升阻結(jié)合型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是一種升阻結(jié)合型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為水平軸和垂直軸兩種類型。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)較早，技術(shù)成熟，得到了廣泛應(yīng)用。但較大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)要求高，制造、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)難度大等形成高成本。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、維護(hù)方便、適用范圍光、成本低等特點(diǎn)，分為阻力型和升力型。阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是利用氣流通過(guò)葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動(dòng)力，啟動(dòng)力矩大，葉尖速比低，風(fēng)能利用率低。升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是利用氣流通過(guò)葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動(dòng)力，啟動(dòng)力矩小，尖速比高，風(fēng)能利用率高。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201220609240.8的專利文件中提出了一種葉片自動(dòng)調(diào)控的升阻結(jié)合型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其設(shè)計(jì)目的與本發(fā)明不同，結(jié)構(gòu)上包括安裝在基礎(chǔ)底座上的垂直主軸，其底座內(nèi)部分連接發(fā)電機(jī)，底座上部分等夾角安裝兩組以上的旋臂；帶轉(zhuǎn)動(dòng)軸的翼型葉片安裝在旋臂外端；彈力曲柄連桿機(jī)構(gòu)安裝在旋臂上，曲柄與葉片轉(zhuǎn)軸連接；葉片限位器分別安裝在旋臂的內(nèi)側(cè)和外端。以上各部分構(gòu)成了一個(gè)根據(jù)不同風(fēng)力情況，自動(dòng)對(duì)翼型葉片工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制的風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置:使處于順風(fēng)區(qū)的葉片被限位器阻擋并保持在與旋臂同一平面的位置，利用葉片風(fēng)阻做功；處于逆風(fēng)區(qū)的葉片被彈力曲柄連桿機(jī)構(gòu)控制在特定攻角狀態(tài)，利用葉片升力做功。并能將風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉尖速比λ < I時(shí)的升力阻力混合工作狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿~尖速比λ ^ I時(shí)的全升力工作狀態(tài)。此該技術(shù)方案雖然同樣具有高效率和低風(fēng)速啟動(dòng)的特點(diǎn)，但它需要測(cè)試風(fēng)向，控制系統(tǒng)并作出相應(yīng)調(diào)整，結(jié)構(gòu)、控制復(fù)雜。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110305300.7的專利文件中提出了雙軸升阻結(jié)合式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)方案與本發(fā)明有很大區(qū)別，它是將升力型風(fēng)葉的下端固定在發(fā)電機(jī)主軸上，阻力型風(fēng)葉處于升力型風(fēng)葉內(nèi)部。阻力型風(fēng)葉套在發(fā)電機(jī)主軸上，升力型風(fēng)葉上端的升力型風(fēng)葉軸承設(shè)置在阻力型風(fēng)葉軸承的上端，阻力型風(fēng)葉和升力型風(fēng)葉的動(dòng)力傳遞通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)完成。其缺點(diǎn)是并不能發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作風(fēng)速范圍和風(fēng)能利用率的升阻結(jié)合型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]包括風(fēng)輪、塔桿和發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪由輪轂、安裝在輪轂上下兩端的橫臂、安裝在橫臂端部的槳葉構(gòu)成，輪轂安裝在塔桿上，輪轂的下端通過(guò)第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給發(fā)電機(jī)，所述槳葉包括通過(guò)槳葉中軸鉸接的左半槳葉和右半槳葉，輪轂上端安裝隨輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)，上橫臂端部安裝雙向絲杠，雙向絲杠上帶有左旋螺母與右旋螺母，左旋螺母和右旋螺母下端分別與左半槳葉和右半槳葉上端鉸接，左半槳葉和右半槳葉下端與下橫臂端部鉸接，雙向絲杠的一端帶有絲杠傳動(dòng)錐齒輪，上橫臂上帶有與絲杠傳動(dòng)錐齒輪嚙合的橫臂傳動(dòng)錐齒輪，伺服電機(jī)與橫臂傳動(dòng)錐齒輪之間設(shè)置第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明還可以包括:
[0009]1、輪轂上端安裝伺服電機(jī)安裝座，伺服電機(jī)安裝在伺服電機(jī)安裝座上，導(dǎo)電滑環(huán)和伺服電機(jī)控制器設(shè)于輪轂內(nèi)部，電源線和控制信號(hào)線接伺服電機(jī)。
