專利名稱：一種減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法及葉片轉動助力系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電機系統(tǒng)，特別涉及的是一種利用汽車方向助力器原理減小風 力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法及其風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電子液壓助 力轉動系統(tǒng)；電動助力轉動系統(tǒng)等。
背景技術：
利用潔凈的能源(可再生能源)是人類社會文明進步的表現(xiàn)、是科學技術的發(fā)展、 是環(huán)保理念的體現(xiàn)。也是一個地區(qū)環(huán)保的重要指標。潔凈能源包括太陽能、風能、潮汐能、
生物能等，這都是可再生取之不盡的能源。天不會無風、不會無太陽......風能是取之不
盡、源源不斷的可再生的能源。是技術最為成熟，經濟可行性較高，是一種較理想的發(fā)展能 源。地球風能約為2. 74X 109MW，可利用風能為2 X 107MW，是地球水能的十倍。只要利 用上地球的風能就能滿足全球能源的需要。我國探明風能理論儲量為32. 26億KW，而 可發(fā)利用為2. 53億KW，近海可利用風能7. 5億KW。目前東南沿海是最大風能資源區(qū)，風能 密度為200W/M2 300W/M2，大于6m/s的風速時間全年3000小時以上就可取得較大經濟利
潤效益。就風能的商業(yè)利用價值來說，風力越大價值越高。地點稍有變化對發(fā)電都有很大 影響，因為電能和風速的立方成正比。這意味著即使是同一臺蝸輪發(fā)電機，在風速為每小時 12英里時，發(fā)電量比每小時11英里的發(fā)電量高30%。風力發(fā)電的前提條件是離地面IOm 的風速必須達到每秒4-5m。海濱地區(qū)的風速大多超過這個數(shù)值，但越往內地，隨著風力不斷 減弱，可生產的電能也就越少。如何在內地風速弱的地區(qū)同樣達到良好的發(fā)電效果如何能夠將最大程度的減小 風力發(fā)電機葉片轉動的阻力，利用較小的風速產生風力發(fā)電機葉片較大的扭矩，是一種利 用汽車方向助力器原理減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法的發(fā)明目的。

發(fā)明內容
為解決風力發(fā)電啟動力矩較大、減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的普遍性問題，充 分利用低風速同樣達到良好的發(fā)電效的目的。本發(fā)明提供了一種利用汽車方向助力器原理 減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法和實施這一方法的具體步驟。本發(fā)明提供了一種利用汽車方向助力器原理減小風力發(fā)電機風輪葉片轉動阻力 和啟動力矩的方法，風力發(fā)電是利用風力的動能對風力發(fā)電機葉片的作用使其轉動，產生 的機械能帶動風力發(fā)電機轉子轉動切割磁力線達到發(fā)電的目的，即將風力的動能轉化成機 械能再轉化成電能的過程，由于轉動發(fā)電機轉子轉動切割磁力線存在較大的阻力并且啟動 力矩較大，通常需要較大的風力或風速才能夠使風力發(fā)電機的葉片轉動，利用汽車方向助 力器原理可以有效的減小風力發(fā)電機葉片轉動切割磁力線產生的阻力及啟動力矩。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)就是在風力發(fā)電機風輪葉片或風帆、兜風葉片等轉動系統(tǒng)的基礎上 加設一套助力裝置而形成的。風力發(fā)電機轉動助力裝置減輕了風輪葉片、風帆或兜風葉片 轉動的阻力。本發(fā)明就是利用汽車方向助力器的原理及方法，使用在風力發(fā)電機的受風葉 片轉動系統(tǒng)上，即增加了一套風力發(fā)電機受風葉片轉動助力系統(tǒng)，減小風力發(fā)電機的啟動 力矩及可以利用小的風量就能夠讓風力發(fā)電機大功率發(fā)電的方法。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括第一類是風力發(fā)電機片轉動電子液 壓助力系統(tǒng)；第二類是風力發(fā)電機葉片轉動電動助力系統(tǒng)(EPS)，第三類是風力發(fā)電機葉 片轉動線控助力系統(tǒng)，第四類是風力發(fā)電機葉片轉動電磁式助力系統(tǒng)等等。