專利名稱：一種橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是一種橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
幾十年來，國際小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)有了很大的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也取得了一定的 成就，但從根本上說，可靠性問題一直沒有得到解決。長(zhǎng)期以來，出于成本上的考慮，先進(jìn) 的液壓控制技術(shù)沒有在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的限速保護(hù)上采用，只是根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，采 用簡(jiǎn)單的機(jī)械控制方式對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在大風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行限速保護(hù)。機(jī)械限速結(jié)構(gòu)的特 點(diǎn)是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)頭或某個(gè)部件處于動(dòng)態(tài)支撐的狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)在風(fēng)洞試驗(yàn)的條件 下，可以反映出良好的限速特性，但在自然條件下，由于風(fēng)速和風(fēng)向的變化太復(fù)雜，而且自 然環(huán)境惡劣，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)支撐部件不可避免的會(huì)引進(jìn)振動(dòng)和活動(dòng)部件的損壞， 從而使機(jī)組損壞。
目前最好的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)只保留了三個(gè)運(yùn)動(dòng)部件(運(yùn)動(dòng)部件越少越可靠已是
大家的共識(shí))，一是風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，二是尾翼驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)頭偏航，三是
為大風(fēng)限速保護(hù)而設(shè)的運(yùn)動(dòng)部件。前兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件是不可缺少的，這也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基
礎(chǔ)，實(shí)踐中這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件故障率并不高，主要是限速保護(hù)機(jī)構(gòu)損壞的情況多。要徹底解決
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性問題必須在限速方式上有最好的解決方法。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)
葉(活動(dòng)體)、發(fā)電機(jī)、回轉(zhuǎn)體(活動(dòng)體)、滑環(huán)、折尾軸(活動(dòng)體)、尾翼和立柱組成。為了
使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在大風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)折尾保護(hù)，將發(fā)電機(jī)的重心設(shè)計(jì)于立柱重心的側(cè)面，便于自
動(dòng)折尾和回正。此結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)隨回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，為了防止發(fā)電機(jī)輸出線與立柱纏絞，設(shè)置了
滑環(huán)結(jié)構(gòu)。滑環(huán)結(jié)構(gòu)是由集電環(huán)、碳刷、碳刷支架組成。發(fā)電機(jī)的輸出線接到碳刷上面，通
過碳刷在集電環(huán)上滑動(dòng)接觸，將發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)接到固定在立柱上的電源線上。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其故障率 低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在發(fā)電機(jī)輸出功率超出負(fù)載需要時(shí)能夠通過給發(fā)電機(jī)一個(gè)反向磁阻力 矩，大幅度增加發(fā)電機(jī)所消耗的功率，使發(fā)電機(jī)所消耗的功率大于風(fēng)輪輸出的功率，發(fā)電機(jī) 主軸產(chǎn)生與原旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，風(fēng)葉打破原有的正面迎風(fēng)狀態(tài)而偏離，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下 降。 本實(shí)用新型是這樣構(gòu)成的包括風(fēng)葉、尾翼、發(fā)電機(jī)和立柱，還包括齒輪箱，在齒輪 箱中裝有相互嚙合的換向齒輪組，其中一個(gè)換向齒輪固定連接在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸上，另一個(gè)換 向齒輪固定連接在發(fā)電機(jī)主軸上。 