相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)器，更為具體地，本發(fā)明涉及一種垂直軸式風(fēng)力機(jī)器。

背景技術(shù)：

風(fēng)力機(jī)器是一種利用風(fēng)力機(jī)葉片捕獲風(fēng)能，并將其轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)器發(fā)電的能源機(jī)器。根據(jù)其規(guī)模和功率的大小將其劃分為大型風(fēng)力機(jī)器和小型風(fēng)力機(jī)器。我國(guó)是小型風(fēng)力機(jī)器的主要生產(chǎn)和出口國(guó)。

現(xiàn)有技術(shù)中，小型風(fēng)力機(jī)器主要有水平軸式和垂直軸式兩種結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)均采用風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁機(jī)器方式。

水平軸式風(fēng)力機(jī)器的缺點(diǎn)是啟動(dòng)風(fēng)力較大，一般需要啟動(dòng)風(fēng)速在3.5m/s~4.0m/s才能啟動(dòng)機(jī)器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)微風(fēng)（2級(jí)風(fēng)）啟動(dòng)發(fā)電。

垂直軸式風(fēng)力機(jī)器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)距大，可以實(shí)現(xiàn)微風(fēng)啟動(dòng)發(fā)電，但其垂直軸結(jié)構(gòu)限制了其轉(zhuǎn)速，風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)的線速度不能高于風(fēng)速，回轉(zhuǎn)半徑越大，則轉(zhuǎn)速就越低。而用于風(fēng)力機(jī)器的永磁機(jī)器轉(zhuǎn)速要求較高，一般轉(zhuǎn)速都在300轉(zhuǎn)/分以上才能有效發(fā)電?，F(xiàn)有技術(shù)中的垂直軸式風(fēng)力機(jī)器采用垂直旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)與永磁機(jī)器直接連接的方式，風(fēng)力機(jī)安裝在永磁機(jī)器的轉(zhuǎn)子上，利用風(fēng)力機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁機(jī)器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來(lái)發(fā)電。而高轉(zhuǎn)速的永磁機(jī)器在風(fēng)速較低時(shí)與低轉(zhuǎn)速的風(fēng)力機(jī)不匹配，使永磁機(jī)器無(wú)法工作在額定的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速中，也就無(wú)法提供需要的電能，影響了發(fā)電效率。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中的垂直軸式機(jī)器的調(diào)速較為困難，不能最大限度地捕獲風(fēng)能，且過(guò)高風(fēng)速下的保護(hù)也只能靠機(jī)械式剎車(chē)裝置。

因此，提供一種解決上述缺點(diǎn)的相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：該相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)包括定子葉片組，外轉(zhuǎn)子葉片組和具有定子和外轉(zhuǎn)子的永磁機(jī)器，所述定子葉片組連接在所述永磁機(jī)器的定子上,能夠帶動(dòng)該定子沿第一方向旋轉(zhuǎn);所述外轉(zhuǎn)子葉片組連接在所述永磁機(jī)器的外轉(zhuǎn)子上,能夠帶動(dòng)該外轉(zhuǎn)子沿與所述第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述定子葉片組包括復(fù)數(shù)個(gè)定子葉片，每個(gè)所述定子葉片通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)定子連接葉片連接到所述永磁機(jī)器的定子上；所述外轉(zhuǎn)子葉片組包括復(fù)數(shù)個(gè)外轉(zhuǎn)子葉片，每個(gè)所述外轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)外轉(zhuǎn)子連接葉片連接到所述永磁機(jī)器的外轉(zhuǎn)子上。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，每個(gè)所述定子葉片和每個(gè)所述外轉(zhuǎn)子葉片均由主機(jī)翼和襟翼構(gòu)成，所述襟翼可相對(duì)于所述主機(jī)翼調(diào)整偏角。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述襟翼由直流電機(jī)通過(guò)一對(duì)齒輪驅(qū)動(dòng)，所述直流電機(jī)由無(wú)線遙控裝置控制其運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制所述襟翼相對(duì)于所述主機(jī)翼調(diào)整偏角。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述定子連接葉片和所述外轉(zhuǎn)子連接葉片為升力翼型連接葉片。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述永磁機(jī)器的定子上安裝有定子法蘭盤(pán)，所述定子葉片組安裝在所述定子法蘭盤(pán)上；所述永磁機(jī)器的外轉(zhuǎn)子上安裝有外轉(zhuǎn)子法蘭盤(pán)，所述外轉(zhuǎn)子葉片組安裝在所述外轉(zhuǎn)子法蘭盤(pán)上。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，每個(gè)所述定子葉片和每個(gè)所述外轉(zhuǎn)子葉片采用naca2414或naca23012翼型。