電子液壓助力轉動系統(tǒng)主要由儲油罐、轉動助力控制單元、電動泵、轉動機、扭矩 傳感器、蓄電池等組成，其中轉動助力控制單元和電動泵是一個整體結構。電子液壓轉動助 力系統(tǒng)采用電動泵控制液壓，達到轉動助力的目的。電動轉動助力英文全稱是Electronic Power Steering，簡稱EPS，它利用電動機 產生的動力協(xié)助風力發(fā)電機葉片進行助力轉動。一般是由轉矩(轉動)傳感器、電子控制 單元、電動機、減速器、機械轉動器、以及畜電池電源所構成。風力發(fā)電葉片、風帆或兜風葉 片在轉動時，轉矩(轉動)傳感器會“感覺”到風力發(fā)電葉片、風帆或兜風葉片的力矩大小， 這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動力矩等數(shù)據(jù)信號，向電 動機控制器發(fā)出動作指令，從而電動機就會根據(jù)具體的需要輸出相應大小的轉動力矩，從 而產生了轉動助力。又由于它不轉動時不工作，所以，也節(jié)省了能源。線控轉動助力系統(tǒng)是由風力發(fā)電機轉動助力系統(tǒng)由風力發(fā)電機葉片總成、轉動執(zhí) 行總成和主控制器(ECU)三個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成。風力 發(fā)電機葉片總成包括風輪葉片或風帆等兜風葉片、轉動傳感器、力矩傳感器等。風力發(fā)電機 葉片總成的主要功能是將風力發(fā)電機葉片的轉動意圖(通過測量風速)轉換成數(shù)字信號， 并傳遞給主控制器；同時接受主控制器送來的力矩信號，以提供給風力發(fā)電機相應的風量 大小信息。轉動執(zhí)行總成包括風力發(fā)電機葉片轉動傳感器、轉動執(zhí)行電機、轉動電機控制 器等組件等組成。轉動執(zhí)行總成的功能是接受主控制器的命令，通過轉動電機控制器控制 風輪葉片或風帆等兜風葉片的轉動，實現(xiàn)風力發(fā)電機葉片的轉動意圖。主控制器對采集的 信號進行分析處理，判別風量、風力發(fā)電機葉片的運動狀態(tài)，向風力發(fā)電機葉片轉動電機發(fā) 送指令，控制電機的工作，保證各種工況下都具有理想的風能響應，以減少風力發(fā)電機對風 量轉動特性隨風速變化的補償任務，自動防故障系統(tǒng)是線控轉動系統(tǒng)的重要模塊，它包括 一系列的監(jiān)控和實施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相應的處理，以求最大限 度地保持風力發(fā)電機的正常運轉。因而故障的自動檢測和自動處理是線控轉動系統(tǒng)最重要 的組成系統(tǒng)之一。它采用嚴密的故障檢測和處理邏輯，以更大地提高風力發(fā)電機安全性能。 電源系統(tǒng)承擔著控制器、執(zhí)行馬達以及其它風力發(fā)電機電器的供電任務，電源的性能就顯 得十分重要。風力發(fā)電機線控轉動助力系統(tǒng)的工作原理。用傳感器檢測風力的風速數(shù)據(jù)，然后 通過數(shù)據(jù)總線將信號傳遞給風力發(fā)電機上的ECU，并從轉動控制系統(tǒng)獲得反饋命令；轉動 控制系統(tǒng)也從轉動操縱機構獲得風力的風速指令，并從轉動系統(tǒng)獲得風輪葉片或風帆等兜 風葉片的情況，從而指揮整個轉動系統(tǒng)的運轉。電磁式助力系統(tǒng)主要由由轉矩傳感器、風速速傳感器、控制單元、電磁力發(fā)生裝置、蓄電池電源等組成。風力發(fā)電機葉片在轉動時，控制單元根據(jù)轉矩傳感器輸出的轉動轉 矩信號及風速傳感器輸出的風速信號調節(jié)電磁力發(fā)生裝置供電電流的大小，以獲得適當?shù)?轉動助力，從而保證風力發(fā)電機葉片在任何工況下轉向都有較理想的轉動輕便性和操縱的 穩(wěn)定性。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)是安裝在風力發(fā)電機轉子與風力發(fā)電機葉片之 間，或者安裝在風力發(fā)電機增速箱與風力發(fā)電機葉片之間，或者安裝在風力發(fā)電機轉子與 增速箱之間，具體安裝位置視風力發(fā)電機系統(tǒng)的結構進行調整。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)的蓄電池電源可以采用各種類型的蓄電池，給蓄電 池充電可以采取太陽能電池或者風力發(fā)電機自身發(fā)出的電力。附圖簡短說明

