本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置及風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電發(fā)展迅速。風(fēng)電機(jī)組主要分為水平軸和垂直軸，大型化風(fēng)電機(jī)組普遍采用水平軸方案，小型風(fēng)電機(jī)組中水平軸和垂直軸的方案各有應(yīng)用。水平軸方案的主要利用葉片的升力做功，優(yōu)勢在于功率系數(shù)較高，缺點(diǎn)在于需要根據(jù)風(fēng)向的變化調(diào)整對風(fēng)方向、塔架承受較大的彎矩；垂直軸方案較為多樣化，主要有阻力型、升力型和混合型，阻力型包括S型、風(fēng)杯型等，其優(yōu)點(diǎn)是翼型簡單、自啟型好，但風(fēng)功率利用系數(shù)不高；升力型包括H型，Φ型等，其優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)能利用率高，缺點(diǎn)是需要專門的翼型、自啟動性不好；混合型兼具升力型和阻力型的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一目的是提供一種自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置。

本發(fā)明的一種自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置，包括塔架，塔架的頂端安裝有風(fēng)輪和電機(jī)，所述風(fēng)輪包括若干個葉片，每個葉片均安裝有一個自適應(yīng)變槳裝置，自適應(yīng)變槳裝置安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；所述塔架上還安裝有聚風(fēng)導(dǎo)流罩，所述聚風(fēng)導(dǎo)流罩位于風(fēng)輪的下方，所述聚風(fēng)導(dǎo)流罩用于將各個方向的風(fēng)能聚集并使其垂直吹向風(fēng)輪，使得風(fēng)輪在風(fēng)速的作用下帶動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。

優(yōu)選地，所述自適應(yīng)變槳裝置包括第一支撐軸、葉根軸、扭簧和第二支撐軸承；所述葉根軸與葉片固定連接，葉根軸分別與第一支撐軸承和第二支撐軸承相連，所述第一支撐軸承和第二支撐軸承均安裝于電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，所述葉根軸上還套穿有扭簧，所述扭簧也固定于電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。

由于扭簧預(yù)設(shè)一定扭矩，大小為額定風(fēng)速時作用在葉根軸上的氣動扭矩。初始狀態(tài)下葉片固定在最佳迎風(fēng)角，該角度下葉片能夠捕獲最大風(fēng)能。自適應(yīng)變槳裝置的工作過程如下：額定風(fēng)速以下時，葉片在扭簧預(yù)緊扭矩的作用下處于初始迎風(fēng)角度，此時風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕獲當(dāng)前風(fēng)速下的最大風(fēng)能；額定風(fēng)速以上時，作用在葉根軸上的空氣力矩超過扭簧預(yù)設(shè)的扭矩，葉片的迎風(fēng)角度在氣動力矩的作用下向順槳方向轉(zhuǎn)動，作用在葉片上的氣動力矩相應(yīng)減小，直到氣動力矩與預(yù)設(shè)的扭矩達(dá)到平衡，此時風(fēng)輪捕獲的功率穩(wěn)定在額定功率。

進(jìn)一步地，所述塔架上還安裝有保護(hù)罩，所述保護(hù)罩安裝于風(fēng)輪上方。防護(hù)罩的目的是保護(hù)葉片和電機(jī)不受雨雪冰雹雷擊的影響，同時可以有效防止生物入侵。

優(yōu)選地，葉片的數(shù)量至少為3個。3個葉片是滿足最小風(fēng)力發(fā)電的要求的最低限，而葉片的具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況確定。

優(yōu)選地，所述自適應(yīng)變槳裝置等間距安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。這樣使得與自適應(yīng)變槳裝置相連的葉片能夠均勻地布置于電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，既能保證自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的穩(wěn)定性，也能夠達(dá)到快速穩(wěn)定發(fā)電的要求。

進(jìn)一步地，電機(jī)的轉(zhuǎn)子上還安裝有輪轂，葉根軸穿過輪轂與葉片固定連接。輪轂的主要作用是保護(hù)電機(jī)和自適應(yīng)變槳裝置，同時利用翼型產(chǎn)生的升力原理在風(fēng)輪背風(fēng)面產(chǎn)生負(fù)壓，對流經(jīng)風(fēng)輪的風(fēng)速進(jìn)行二次加速。

優(yōu)選地，所述電機(jī)為盤式外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)輪固定在一起，共同圍繞電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的定子固定連接在塔架上。

進(jìn)一步地，所述塔架內(nèi)還設(shè)有電纜線，所述電纜線與電機(jī)相連。塔架的主要起支撐固定作用，這樣其內(nèi)設(shè)置的電纜線能夠?qū)㈦姍C(jī)輸出的電能發(fā)送至需電裝置中。