[0010]2、所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在輪轂下端的輪轂傳動(dòng)帶輪、安裝在發(fā)電機(jī)軸上的發(fā)電機(jī)傳動(dòng)帶輪、連接于輪轂傳動(dòng)帶輪與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)帶輪之間的發(fā)電機(jī)傳動(dòng)V帶。
[0011]3、所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為:伺服電機(jī)軸端安裝的齒輪與伺服電機(jī)傳動(dòng)齒輪嚙合、伺服電機(jī)傳動(dòng)齒輪安裝在伺服電機(jī)安裝座上并且與一小帶輪同軸相連，橫臂上裝有與橫臂傳動(dòng)錐齒輪同軸相連的橫臂傳動(dòng)帶輪，小帶輪與橫臂傳動(dòng)帶輪之間連接橫臂傳動(dòng)帶。
[0012]本發(fā)明提供了一種主動(dòng)控制的升阻結(jié)合型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過(guò)改變槳葉開合形態(tài)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)同時(shí)具有升力型和阻力型風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，并且可以通過(guò)主動(dòng)控制避免了升力型和阻力型風(fēng)機(jī)二者的缺點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。適用于任何風(fēng)況下風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)地。
[0013]低風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，安裝于輪轂中的有刷導(dǎo)電滑環(huán)與塔桿間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，PLC伺服電機(jī)控制器接收到低轉(zhuǎn)速信號(hào)，PLC伺服電機(jī)控制器向伺服電機(jī)發(fā)出正轉(zhuǎn)指令，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)通過(guò)齒輪、V帶將力矩傳遞至橫臂端頭的絲杠上，此絲杠是雙向絲杠(左側(cè)左旋、右側(cè)右旋)，絲杠上對(duì)稱布置兩個(gè)螺母與之配合，絲杠正轉(zhuǎn)兩個(gè)螺母間距增大，絲杠反轉(zhuǎn)兩個(gè)螺母間距減小。螺母下側(cè)焊接有短軸，螺母通過(guò)短軸與槳葉上側(cè)的開孔鉸接，槳葉外形選取對(duì)稱翼型(升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)采用此種翼型，該翼型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、升力大、氣動(dòng)性能好)，槳葉從中間面對(duì)稱分為兩半，并在大端頭鉸接，這樣兩半槳葉、兩個(gè)螺母、雙向絲杠就構(gòu)成了一個(gè)開合機(jī)構(gòu)。雙向絲杠正轉(zhuǎn)，槳葉由閉合狀態(tài)漸漸打開，這時(shí)槳葉形態(tài)為C形，即使低風(fēng)速其阻力矩也足以使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]當(dāng)導(dǎo)電滑環(huán)檢測(cè)到風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過(guò)升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的最低風(fēng)速時(shí)，PLC伺服電機(jī)控制器將傳遞給伺服電機(jī)一個(gè)反轉(zhuǎn)信號(hào)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)雙向絲杠反轉(zhuǎn)，槳葉漸漸閉合，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由阻力型風(fēng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為升力型風(fēng)機(jī)狀態(tài)，最大限度提高風(fēng)能利用率。
[0015]當(dāng)風(fēng)速很高時(shí)，升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能產(chǎn)生失速，葉尖速比過(guò)大，翼型攻角超過(guò)最佳范圍，升阻比降低，此時(shí)升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電效率會(huì)大大降低，所以超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，PLC伺服電機(jī)控制器也要發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)將槳葉打開(阻力型風(fēng)機(jī)由于葉片風(fēng)阻大的原因，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度有極限轉(zhuǎn)速，且這個(gè)極限轉(zhuǎn)速不會(huì)太高，這也是阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用率低的原因)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，槳葉再重新閉合。
[0016]本發(fā)明充分利用升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)各自的優(yōu)點(diǎn)，將二者組合，通過(guò)PLC主動(dòng)控制風(fēng)葉形態(tài)達(dá)到最尚風(fēng)能利用率的目的。
[0017]本發(fā)明的意義和優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]本發(fā)明與已有技術(shù)不同，不是在結(jié)構(gòu)上將阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單的疊加，而是將以往的固定式槳葉變成機(jī)械結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1.能夠主動(dòng)控制葉片形態(tài)