在本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，還包括塔架，該塔架的一端連接所述永磁機(jī)器，該塔架用于支撐所述永磁機(jī)器及所述定子葉片組和外轉(zhuǎn)子葉片組。

本發(fā)明采用兩組葉片，一組連接永磁機(jī)器的定子，一組連接永磁機(jī)器的外轉(zhuǎn)子，而且在風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)下，兩組葉片將帶動(dòng)該永磁機(jī)器的定子和外轉(zhuǎn)子相向旋轉(zhuǎn)。相對(duì)于只有一組葉片連接在永磁機(jī)器的轉(zhuǎn)子上的結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明提供的這種風(fēng)力機(jī)器的結(jié)構(gòu)使永磁機(jī)器在相同的風(fēng)力條件下轉(zhuǎn)速提高了一倍，能夠使葉片的旋轉(zhuǎn)速度與永磁機(jī)器額定的轉(zhuǎn)速相匹配。同時(shí)，采用兩組葉片的結(jié)構(gòu)相對(duì)于一組葉片的結(jié)構(gòu)也減小了葉片的尺寸和回轉(zhuǎn)半徑。本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，采用的可調(diào)襟翼結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲和高風(fēng)速下的自我保護(hù)功能；采用升力翼型連接葉片可有效減小旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承上的機(jī)械負(fù)荷，延長(zhǎng)實(shí)用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的永磁機(jī)器的剖面圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的定子葉片的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的的定子葉片工作時(shí)正常工作狀況下的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的的定子葉片工作時(shí)微風(fēng)啟動(dòng)狀況下的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的的定子葉片工作時(shí)在大風(fēng)速狀況下的結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖詳細(xì)講解本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)。

參考圖1，一種相向垂直軸式風(fēng)力機(jī)器包括永磁機(jī)器3，該永磁機(jī)器3包括定子30和外轉(zhuǎn)子31。所述定子30呈圓柱形，而所述外轉(zhuǎn)子31則呈圓筒形，且外轉(zhuǎn)子31的內(nèi)半徑大于所述定子30的半徑，從而定子30可以在外轉(zhuǎn)子31的內(nèi)部中空部位相對(duì)自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定子30和外轉(zhuǎn)子31都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，其名稱是采用傳統(tǒng)技術(shù)的名稱，不能限定其功能。

這種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)還包括定子葉片組1和外轉(zhuǎn)子葉片組2。所述定子葉片組1安裝在定子30上，并能夠帶動(dòng)該定子30在第一方向（例如順時(shí)針?lè)较颍┥闲D(zhuǎn)；而外轉(zhuǎn)子葉片組2則安裝在外轉(zhuǎn)子31上，并能夠帶動(dòng)該外轉(zhuǎn)子31在與所述第一方向相反的方向（例如逆時(shí)針?lè)较颍┥闲D(zhuǎn)。也就是說(shuō)，定子30和外轉(zhuǎn)子31在各自的葉片組帶動(dòng)下相向旋轉(zhuǎn)，與現(xiàn)有技術(shù)中只有一個(gè)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)器相比，該技術(shù)使永磁機(jī)器的轉(zhuǎn)速提高了一倍。

在本實(shí)施例中，所述定子葉片組1和外轉(zhuǎn)子葉片組2都包括復(fù)數(shù)個(gè)（本實(shí)施例為3個(gè)）葉片，定子葉片組1上的葉片我們稱之為定子葉片10，而外轉(zhuǎn)子葉片組2上的葉片我們稱之為外轉(zhuǎn)子葉片20，所述定子葉片10和外轉(zhuǎn)子葉片20無(wú)論結(jié)構(gòu)還是功能都是一樣的，故下文中如果僅介紹其中一種葉片，另外一種葉片也是同樣的結(jié)構(gòu)和功能，就不再另外介紹了。

在本實(shí)施例中，所述定子葉片組1和外轉(zhuǎn)子葉片組2都包括復(fù)數(shù)個(gè)（本實(shí)施例為6個(gè)）連接葉片，定子葉片組1上的連接葉片我們稱之為定子連接葉片11，而外轉(zhuǎn)子葉片組2上的連接葉片我們稱之為外轉(zhuǎn)子連接葉片21，所述定子連接葉片11和外轉(zhuǎn)子連接葉片21無(wú)論結(jié)構(gòu)還是功能都是一樣的，故下文中如果僅介紹其中一種連接葉片，另外一種連接葉片也是同樣的結(jié)構(gòu)和功能，就不再另外介紹了。