本發(fā)明的第二目的是提供一種自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的工作方法。

本發(fā)明的該自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的工作方法，包括：

步驟1：聚風(fēng)導(dǎo)流罩用于將各個方向的風(fēng)能聚集并使其垂直吹向風(fēng)輪，風(fēng)輪在風(fēng)速的作用下帶動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能；

步驟2：自適應(yīng)變槳裝置根據(jù)風(fēng)速大小自動調(diào)節(jié)葉片的迎風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)對功率和載荷的自適應(yīng)控制。

本發(fā)明的第三目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的該風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括上述的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集濃縮風(fēng)能，提高風(fēng)能品味，提高發(fā)電機(jī)工作效率；聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集各個方向的風(fēng)能，不需要偏航對風(fēng)裝置；

(2)本發(fā)明的每個葉片都安裝有自適應(yīng)變槳裝置，該裝置不需要動力源，能夠根據(jù)風(fēng)速大小自動的改變?nèi)~片迎風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)功率和功率的自適應(yīng)控制；

(3)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件都隱藏在導(dǎo)流罩內(nèi)部，不造成視覺污染，不影響自然環(huán)境，不受雨雪冰雹和生物入侵的影響，可在城市內(nèi)大量應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)的一個實(shí)施例示意圖；

圖2是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)的另一個實(shí)施例示意圖；

圖3是本發(fā)明的風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的工作原理圖。

其中，1、保護(hù)罩；2、輪轂；3、葉片；5、聚風(fēng)導(dǎo)流罩；6、自適應(yīng)變槳裝置；7、電機(jī)的轉(zhuǎn)子；8、塔架；9、第一支撐軸承；10、扭簧；11、第二支撐軸承；12、葉根軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以通過中間媒介間接連接，可以是兩個元件內(nèi)部的連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面描述的本發(fā)明不同實(shí)施例方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)的一個實(shí)施例示意圖。如圖所示的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置，包括塔架8，塔架8的頂端安裝有風(fēng)輪和電機(jī)，所述塔架8上還安裝有聚風(fēng)導(dǎo)流罩5，所述聚風(fēng)導(dǎo)流罩5位于風(fēng)輪的下方，所述聚風(fēng)導(dǎo)流罩5用于將各個方向的風(fēng)能聚集并使其垂直吹向風(fēng)輪，使得風(fēng)輪在風(fēng)速的作用下帶動電機(jī)的轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。

如圖3所示的風(fēng)輪包括若干個葉片3，每個葉片3均安裝有一個自適應(yīng)變槳裝置6，自適應(yīng)變槳裝置6安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子7上。

在另一個實(shí)施例中，如圖2所示，塔架8上還安裝有保護(hù)罩1，所述保護(hù)罩1安裝于風(fēng)輪上方。防護(hù)罩1的目的是保護(hù)葉片和電機(jī)不受雨雪冰雹雷擊的影響，同時可以有效防止生物入侵。

本在本實(shí)施例中，電機(jī)的轉(zhuǎn)子上7還安裝有輪轂2，葉根軸12穿過輪轂2與葉片3固定連接。輪轂2的主要作用是保護(hù)電機(jī)和自適應(yīng)變槳裝置，同時利用翼型產(chǎn)生的升力原理在風(fēng)輪背風(fēng)面產(chǎn)生負(fù)壓，對流經(jīng)風(fēng)輪的風(fēng)速進(jìn)行二次加速。

進(jìn)一步地，所述塔架8內(nèi)還設(shè)有電纜線，所述電纜線與電機(jī)相連。塔架的主要起支撐固定作用，這樣其內(nèi)設(shè)置的電纜線能夠?qū)㈦姍C(jī)輸出的電能發(fā)送至需電裝置中。

優(yōu)選地，所述電機(jī)為盤式外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)輪固定在一起，共同圍繞電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的定子固定連接在塔架上。

優(yōu)選地，葉片的數(shù)量至少為3個。3個葉片是滿足最小風(fēng)力發(fā)電的要求的最低限，而葉片的具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況確定。

采用水平軸升力型葉片，發(fā)電效率較高；

優(yōu)選地，所述自適應(yīng)變槳裝置等間距安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。這樣使得與自適應(yīng)變槳裝置相連的葉片能夠均勻地布置于電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，既能保證自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的穩(wěn)定性，也能夠達(dá)到快速穩(wěn)定發(fā)電的要求。