圖1是風力發(fā)電機葉片電子液壓助力轉動系統(tǒng)的原理2是風力發(fā)電機葉片電動轉動助力系統(tǒng)的原理3是風力發(fā)電機葉片線控轉動助力系統(tǒng)的原理4是風力發(fā)電機葉片電磁式助力系統(tǒng)的原理5-1是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理5-2是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理5-3是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理圖實施方式圖1是是風力發(fā)電機葉片電子液壓助力轉動系統(tǒng)的原理圖，主要包括了輸入軸1， 輸出軸2，扭矩傳感器、扭桿3，電動機及液壓泵4，控制單元5，風速信號傳感器6，液壓油儲
罐7等。電子液壓助力轉動系統(tǒng)主要由儲油罐7、轉動助力控制單元5、電動泵轉動機4、扭 矩傳感器3、蓄電池8等組成，其中轉動助力控制單元5和電動泵4是一個整體結構。電子 液壓轉動助力系統(tǒng)采用電動泵4控制液壓，達到轉動助力的目的。圖2是風力發(fā)電機葉片電動轉動助力系統(tǒng)的原理圖，主要包括了輸入軸1，輸出 軸2，扭矩傳感器、扭桿3，電動機及電磁離合器4，控制單元5，風速信號傳感器6，蓄電池7等。它利用電動機4產生的動力協(xié)助風力發(fā)電機葉片進行助力轉動。一般是由轉矩 (轉動)傳感器3、電子控制單元5、電動機、電磁離合器、機械轉動器4以及畜電池電源7所 構成。風力發(fā)電葉片、風帆或兜風葉片在轉動時，轉矩(轉動)傳感器3會“感覺”到風力 發(fā)電葉片、風帆或兜風葉片的力矩大小，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元5，電 控單元5會根據(jù)傳動力矩3等數(shù)據(jù)信號，向電動機控制器4發(fā)出動作指令，從而電動機4就 會根據(jù)具體的需要輸出相應大小的轉動力矩，從而產生了轉動助力。又由于它不轉動時不 工作，所以，也節(jié)省了能源。圖3是風風力發(fā)電機葉片線控轉動助力系統(tǒng)的原理圖。主要包括了輸入軸1，輸出 軸2，風力發(fā)電機葉片總成3，轉動執(zhí)行總成4，主控制器5，風速信號傳感器6，電源7，自動 防故障系統(tǒng)8等。線控助力系統(tǒng)是由風力發(fā)電機葉片總成3、轉動執(zhí)行總成4和主控制器(ECU) 5三 個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)8、蓄電池電源7等輔助系統(tǒng)組成，風力發(fā)電機葉片總成3包括風力發(fā)電機葉片、轉動傳感器、力矩傳感器等，主要功能是將風力發(fā)電機葉片的轉動意 圖(通過測量風速)轉換成數(shù)字信號，并傳遞給主控制器；同時接受主控制器送來的力矩 信號，以提供給風力發(fā)電機相應的風量大小信息，轉動執(zhí)行總成4包括風力發(fā)電機葉片轉 動傳感器、轉動執(zhí)行電機、轉動電機控制器等組件等組成，主要功能是接受主控制器5的命 令，通過轉動電機控制器控制風力發(fā)電機葉片的轉動，實現(xiàn)風力發(fā)電機葉片的轉動意圖，主 控制器5對采集的信號進行分析處理，判別風量、風力發(fā)電機葉片的運動狀態(tài)，向風力發(fā)電 機葉片轉動電機發(fā)送指令，控制電機的工作，保證各種工況下都具有理想的風能響應，以 減少風力發(fā)電機對風量轉動特性隨風速變化的補償任務，自動防故障系統(tǒng)8是線控轉動系 統(tǒng)的重要模塊，它包括一系列的監(jiān)控和實施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相 應的處理，以求最大限度地保持風力發(fā)電機的正常運轉，因而故障的自動檢測和自動處理 是線控轉動系統(tǒng)最重要的組成系統(tǒng)之一，它采用嚴密的故障檢測和處理邏輯，以更大地提 高風力發(fā)電機安全性能。圖4是風力發(fā)電機葉片電磁式助力系統(tǒng)的原理圖。主要包括了輸入軸1，輸出軸 2，扭矩傳感器、扭桿3，電磁力發(fā)生裝置4，控制單元5，風速信號傳感器6，電流控制器7，蓄 電池8等。電磁式助力系統(tǒng)主要由由轉矩傳感器3、風速速傳感器6、控制單元5、電磁力發(fā)生 裝置4、蓄電池電源8等組成。