一种垂直轴风力机变桨距机构的制作方法

本发明属于风力发电装置技术领域，具体涉及一种垂直轴风力机变桨距机构。

背景技术：

风力发电技术是解决能源短缺的有效手段之一，清洁无污染让其在新能源开发利用中起到了非常重要的作用。直叶片垂直轴风力机更是凭借结构简单，易于安装，适用于各个方向的来流，无噪音等优势迅速崛起。然而传统直叶片垂直轴风力机的自启动能力较差，成为了垂直轴风力机商业化发展的阻碍之一。因此，本发明拟设计一种垂直轴风力机变桨距机构，通过变桨距技术提高风力机的自启动性能和风能捕能能力。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种垂直轴风力机变桨距机构，其特征在于：包括周向布置的三个垂直叶片、位于中心位置的顶盘和设置在顶盘下方的齿轮组，所述齿轮组包括一个小齿轮和三个大齿轮，三个大齿轮周向均匀分布，与位于中心的小齿轮啮合，三个大齿轮上均连接有推杆，三根推杆末端分别与三个垂直叶片一一配合连接，顶盘上方设有伺服电机，伺服电机穿过顶盘与小齿轮中心固连，齿轮组下方设有中盘和底盘，底盘底部设有发电机，垂直叶片上另设有水平布置的连杆与位于中盘和底盘之间的连接铝柱固连，伺服电机尾部安装有编码器，用于采集反馈叶片转角信息，顶盘上方设有风向仪和控制器，分别用于采集来流风向和控制伺服电机转动。

所述小齿轮与大齿轮的传动比为1：4。

所述底盘通过法兰盘联轴器与发电机固连，中盘通过铝柱与底盘和顶盘固连。

所述垂直轴风力机变桨距机构设有若干组，呈空间阵列布置，以增加单位面积发电量。

优选的，所述伺服电机型号为万宝至id-529xw，所述编码器型号为qy3806-cdz，所述控制器型号为stm32，所述风向仪型号为sm5386。

本发明具体使用场景为：通过风向仪采集到来流方向信息，并把信息发送到控制器，伺服电机1转动带动小齿轮3转动，小齿轮3带动三个大齿轮转动，三个大齿轮分别通过推杆调整三个叶片的桨距角，从而使三个叶片初始最优位姿始终针对来流方向，便于垂直轴风力机自启动，启动之后，随着方位角的变化，伺服电机1按设定变桨规律调整桨距角的角度，使得风力机快速达到预期转速，进而改善了风力机的气动性能。

所述设定变桨规律为使用solidworks建立三维模型，导入到adams中进行运动仿真并导出变桨曲线，通过数值模拟验证，并选择最优变桨规律曲线，通过改变变桨机构的杆长，调整桨距角的角度。

本发明具有如下优点：

变桨距机构可以使风力机在风速低的情况下可以很好的启动。启动之后，随着方位角的变化，电机转动按设定规律调整桨距角角度，使得风力机快速达到预期转速，进而改善了风力机的气动性能。没有噪声污染，结构简单，加工成本低，便于实现，易于启动，可以接受各个方向来流，可以更好地适应城市的湍流环境，且不会对人们生活工作产生影响。

附图说明

图1为本发明变桨距机构整体图；

图2为本发明变桨距机构正视图；

图3为本发明变桨距机构俯视图；

图4为本发明变桨距机构去掉顶盘俯视图；

图5为本发明变桨距机构叶片俯视图；

图6为多风力机阵列示意图；

其中：1-伺服电机，2-顶盘，3-小齿轮，4-叶片a，5-叶片b，6-叶片c，7-大齿轮a，8-大齿轮b，9-大齿轮c，10-连杆，11-推杆，12-发电机，13-底盘，14-中盘，15-铝柱，16-编码器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-6所示，一种垂直轴风力机变桨距机构，包括周向布置的三个垂直叶片、位于中心位置的顶盘2和设置在顶盘下方的齿轮组，所述齿轮组包括一个小齿轮3和三个大齿轮，三个大齿轮周向均匀分布，与位于中心的小齿轮啮合，三个大齿轮上均连接有推杆，三根推杆末端分别与三个垂直叶片一一配合连接，顶盘2上方设有伺服电机1，伺服电机1穿过顶盘与小齿轮3中心固连，齿轮组下方设有中盘14和底盘13，底盘底部设有发电机12，垂直叶片上另设有水平布置的连杆与位于中盘和底盘之间的连接铝柱固连，伺服电机1尾部安装有编码器16，用于采集反馈叶片转角信息，顶盘上方设有风向仪和控制器，分别用于采集来流风向和控制伺服电机转动。

