋转，从而带动桨叶8旋转，使桨叶8的攻角保持在最大位置；与此同时，菱形伸缩机构8.2接受机舱计算机控制系统发出的信号后，电动伸缩杆8.2.3伸长，桨叶8完全伸展，以最大化地捕捉风能。

随着风速增大，输出电力会逐步增至风力机的额定功率，一旦风速超过这一峰值，电动机13接受控制系统信号后动作，使桨叶8的攻角保持在合适位置；菱形伸缩机构8.2的电动伸缩杆8.2.3收缩，桨叶8的小桨叶8.1就会回缩以限制输电量，此时桨叶8的攻角和长度能够使桨叶8保持较好的空气动力学特性，获得较高的效率，保持输出功率的平稳。如果风速继续增大，桨叶8长度将会继续缩小至最短，减小桨叶8承受的载荷和风力机所受到的冲击，避免风力机受到损坏。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。