連接在發(fā)電機(jī)主軸的換向齒輪與連接在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸上的換向齒輪的下方嚙合，這 樣可以將風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī)主軸上；實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)連接在發(fā)電機(jī)主軸的換向 齒輪與連接在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸上的換向齒輪的上方嚙合，這樣也可以將風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩傳送 到發(fā)電機(jī)主軸上；前一種結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品裝配以及日后的維修、潤滑保養(yǎng)時(shí)略顯復(fù)雜；而后一 種結(jié)構(gòu)由于換向齒輪組嚙合的位置高、距離處于風(fēng)機(jī)頂端的保養(yǎng)孔的距離近，所以更加方 便維護(hù)、使用。[0009] 上述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)的重心與立柱的重心在同一條垂直線上。 前述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)與立柱直接固定，發(fā)電機(jī)的輸出線直接與 固定在立柱上的電源線連接。 前述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，尾翼是直接安裝在齒輪箱上。 本實(shí)用新型的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具 有以下優(yōu)點(diǎn)1、只保留了風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸和發(fā)電機(jī)主軸兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部分，發(fā)電機(jī)主軸同時(shí)又是偏 航軸，減少了運(yùn)動(dòng)部件，降低了機(jī)械故障率，運(yùn)行可靠、故障率低。2、由于不需要折尾限速， 即不需要偏心力，無需尾翼折尾軸，因此尾翼是直接安裝在齒輪箱上，發(fā)電機(jī)重心與立柱的 重心是在同一條垂直線上，這樣消除了偏心引起的抖動(dòng)，提高了整機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用 壽命。3、發(fā)電機(jī)與立柱直接固定，無需回轉(zhuǎn)體；發(fā)電機(jī)的輸出線直接與固定在立柱上的電 源線連接，無需滑環(huán)結(jié)構(gòu)，免除了接觸件的磨損而引起的故障。4、采用電控限速，通過給發(fā) 電機(jī)一個(gè)反向磁阻力矩，使風(fēng)葉打破原有的正面迎風(fēng)狀態(tài)而偏離，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下降，從而起 到保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和充電設(shè)備的作用。其中的反向磁阻力矩是發(fā)電機(jī)線圈與負(fù)載構(gòu)成回路 后，轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生的阻力。此力矩大小隨著負(fù)載的變化而變化。電控限速采用的手 段多，可靠性高，而且可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制。
圖1是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是齒輪箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本產(chǎn)品作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 :如圖1所示，包括風(fēng)葉1、尾翼2、發(fā)電機(jī)3和立柱4，在風(fēng)葉1上裝有整 流罩10，風(fēng)葉1固定在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸8的前端上。還包括齒輪箱5(如圖2所示)，在齒輪箱 5中裝有相互嚙合的一對(duì)上換向齒輪6和下?lián)Q向齒輪7，上換向齒輪6是用螺帽(或螺栓) 固定在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸8的后端上，下?lián)Q向齒輪7是用螺栓(或螺帽)固定在發(fā)電機(jī)主軸9上， 通過上換向齒輪6和下?lián)Q向齒輪7可將風(fēng)葉1的橫行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成縱向旋轉(zhuǎn)直接拖動(dòng)發(fā)電機(jī) 3。發(fā)電機(jī)3與立柱4直接固定，發(fā)電機(jī)3的輸出線直接與固定在立柱4上的電源線連接， 并且發(fā)電機(jī)3的重心與立柱4的重心在同一條垂直線上。尾翼2直接安裝在齒輪箱5上。 實(shí)施例中換向齒輪7可以在換向齒輪6的下方與換向齒輪6嚙合；也可以在換向 齒輪6的上方與之嚙合。 本實(shí)用新型的工作原理正常情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能直接驅(qū)動(dòng)用電設(shè)備或 蓄入蓄電池組，不需要對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)不需要風(fēng)能或當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí) 際需要時(shí)給發(fā)電機(jī)一個(gè)反向磁阻力矩，大幅度增加發(fā)電機(jī)所消耗的功率，使之大于風(fēng)輪輸 出的功率，發(fā)電機(jī)主軸(偏航軸)產(chǎn)生與原旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，打破原有的風(fēng)葉正面迎風(fēng) 狀態(tài)而偏離，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下降。由于風(fēng)葉的偏離使尾翼也偏離風(fēng)向而增加了回正力，將風(fēng)葉 向迎風(fēng)面推。