小齿轮与大齿轮的传动比为1：4。

底盘13通过法兰盘联轴器与发电机12固连，中盘14通过铝柱15与底盘13和顶盘2固连。

垂直轴风力机变桨距机构可呈空间阵列布置，以增加单位面积发电量。

优选的，伺服电机型号为万宝至id-529xw，编码器型号为qy3806-cdz，控制器型号为stm32，风向仪型号为sm5386。

本发明具体使用场景为：通过风向仪采集到来流方向信息，并把信息发送到控制器，伺服电机1转动带动小齿轮3转动，小齿轮3带动三个大齿轮转动，三个大齿轮分别通过推杆调整三个叶片的桨距角，从而使三个叶片初始最优位姿始终针对来流方向，便于垂直轴风力机自启动，启动之后，随着方位角的变化，伺服电机1按设定变桨规律调整桨距角的角度，使得风力机快速达到预期转速，进而改善了风力机的气动性能。

设定变桨规律为使用solidworks建立三维模型，导入到adams中进行运动仿真并导出变桨曲线，通过数值模拟验证，并选择最优变桨规律曲线，通过改变变桨机构的杆长，调整桨距角的角度。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

技术特征：

1.一种垂直轴风力机变桨距机构，其特征在于：包括周向布置的三个垂直叶片、位于中心位置的顶盘和设置在顶盘下方的齿轮组，所述齿轮组包括一个小齿轮和三个大齿轮，三个大齿轮周向均匀分布，与位于中心的小齿轮啮合，三个大齿轮上均连接有推杆，三根推杆末端分别与三个垂直叶片一一配合连接，顶盘上方设有伺服电机，伺服电机穿过顶盘与小齿轮中心固连，齿轮组下方设有中盘和底盘，底盘底部设有发电机，垂直叶片上另设有水平布置的连杆与位于中盘和底盘之间的连接铝柱固连，伺服电机尾部安装有编码器，用于采集反馈叶片转角信息，顶盘上方设有风向仪和控制器，分别用于采集来流风向和控制伺服电机转动。

2.如权利要求1所述的一种垂直轴风力机变桨距机构，其特征在于：所述小齿轮与大齿轮的传动比为1：4。

3.如权利要求1所述的一种垂直轴风力机变桨距机构，其特征在于：所述底盘通过法兰盘联轴器与发电机固连，中盘通过铝柱与底盘和顶盘固连。

4.如权利要求1所述的一种垂直轴风力机变桨距机构，其特征在于：所述垂直轴风力机变桨距机构设有若干组，呈空间阵列布置，以增加单位面积发电量。

技术总结
本发明提供一种垂直轴风力机变桨距机构，包括周向布置的三个垂直叶片、位于中心位置的顶盘和设置在顶盘下方的齿轮组，所述齿轮组包括一个小齿轮和三个大齿轮，三个大齿轮周向均匀分布，与位于中心的小齿轮啮合，三个大齿轮上均连接有推杆，三根推杆末端分别与三个垂直叶片一一配合连接，顶盘上方设有伺服电机，伺服电机穿过顶盘与小齿轮中心固连，齿轮组下方设有中盘和底盘，底盘底部设有发电机，垂直叶片上另设有水平布置的连杆与位于中盘和底盘之间的连接铝柱固连，伺服电机尾部安装有编码器顶盘上方设有风向仪和控制器。本发明变桨距机构可以使风力机在风速低的情况下可以很好的启动，结构简单，加工成本低，便于实现。

技术研发人员：朱建阳;田长斌;熊陈志;李沛;张加诚;朱名康
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2020.08.21
技术公布日：2020.11.27