風力發(fā)電機葉片在轉動時，控制單元5根據(jù)轉矩傳感器3輸 出的轉動轉矩信號及風速傳感器6輸出的風速信號調節(jié)電磁力發(fā)生裝置4供電電流7的大 小，以獲得適當?shù)霓D動助力，從而保證風力發(fā)電機葉片在任何工況下轉向都有較理想的轉 動輕便性和操縱的穩(wěn)定性。圖5-1是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理圖。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)是安裝在風力發(fā)電機轉子13與風力發(fā)電機葉片11 之間，具體安裝位置視風力發(fā)電機系統(tǒng)的結構進行調整。圖5-2是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理圖。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)是安裝在風力發(fā)電機增速箱12與風力發(fā)電機葉片 11之間。具體安裝位置視風力發(fā)電機系統(tǒng)的結構進行調整。圖5-2是風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)安裝原理圖。風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)是安裝在風力發(fā)電機轉子13與增速箱12之間，具 體安裝位置視風力發(fā)電機系統(tǒng)的結構進行調整。工業(yè)實用性本發(fā)明可以廣泛的應用于各種類型的風力發(fā)電機系統(tǒng)。
權利要求
一種利用汽車方向助力器原理減小風力發(fā)電機葉片啟動力矩、葉片轉動阻力的方法及其風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)本發(fā)明提供了一種利用汽車方向助力器原理減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法，風力發(fā)電是利用風力的動能對風力發(fā)電機葉片的作用使其轉動，產生的機械能帶動風力發(fā)電機轉子轉動切割磁力線達到發(fā)電的目的，即將風力的動能轉化成機械能再轉化成電能的過程，由于轉動發(fā)電機轉子切割磁力線存在較大的阻力，通常需要較大的風力或風速才能夠使風力發(fā)電機葉片轉動，達到發(fā)電的目的，利用汽車方向助力器原理和方法，在風力發(fā)電機系統(tǒng)上增加一套風力發(fā)電機轉動助力系統(tǒng)，包括電子液壓助力系統(tǒng)、電動助力系統(tǒng)(EPS)、線控助力系統(tǒng)、電磁助力系統(tǒng)等，可以有效的減小風力發(fā)電機葉片轉動切割磁力線產生的阻力，即便利用小的風量或風速也能夠讓風力發(fā)電機大功率發(fā)電。
2.如權利要求1所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)；其特征在于該系統(tǒng)包括第一類是風力發(fā)電機片轉動電子液壓助力系統(tǒng)；第二類是風 力發(fā)電機葉片轉動電動助力系統(tǒng)(EPS)，第三類是風力發(fā)電機葉片轉動線控助力系統(tǒng)，第四 類是風力發(fā)電機葉片轉動電磁式助力系統(tǒng)等等。
3.如權利要求2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于電子液壓助力轉動系統(tǒng)主要由儲油罐、轉動助力控制單元、電動泵、轉動 機、扭矩傳感器、蓄電池等組成，其中轉動助力控制單元和電動泵是一個整體結構。電子液 壓轉動助力系統(tǒng)采用電動泵控制液壓，達到轉動助力的目的。
4.如權利要求2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于電動轉動助力英文全稱是Electronic Power Steering，簡稱EPS，它利用 電動機產生的動力協(xié)助風力發(fā)電機葉片進行助力轉動。一般是由轉矩(轉動)傳感器、電 子控制單元、電動機、減速器、機械轉動器、以及畜電池電源所構成。風力發(fā)電葉片、風帆或 兜風葉片在轉動時，轉矩(轉動)傳感器會“感覺”到風力發(fā)電葉片、風帆或兜風葉片的力 矩大小，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動力矩等數(shù)據(jù)信 號，向電動機控制器發(fā)出動作指令，從而電動機就會根據(jù)具體的需要輸出相應大小的轉動 力矩，從而產生了轉動助力。又由于它不轉動時不工作，所以，也節(jié)省了能源。
