具有承载转子叶片的变桨马达的立式风力发电设备以及用于其的安装套件和用于其运行的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多个竖直的桨叶(7)的立式风力发电设备(1)，多个竖直的桨叶(7)借助马达驱动而彼此独立地可围绕各自桨叶转动轴线(C

Vertical wind power generation equipment with pitch motor carrying rotor blades, installation kit for it and method for its operation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有承载转子叶片的变桨马达的立式风力发电设备以及用于其的安装套件和用于其运行的方法
本专利技术涉及根据权利要求1及15的前序部分的立式风力发电设备和用于立式风力发电设备的安装套件和用于运行立式风力发电设备的方法。
技术介绍
从现有技术中已知具有主动桨叶控制的立式风力发电设备。申请人的WO2015/185299A1描述了一种具有竖直的桨叶的立式风力发电设备，所述竖直的桨叶可以分别由伺服电机经由传动装置驱动地围绕其转动轴线被带到预定的且随时可变的转动位置中，其中提供虚拟凸轮盘，其分别经由桨叶在环绕圆上的位置来确定桨叶角度的变化曲线，并且其中根据虚拟凸轮盘进行主动控制。此外，申请人的欧洲专利EP2235365B1涉及一种具有至少一个可围绕竖直轴线转动的转子的风力发电设备，该转子在两个水平的、以一定间距彼此叠置的支承平面之间包括多个转子叶片，所述转子叶片均匀地分布地设置在环周上，并且分别可绕竖直枢转轴线枢转，其枢转范围在两侧由止挡件限界。此外，文献US3,902,072A公开了一种具有水平旋转平台的风力发电机，在其外周上设置有多个竖直的桨叶，这些桨叶全部围绕中央轴线并且分别围绕自身的轴线同轴地旋转。竖直的桨叶的转动取决于风向及风速的变化，并且每个单独的桨叶的转动被控制成，使得在平台的环绕路径的3/4上从风中获取功率，而在其余路径上，桨叶被调节成，使得其对风的阻力最小。经由中央的传动机构与共用的伺服电机进行对桨叶的控制。文献US4,410,806A描述一种具有旋转结构的立式风力发电设备，该旋转结构包括一列可旋转的竖直的桨叶，这些桨叶的位置被控制成，使得只要风速足够，旋转结构便达到恒定转速。微处理器控制装置处理关于风速、风向及旋转结构转速的信息并且生成用于设定桨叶位置的电信号。该设备的控制装置包括电桨叶致动器，借助该电桨叶致动器来调制旋转结构的桨叶。桨叶调制控制用来确定转子转速的攻角。风速表输出设备启动及停止的数据，而风向表则用于使桨叶的翻转部(Umschlagen)保持相对于风向成90°和270°。该控制装置设计成，使得在风速介于19至40英里/小时的情况下维持恒定的转速。文献US4,494,007A公开了一种立式风力发电设备，其中由一个风向标经由共同机构在桨叶绕共同的中央轴线环绕期间控制围绕该共同的中央轴线旋转的桨叶的定向，使得当风速变化时，改变桨叶的转动位置。文献US4,609,827A描述了一种具有转子叶片的立式风力发电设备，所述转子叶片具有桨叶型廓。通过设置于转子外部的机构来控制正向的且同步的桨叶定向系统。文献WO2005/100785A1描述了一种风车，其由一个或多个在主轴承中围绕竖直的中央轴线旋转的桨叶构成，所述桨叶平行于垂直轴线经由水平承载件连接并且在轴承中可自由转动地设置，并且能够通过风向标定向。桨叶在其总长度上在横截面中具有空气动力学的、对称的型廓。通过第一控制机构，桨叶在其轨迹的每个回转点处围绕竖直轴线通过风向标控制，借助于其型廓沿着风向定向，并且通过第二控制机构，桨叶在水平承载件上相对于风调节，使得根据水平承载件相对于风向标的转动角和水平承载件的转动速度，一个或多个桨叶借助其型廓的纵轴线在其轨迹的每个回转点处定向以产生优化的气动力。文献WO2009/082352A1致力于一种用于立式风力发电设备的桨距调节设备。偏心机构和偏心随动机构设置为，使得它们与预先确定的循环变化一致地设定涡轮叶片的桨距角。最后，在“VerticalAxisWindTurbinewithIndividualActiveBladePitchControl(带有独立的主动桨距控制的立式轴风力发电机)”中，中国哈尔滨的哈尔滨工程大学机电工程学院的张立勋，梁迎彬，李儿肖，张松和郭健，2012IEEE，描述了一种具有独立主动桨叶控制的立式风力发电设备，其中将伺服电机安装到保持桨叶的臂上，并应分别通过皮带驱动器引起根据桨叶方位角进行的桨叶的桨距角调节。在“H-DarrieusWindTurbinewithBladePitchControl(带有桨距控制的H-Darrieus型风力发电机)”中，ParaschivoiuIon,TrifuOctavian和SaeedF，InternationalJournalofRotatingMachinery国际旋转机械杂志，第2009卷，研究了一种立式风力发电设备的桨叶的桨距角根据方位角的变化以使由立式风力发电设备的转子输出的扭矩最大化。在“AStraight-bladedVariable-pitchVAWTConceptforImprovedPowerGeneration(用于改进发电的直叶片可变浆距VAWT概念)”中，Y.Staelens，F.Saeed和I.Paraschivoiu，风能研讨会，第2003卷，第146-154页，2003年1月，ASME2003，描述了用于改进具有桨距角可变的桨叶的立式风力发电设备性能的研究。