重復(fù)上述過程即可在相應(yīng)反向電磁力矩的作用下達(dá)到降低轉(zhuǎn)速、起到保護(hù)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)和充電設(shè)備的作用。反向磁阻力矩的大小根據(jù)所使用發(fā)電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn) 速和負(fù)載電量需求確定。以額定功率為1000w、額定轉(zhuǎn)速為420轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，該發(fā) 電機(jī)在420轉(zhuǎn)時(shí)將輸出1000w的額定功率。假設(shè)當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超過1250w時(shí)超出負(fù)載 需要，此時(shí)需要給發(fā)電機(jī)一個(gè)22. 73Nm的反向磁阻力矩，使得風(fēng)機(jī)葉片迎風(fēng)面偏離主風(fēng)向，減少功率耦合面積，從而降低風(fēng)機(jī)的輸出功率。上例中，需要給出反向磁阻力矩的時(shí)機(jī)根據(jù) 實(shí)際情況確定(一般根據(jù)負(fù)載電量需求確定)，根據(jù)負(fù)載電量需求的不同，可以是在輸出功 率超過1250w時(shí)給出反向磁阻力矩，也可以是在輸出功率超過1200w或者超過1300w時(shí)給 出反向磁阻力矩。對(duì)具有不同額定功率和額定轉(zhuǎn)速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在采用本發(fā)明的方法進(jìn) 行限速時(shí)需要給出的反向磁阻力矩的大小也不一樣，一般而言，當(dāng)發(fā)電機(jī)組輸出功率超出 負(fù)載需要時(shí)給出的反向磁阻力矩=當(dāng)時(shí)的風(fēng)機(jī)輸出功率*9550/當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速。實(shí)際應(yīng)用中 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制一般取決于蓄電池的電壓和轉(zhuǎn)速。如直流48V供電系統(tǒng)中，控制器采樣 蓄電池電壓超過53. 5V時(shí)開啟P麗(脈寬調(diào)制)控制，并記錄當(dāng)時(shí)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，間歇式加 大假負(fù)載，使反向磁阻力矩增加，從而改變風(fēng)葉迎風(fēng)角達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。于此同時(shí)控制 器檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速下降，則達(dá)到控制目的，如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，則需要進(jìn) 一步加大假負(fù)載，直到轉(zhuǎn)速下降至低于P麗起控轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求一種橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括風(fēng)葉(1)、尾翼(2)、發(fā)電機(jī)(3)和立柱(4)，其特征在于還包括齒輪箱(5)，在齒輪箱(5)中裝有相互嚙合的換向齒輪(6)和換向齒輪(7)，換向齒輪(6)固定連接在風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸(8)上，換向齒輪(7)固定連接在發(fā)電機(jī)主軸(9)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)(3)的重心與立柱(4)的重心在同一條垂直線上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)(3)與立柱(4)直接固定，發(fā)電機(jī)(3)的輸出直接與固定在立柱(4)上的電源線連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的尾翼(2)直接安裝在齒輪箱(5)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于換向齒輪(7)在換向齒輪(6)的下方與換向齒輪(6)嚙合或在換向齒輪(6)的上方與換向齒輪(6)嚙合。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它是通過給發(fā)電機(jī)一個(gè)反向磁阻力矩，大幅度增加發(fā)電機(jī)所消耗的功率，使發(fā)電機(jī)所消耗的功率大于風(fēng)輪輸出的功率，發(fā)電機(jī)主軸產(chǎn)生與原旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，風(fēng)葉打破原有的正面迎風(fēng)狀態(tài)而偏離，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下降。本實(shí)用新型的橫槳立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)只保留了風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)軸和發(fā)電機(jī)主軸兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部分，發(fā)電機(jī)主軸同時(shí)又是偏航軸，減少了運(yùn)動(dòng)部件，降低了機(jī)械故障率，具有運(yùn)行可靠、故障率低的特點(diǎn)，整機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性高，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK201526420SQ200920246669
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者巴吉日嘎勒達(dá)來, 菊花, 馬玉亭 申請(qǐng)人:北京偉思利達(dá)科技發(fā)展有限公司