5.如權利要求1和2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于線控助力系統(tǒng)是由風力發(fā)電機葉片總成、轉動執(zhí)行總成和主控制器(ECU) 三個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、蓄電池電源等輔助系統(tǒng)組成，風力發(fā)電機葉片總成包 括風力發(fā)電機葉片、轉動傳感器、力矩傳感器等，主要功能是將風力發(fā)電機葉片的轉動意圖 (通過測量風速)轉換成數(shù)字信號，并傳遞給主控制器；同時接受主控制器送來的力矩信 號，以提供給風力發(fā)電機相應的風量大小信息，轉動執(zhí)行總成包括風力發(fā)電機葉片轉動傳 感器、轉動執(zhí)行電機、轉動電機控制器等組件等組成，主要功能是接受主控制器的命令，通 過轉動電機控制器控制風力發(fā)電機葉片的轉動，實現(xiàn)風力發(fā)電機葉片的轉動意圖，主控制 器對采集的信號進行分析處理，判別風量、風力發(fā)電機葉片的運動狀態(tài)，向風力發(fā)電機葉片 轉動電機發(fā)送指令，控制電機的工作，保證各種工況下都具有理想的風能響應，以減少風力 發(fā)電機對風量轉動特性隨風速變化的補償任務，自動防故障系統(tǒng)是線控轉動系統(tǒng)的重要模 塊，它包括一系列的監(jiān)控和實施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相應的處理，以 求最大限度地保持風力發(fā)電機的正常運轉，因而故障的自動檢測和自動處理是線控轉動系統(tǒng)最重要的組成系統(tǒng)之一，它采用嚴密的故障檢測和處理邏輯，以更大地提高風力發(fā)電機 安全性能。
6.如權利要求1和2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于電磁式助力系統(tǒng)主要由由轉矩傳感器、風速速傳感器、控制單元、電磁力發(fā) 生裝置、蓄電池電源等組成。風力發(fā)電機葉片在轉動時，控制單元根據(jù)轉矩傳感器輸出的轉 動轉矩信號及風速傳感器輸出的風速信號調節(jié)電磁力發(fā)生裝置供電電流的大小，以獲得適 當?shù)霓D動助力，從而保證風力發(fā)電機葉片在任何工況下轉向都有較理想的轉動輕便性和操 縱的穩(wěn)定性。
7.如權利要求1和2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)是安裝在風力發(fā)電機轉子與風力發(fā)電機葉 片之間，或者安裝在風力發(fā)電機增速箱與風力發(fā)電機葉片之間，或者安裝在風力發(fā)電機轉 子與增速箱之間，具體安裝位置視風力發(fā)電機系統(tǒng)的結構進行調整。
8.如權利要求1和2所述的風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)其特征在于風力發(fā)電機葉片轉動助力系統(tǒng)的電源系統(tǒng)可以采用各種類型的蓄電池，給 蓄電池充電可以采取太陽能電池或者風力發(fā)電機自身發(fā)出的電力。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種減小風力發(fā)電機葉片轉動阻力的方法及其葉片轉動助力裝置。風力發(fā)電是利用風力的動能對風力發(fā)電機葉片的作用使其轉動，產生的機械能帶動風力發(fā)電機轉子轉動切割磁力線達到發(fā)電的目的，由于轉動發(fā)電機轉子切割磁力線存在較大的阻力，通常需要較大的風速才能夠使風力發(fā)電機葉片轉動，達到發(fā)電的目的，利用汽車方向助力器原理和方法，在風力發(fā)電機系統(tǒng)上增加一套風力發(fā)電機轉動助力系統(tǒng)，包括電子液壓助力系統(tǒng)、電動助力系統(tǒng)(EPS)、線控助力系統(tǒng)、電磁助力系統(tǒng)等，可以有效的減小風力發(fā)電機葉片轉動切割磁力線產生的阻力，即便利用小的風量或風速也能夠讓風力發(fā)電機大功率發(fā)電。
文檔編號F03D7/00GK101988471SQ20091016203
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權日2009年8月7日
發(fā)明者王德恒 申請人:王德恒