在每个桨叶处，应通过在相应的转动位置中根据方位角改变桨距角来优化切向力。研究了不同的桨叶型廓。在现有技术中已知的立式风力发电设备中不利的是：桨叶控制装置和桨叶驱动器不能实现令人满意的能量产出和合理的效率。另外，桨叶驱动器消耗过多的能量并且易于磨损，这不令人满意地使设备的效率和使用寿命最小化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，避免现有技术的缺点中的至少一些。尤其，立式风力发电设备的效率和使用寿命应相对于现有技术提高。该目的通过独立权利要求1和15的特征实现。尤其，现有技术的缺点通过根据本专利技术的具有多个竖直的桨叶的立式风力发电设备克服，能够借助马达驱动而彼此独立地围绕各自桨叶转动轴线转动运动，并且所述多个竖直的桨叶被支承成能够围绕竖直的转子转动轴线在共同的圆形轨迹上转动，其中所述桨叶分别在至少一个变桨马达处紧固保持，以便借助于马达使桨叶围绕其相应的桨叶转动轴线转动。换言之，桨叶分别直接承载在变桨马达处。例如，桨叶分别紧固在竖直的桨叶轴处而可借助于马达彼此独立地围绕相应的桨叶转动轴线转动运动并且被支承成可在共同的圆形轨迹上围绕竖直的转子转动轴线旋转，其中所述桨叶轴分别设有至少一个变桨马达，用于借助于马达转动桨叶，所述变桨马达的马达轴同心于相应的桨叶转动轴线伸展。在根据本专利技术的方法中克服现有技术中的缺点，其方式在于，预设立式风力发电设备的竖直的桨叶的角位置，所述桨叶被支承成可围绕相应的竖直转子转动轴线旋转并且可借助马达以围绕相应的桨叶转动轴线转动运动的方式被驱动，其中桨叶的角位置分别通过至少一个变桨马达预设，所述变桨马达至少部分地承载相应的桨叶。换言之，承载相应的桨叶的变桨马达预设角位置。桨叶分别仅能够承载在唯一的变桨马达处，由此整个风力发电设备作为系统观察获得机械的确定性进而非常获得有利的振动性能。因此，立式风力发电设备在运行时的振动频率始终保持低于其共振频率，这在此有助于最小化风力发电设备的由可能的振动造成的动态负荷，进而提高其维修间隔时长以及使用寿命。例如，预设立式风力发电设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立式风力发电设备(1)，其具有多个竖直的桨叶(7)，所述多个竖直的桨叶(7)能够借助马达驱动而彼此独立地能够围绕各自的桨叶转动轴线(C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 IB PCT/IB2017/053972;20170630 IB PCT/IB201.一种立式风力发电设备(1)，其具有多个竖直的桨叶(7)，所述多个竖直的桨叶(7)能够借助马达驱动而彼此独立地能够围绕各自的桨叶转动轴线(C7)转动运动，并且所述多个竖直的桨叶(7)被支承成能够围绕竖直的转子转动轴线(C2)在共同的圆形轨迹(K)上转动，
其特征在于，
所述桨叶(7)分别固定保持在至少一个变桨马达(27)处，以借助马达使所述桨叶(7)围绕其相应的桨叶转动轴线(C7)转动。


2.根据权利要求1所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述变桨马达(27)构成为扭矩马达，所述扭矩马达具有至少一个转子环(30)，所述转子环与相应的桨叶(7)抗扭地连接。


3.根据权利要求1或2所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述转子环(30)在外周侧靠在所述变桨马达(27)的马达轴(25)上。


4.根据权利要求1至3中至少一项所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述桨叶(7)以支承在变桨马达(27)中的马达轴承(47)处的方式被承载。


5.根据权利要求1至4中至少一项所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述桨叶(7)包括上部桨叶部段(13，13e)和下部桨叶部段(13，13f)，并且所述变桨马达设置在所述上部桨叶部段(13，13e)和所述下部桨叶部段(13，13f)之间。


6.根据权利要求1至5中至少一项所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述桨叶(7)法兰式安装到所述变桨马达(27)处。


7.根据权利要求6所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述变桨马达(27)包括至少一个旋转位置传感器(46a，46b)，用于确定所述桨叶(7)的转动位置。


8.根据权利要求1至7中至少一项所述的立式风力发电设备(1)，其特征在于，所述变桨马达(27)分别具有马达壳体(35)，在所述马达...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·汉斯·胡格，克里斯蒂安·奥拉姆，
申请(专利权)人：敏捷风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH