垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，可變扭度葉片主要由柔性連接結(jié)構(gòu)A(8)、B(18)、C(24)，連接板(6)、圓柱和圓錐齒輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)(19)等結(jié)構(gòu)組成。全機(jī)特征是：電路控制部分的控制程序根據(jù)測量的風(fēng)速沿高度的時均分布值所對應(yīng)的葉片扭度調(diào)節(jié)信號來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度和葉片要扭轉(zhuǎn)的角度一一對應(yīng)，伺服電機(jī)帶動齒輪系統(tǒng)，使得部分的偏轉(zhuǎn)方向一致，直到其轉(zhuǎn)動到要求的角度位置。風(fēng)機(jī)葉片下端相對于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的位置不變，從而使得葉片實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)功能，修正了氣流沿高度方向?qū)τ谌~片的切入角度，從而提高風(fēng)能利用系數(shù)。
【專利說明】垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，特別是一種應(yīng)用于大功率垂直 軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可變扭度葉片。調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以根據(jù)來流風(fēng)速沿高度方向的分布改變來調(diào)節(jié) 葉片扭度。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源利用的緊張態(tài)勢進(jìn)一步發(fā)展，開發(fā)利用新能源已經(jīng)是大勢所趨。風(fēng)能在 我國風(fēng)能儲量豐富，利用風(fēng)能來發(fā)電得到了國家的高度重視。
[0003] 目前市場上的水平軸的兆瓦級風(fēng)能發(fā)電機(jī)已經(jīng)在世界各國風(fēng)能豐富區(qū)商業(yè)化投 產(chǎn)。而隨著國內(nèi)外對于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的深入研究，利用大型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行 發(fā)電已經(jīng)可行。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片分為升力型和阻力型兩種類型。而升力型葉片適合 應(yīng)用在大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。國內(nèi)對于升力型葉片中的Η型葉片的研究還不透徹，對于如 何最大限度的提高其風(fēng)能利用系數(shù)的方法研究還不夠全面。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片可變扭 度設(shè)技術(shù)現(xiàn)今還沒有得到廣泛應(yīng)用。這樣不符合人們追求最大化利用某些地區(qū)新能源的要 求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可以實時調(diào)節(jié)垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的葉片扭度的裝置和調(diào)節(jié)方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：這種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用可變扭度葉片。垂直軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的Η型葉片的下端采用可變扭度技術(shù)。柔性連接（3)將整個葉片分為兩部分， 即下端葉片（2)進(jìn)行可變扭度操作，上端部分（4)不進(jìn)行可變扭度操作。葉片可變扭度的 控制操作部分在上下端葉片的柔性連接（3)處。葉片可變扭度部分和葉片不變扭度部分通 過三個柔性連接結(jié)構(gòu)（8)、（18)、（24)進(jìn)行連接。如圖2、圖3、圖4所示，葉片不變扭度部分 內(nèi)部有四個翼梁，即翼梁A (14)、翼梁Β (15)、翼梁C (16)、翼梁D (17)，在對應(yīng)位置，葉片可變 扭度部分（5)有同樣的翼梁，葉片蒙皮在翼梁外部，構(gòu)成氣動葉型。連接板（6)通過葉片可 變扭度部分的翼梁突起A (29)、翼梁突起B(yǎng) (7)、翼梁突起C (27)、翼梁突起D (28)和葉片可 變扭度部分的四根翼梁串接起來，使得連接板（6)和四根翼梁之間具有穩(wěn)定性。三個相同 的柔性連接結(jié)構(gòu)（8)、（18)、（24)分別和翼梁突起A (29)、翼梁突起C (27)、翼梁突起D (28) 通過鉸接連接在一起。電驅(qū)動系統(tǒng)整體安裝在支撐底板（31)上面，支撐底板（31)通過螺 栓連接在水平支板（46)上面，水平支板（46)和葉片上端部分（4)相固接，這樣保證了葉片 下端部分（2)的可變扭度操作。齒輪箱體A(12)和齒輪箱體B(20)將齒輪系統(tǒng)保護(hù)起來。 齒輪軸A(ll)和齒輪軸B(20)的軸線到翼梁突起B(yǎng)(7)的中心的距離相等。錐齒輪（26)和 錐齒輪（25)相嚙合，錐齒輪（32)和錐齒輪（33)相嚙合。錐齒輪（26)、錐齒輪（33)的安 裝位置相對，安裝方向相對，這樣使得作用在齒輪軸A(ll)和齒輪軸B(20)上的軸向力相反 而在伺服電機(jī)（19)轉(zhuǎn)動時，齒輪軸A(ll)和齒輪軸B(21)的轉(zhuǎn)向相同，將齒輪軸A(ll)和 齒輪軸B(20)上的螺紋分別設(shè)計為左旋和右旋，這樣保證齒輪軸A(ll)和齒輪軸B(20)沿 軸向的運(yùn)動方向相反，實現(xiàn)連接板（6)的轉(zhuǎn)動。錐齒輪（33)和齒輪軸A (11)的連接方式展 示于圖5、圖6中，其中套裝在錐齒輪D(33)內(nèi)的套筒（49)有內(nèi)螺紋，齒輪軸A(ll)有外螺 紋，兩個螺紋配合安裝，而套筒（49)和錐齒輪D(33)之間通過鍵連接，保證齒輪軸A(ll)向 里或者向外沿軸向運(yùn)動。止推軸承A(35)、止推軸承B(36)保證錐齒輪套筒（49)和D(33) 相對位置支撐底板（31)不變。深溝球軸承A(34)、深溝球軸承B(37)和套筒（49)過盈配 合，深溝球軸承A (34)、深溝球軸承B (37)和支撐底板（31)的基座配合安裝，這樣最終保證 錐齒輪D(33)相對于支撐底板（31)不產(chǎn)生軸向位移。齒輪軸A(ll)與連接板（6)通過旋 轉(zhuǎn)圈（42)和套裝在連接板配合滑塊（44)的配合進(jìn)行連接，旋轉(zhuǎn)圈（42)可以繞連接板配合 滑塊（44)轉(zhuǎn)動，連接板配合滑塊（44)可以在連接板上左右滑動。齒輪軸A(ll)遠(yuǎn)離齒輪 的一端軸的半徑增大，即軸端（43)半徑增大，軸端含在旋轉(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)的凹槽中，凹槽空間比 軸端（43)稍大，這樣軸端（43)在凹槽中有足夠的空間，保證葉片可變扭度過程中機(jī)構(gòu)不被 卡死，機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時用旋轉(zhuǎn)圈盒蓋（45)將旋轉(zhuǎn)圈凹槽封嚴(yán)。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：視來流風(fēng)速分布的變化，對葉片進(jìn)行可變 扭度操作，使得能量利用率提高，可變扭度操作結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡單，使得設(shè)備運(yùn)行更加有效，在 有限空間內(nèi)獲得更多的風(fēng)能能量，使得Η型風(fēng)輪的優(yōu)勢更加明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片整體效果圖；
[0008] 圖2為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接部分可變扭度操作結(jié)構(gòu)主體 圖1 ;
[0009] 圖3為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接部分可變扭度操作結(jié)構(gòu)主體 圖2 ;
[0010] 圖4為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接部分可變扭度操作結(jié)構(gòu)主體 圖3 ;
[0011] 圖5為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接部分齒輪軸系統(tǒng)效果圖；
[0012] 圖6為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接部分齒輪軸系統(tǒng)主視圖；
[0013] 圖7為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0014] 圖8為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片柔性連接結(jié)構(gòu)效果圖；
[0015] 圖9為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)Η型可變扭度葉片齒輪軸和連接板連接局部放大圖；
[0016] 圖10為控制系統(tǒng)主程序流程圖；
[0017] 圖11為控制系統(tǒng)風(fēng)速時均模塊；
[0018] 圖12為控制系統(tǒng)葉片扭轉(zhuǎn)角度求解模塊。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020] 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，由電路控制部分和運(yùn)行部分組成。
[0021] 電路控制部分包括傳感器、中央處理器和驅(qū)動器。傳感器在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 葉片高度方向上依據(jù)附面層理論按照由密到疏的原則放置，傳感器用來探測來流風(fēng)速的分 布，并將信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。傳感器將數(shù)字信號傳遞給電路控制部分的中央 處理器，信號在中央處理器中被處理，最終得到即時風(fēng)速的時均分布。中央處理器通過風(fēng)速 時均分布規(guī)律，調(diào)用相應(yīng)的子程序，將信號傳遞給驅(qū)動器，而驅(qū)動器控制伺服電機(jī)來對葉片 進(jìn)行扭度調(diào)控。相關(guān)調(diào)控機(jī)制的程序說明展示于圖10、圖11、圖12中。
[0022] 運(yùn)行部分由機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。
[0023] 如1圖所示，本發(fā)明垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片主要由水平支板（1)、葉片下 端部分（2)、柔性連接部分（3)、葉片上端部分（4)、水平支板（46)、水平支板（48)組成。水 平支板負(fù)責(zé)把Η型葉片固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上，纜繩（47)起到拉緊固定作用。調(diào)控 機(jī)構(gòu)主要對葉片下端部分（2)進(jìn)行可變扭度操作，操作機(jī)械控制機(jī)構(gòu)集中在柔性連接結(jié)構(gòu) ⑶處。圖2是圖1的柔性連接結(jié)構(gòu)（3)的局部放大圖。當(dāng)電路控制部分通過傳感器采集風(fēng) 速信號后，經(jīng)中央處理器處理，并最終下達(dá)操作命令給伺服電機(jī)（19)，來確定需要旋轉(zhuǎn)多少 圈來調(diào)節(jié)葉片扭度，伺服電機(jī)（19)帶動圓柱齒輪Α(30)轉(zhuǎn)動，圓柱齒輪Α(30)帶動錐齒輪 A (25)、錐齒輪C (32)轉(zhuǎn)動，由于錐齒輪Β (26)、錐齒輪D (33)的轉(zhuǎn)向始終相同，所以設(shè)計兩個 連接螺紋分別為左旋和右旋，這樣在伺服電機(jī)（19)旋轉(zhuǎn)時，齒輪軸A(ll)和齒輪軸B(21) 相對于葉片一個伸一個縮，使得連接板（6)能夠繞著翼梁突起B(yǎng) (7)的軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由于 葉片下端部分（2)被水平支板（1)固定，其方位角不發(fā)生變化，伺服電機(jī)（19)轉(zhuǎn)動的圈數(shù) 和速度分別決定了連接板（6)下面的葉片扭度的程度可扭動的快慢，通過控制電機(jī)這些參 數(shù)這樣最終實現(xiàn)葉片可變扭度特性。
【權(quán)利要求】
1. 一種大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，其特征在于：公開了一種垂直軸風(fēng)力發(fā) 電機(jī)可變扭度葉片，根據(jù)風(fēng)速沿高度方向的分布將這種葉片分為兩個部分，風(fēng)速變化大的 部分在下端，采用可變扭度設(shè)計，風(fēng)速變化緩慢的區(qū)域在上端，上端葉片進(jìn)行常規(guī)設(shè)計，垂 直Η型葉片可變扭度結(jié)構(gòu)主要由柔性連接結(jié)構(gòu)A (8)、B (18)、C (24)，連接板（6)、圓柱和圓錐 齒輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)（19)以及相應(yīng)的控制電路結(jié)構(gòu)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，其特征在于：葉片的兩個 部分采用柔性結(jié)構(gòu)連接，柔性結(jié)構(gòu)外有蒙皮，柔性連接結(jié)構(gòu)和蒙皮不破壞葉片的整體造型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，其特征在于：葉片的可 變扭度部分采用伺服電機(jī)外加機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，伺服電機(jī)通過齒輪系統(tǒng)調(diào)控葉片扭度， 調(diào)控過程中以葉片中心弦線為不轉(zhuǎn)動部分，翼梁兩側(cè)結(jié)構(gòu)在連接板（6)的扭轉(zhuǎn)作用下繞旋 轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)控葉片到要求的扭轉(zhuǎn)角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可變扭度葉片，其特征在于：采用以下 步驟實現(xiàn)調(diào)節(jié)：探測裝置探測風(fēng)速大小沿葉高方向分布的變化，數(shù)據(jù)傳輸給可變扭度電路 控制系統(tǒng)的控制程序，通過對風(fēng)速分布進(jìn)行時間均勻化，由葉片扭轉(zhuǎn)角度求解模塊求解出 葉片要扭轉(zhuǎn)的角度，通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動，帶動齒輪系統(tǒng)作用，轉(zhuǎn)動連接板（6)轉(zhuǎn)動，最終 帶動葉片扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)可變扭度調(diào)節(jié)。
【文檔編號】F03D7/06GK104121148SQ201310142545
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月23日
【發(fā)明者】楊攀, 楊俊凱, 胡小全, 劉夢超, 黃恩德 申請人:楊攀, 楊俊凱, 胡小全, 劉夢超, 黃恩德