圖4是本發(fā)明的一種自適應(yīng)變槳裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示的自適應(yīng)變槳裝置包括第一支撐軸9、葉根軸12、扭簧10和第二支撐軸承11；所述葉根軸12與葉片3固定連接，葉根軸12分別與第一支撐軸承9和第二支撐軸承11相連，所述第一支撐軸承9和第二支撐軸承11均安裝于電機(jī)的轉(zhuǎn)子7上，所述葉根軸12上還套穿有扭簧10，所述扭簧10也固定于電機(jī)的轉(zhuǎn)子7上。

由于扭簧預(yù)設(shè)一定扭矩，大小為額定風(fēng)速時作用在葉根軸上的氣動扭矩。初始狀態(tài)下葉片固定在最佳迎風(fēng)角，該角度下葉片能夠捕獲最大風(fēng)能。自適應(yīng)變槳裝置的工作過程如下：額定風(fēng)速以下時，葉片在扭簧預(yù)緊扭矩的作用下處于初始迎風(fēng)角度，此時風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕獲當(dāng)前風(fēng)速下的最大風(fēng)能；額定風(fēng)速以上時，作用在葉根軸上的空氣力矩超過扭簧預(yù)設(shè)的扭矩，葉片的迎風(fēng)角度在氣動力矩的作用下向順槳方向轉(zhuǎn)動，作用在葉片上的氣動力矩相應(yīng)減小，直到氣動力矩與預(yù)設(shè)的扭矩達(dá)到平衡，此時風(fēng)輪捕獲的功率穩(wěn)定在額定功率。

本發(fā)明中的自適應(yīng)變槳裝置還可以采用液壓變槳裝置或是現(xiàn)有的其他結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)變槳裝置。

本發(fā)明的聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集濃縮風(fēng)能，提高風(fēng)能品味，提高發(fā)電機(jī)工作效率；聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集各個方向的風(fēng)能，不需要偏航對風(fēng)裝置；本發(fā)明的每個葉片都安裝有自適應(yīng)變槳裝置，該裝置不需要動力源，能夠根據(jù)風(fēng)速大小自動的改變?nèi)~片迎風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)功率和功率的自適應(yīng)控制；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件都隱藏在導(dǎo)流罩內(nèi)部，不造成視覺污染，不影響自然環(huán)境，不受雨雪冰雹和生物入侵的影響。

本發(fā)明為了更好地保證聚風(fēng)導(dǎo)流罩聚集的各個方向的風(fēng)能垂直吹向風(fēng)輪，可在風(fēng)輪的外側(cè)還設(shè)置有頂層導(dǎo)流罩。

圖5是本發(fā)明的自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的工作原理圖。如圖5所示，本發(fā)明的該自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置的工作方法，包括：

步驟1：聚風(fēng)導(dǎo)流罩用于將各個方向的風(fēng)能聚集并使其垂直吹向風(fēng)輪，風(fēng)輪在風(fēng)速的作用下帶動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能；

步驟2：自適應(yīng)變槳裝置根據(jù)風(fēng)速大小自動調(diào)節(jié)葉片的迎風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)對功率和載荷的自適應(yīng)控制。

由于來流方向的不一致，作用在風(fēng)輪上的風(fēng)載荷是不均勻分布的，當(dāng)某個葉片上的風(fēng)載荷過大時，該葉片的自適應(yīng)變槳裝置會單獨(dú)變槳，減少該葉片承受的風(fēng)載，從而使作用在整個風(fēng)輪上的載荷處于平衡狀態(tài)。這種方法可以有效減少極限屈服和疲勞失效的幾率。為了減少葉片自適應(yīng)變槳裝置的振動，也可以在葉根軸上加裝阻尼裝置。

本發(fā)明基于如圖1和圖2所示的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括上述所述自適應(yīng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動裝置。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的其他結(jié)構(gòu)均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，此處將不再累述。

本發(fā)明的該風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集濃縮風(fēng)能，提高風(fēng)能品味，提高發(fā)電機(jī)工作效率；聚風(fēng)導(dǎo)流罩能夠聚集各個方向的風(fēng)能，不需要偏航對風(fēng)裝置；而每個葉片都安裝有自適應(yīng)變槳裝置，該裝置不需要動力源，能夠根據(jù)風(fēng)速大小自動的改變?nèi)~片迎風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)功率和功率的自適應(yīng)控制；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件都隱藏在導(dǎo)流罩內(nèi)部，不造成視覺污染，不影響自然環(huán)境，不受雨雪冰雹和生物入侵的影響，可在城市內(nèi)大量應(yīng)用。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。