不論是定子葉片組1還是外轉(zhuǎn)子葉片組2，都是通過(guò)各自的連接葉片連接到定子30或外轉(zhuǎn)子31上的。

這種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)還包括一支撐所述永磁機(jī)器3和所述定子葉片組1和外轉(zhuǎn)子葉片組2的塔架4。該塔架一端連接所述永磁機(jī)器3，另一端則埋入地下用于固定該風(fēng)力機(jī)器。

參考圖2，該圖2為永磁機(jī)器3的剖面圖。該永磁機(jī)器3包括定子30和外轉(zhuǎn)子31。所述定子30的頂端安裝有定子法蘭盤(pán)300，該定子法蘭盤(pán)300用于安裝定子連接葉片11從而固定定子葉片10。所述外轉(zhuǎn)子31的頂端安裝有外轉(zhuǎn)子法蘭盤(pán)310，該外轉(zhuǎn)子法蘭盤(pán)310用于安裝外轉(zhuǎn)子連接葉片21從而固定外轉(zhuǎn)子葉片20。該外轉(zhuǎn)子31還包括一支撐筒312，在該支撐筒312的頂端裝有軸承301，該軸承301可以為滾珠軸承或其它起支撐并潤(rùn)滑作用的軸承，軸承301有助于定子30順暢地相對(duì)于支撐筒312旋轉(zhuǎn)。在支撐筒312和外轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)部分（圖未示）之間裝有軸承311，在本實(shí)施例中，該軸承311包括4個(gè)分立軸承，有3個(gè)分立軸承位于該支撐筒312的上端，有1個(gè)分立軸承位于該支撐筒312的下端。所述支撐筒312下端固定在所述塔架4上（圖未示），如此一來(lái)，定子30可以相對(duì)于支撐筒312旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)部分也相對(duì)于支撐筒312旋轉(zhuǎn)，只要通過(guò)葉片組的不同安裝方向就可以決定定子30和外轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)方向。

參考圖3，圖3為本發(fā)明提供的一種相向旋轉(zhuǎn)垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的定子葉片的結(jié)構(gòu)圖。因?yàn)橥廪D(zhuǎn)子葉片和定子葉片的結(jié)構(gòu)和工作模式完全一樣，因此這里僅描述定子葉片，外轉(zhuǎn)子葉片就不再另外描述。如圖所示，定子葉片10包括主翼100和襟翼101，該襟翼101靠近主翼100的一端安裝有齒輪組102，該齒輪組102通過(guò)一個(gè)傳動(dòng)軸（圖未示）由一直流電機(jī)103控制其運(yùn)轉(zhuǎn)，該直流電機(jī)103由一無(wú)線遙控裝置（圖未示）控制其運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制齒輪組102運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪組102將帶動(dòng)所述襟翼101相對(duì)于主翼100調(diào)整偏角。

該風(fēng)力機(jī)器可以在微風(fēng)條件下啟動(dòng)，微風(fēng)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)無(wú)線遙控裝置控制所述定子葉片10的襟翼101下偏，參見(jiàn)圖5，當(dāng)襟翼101下偏時(shí)，定子葉片10將獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)距，能夠在微風(fēng)條件下順利啟動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)完成時(shí)，風(fēng)速也在額定的范圍內(nèi)，即該風(fēng)力機(jī)器工作在正常條件下時(shí)，通過(guò)無(wú)線遙控裝置控制所述定子葉片10的襟翼101與主翼100沒(méi)有偏角，參見(jiàn)圖4，即該襟翼101與主翼100保持流線型外形，該外形符合空氣動(dòng)力特性要求。當(dāng)風(fēng)速過(guò)大需要降低葉片組的轉(zhuǎn)速時(shí)，通過(guò)無(wú)線遙控裝置控制所述定子葉片10的襟翼101上偏，參見(jiàn)圖6，此時(shí)定子葉片10的氣動(dòng)轉(zhuǎn)距減小，進(jìn)而使定子葉片組1的轉(zhuǎn)速降低。所述無(wú)線控制裝置可以采用單片機(jī)作為控制器，因?yàn)樵摷夹g(shù)為公知技術(shù)，在此不再贅述。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，每個(gè)所述定子葉片10和每個(gè)所述外轉(zhuǎn)子葉片20采用naca2414或naca23012翼型，采用中間有支撐龍骨加填充物，外面包上玻璃纖維的結(jié)構(gòu)形式，以減輕重量并使外形輪廓保證一定的形狀、強(qiáng)度和剛度。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述定子連接葉片11和所述外轉(zhuǎn)子連接葉片21為升力翼型連接葉片，利用空氣動(dòng)力產(chǎn)生的升力來(lái)減小旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸承負(fù)載，提高軸承使用壽命。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。