可折叠垂直轴风力发电机及控制方法技术

本发明专利技术设计了一种可折叠垂直轴风力发电机及控制方法，该装置包括立柱组件，叶片组件，发电机组件，所述立柱组件并能够将发电机组件顶端的活动盘顶起，所述叶片组件可以随着活动盘顶起，叶片组件收起，随着活动盘放下叶片组件展开。与现有技术相比，该装置叶片能展开到最大半径进行微风起动，也可以通过自动控制，调节叶片的扫掠半径和面积，从而调节风机转速和吸收风能的功率，适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。当超过安全风速或者需要搬运时，可以完全折叠起来，不再吸收风能，以实现便携功能。在遇到风机故障时，通过折叠状态，不再吸收风能，结合电磁刹车，可以快速将惯性旋转的风机制动。

【技术实现步骤摘要】
可折叠垂直轴风力发电机及控制方法
本专利技术涉及风力发电及控制系统，特别是涉及垂直轴风力发电机可折叠结构及扫掠面积控制和收纳控制方法。
技术介绍
风力发电机是利用风能这种清洁能源进行发电的电力设备。近年来，由于风力发电所获得的绿色能源与其高效的工作效率，风力发电机在各领域皆获得了极大的发展空间。垂直轴风力发电机结构简单，同时兼具工作效率高的特点，近年来有明显的发展。随着电子产品的普及，人们现在随时随地都会使用到电器，而在野外中，缺少发电设备将成为较为重要的问题，而普通的柴油发电机对使用者来说也会遇到如下一些不便，第一：普通发电机体积较大，会占据较大的空间；第二：普通发电机使用柴油发电，并且会产生噪音和尾气。中国专利CN103423088A公开了一种车载折叠式风力发电机，可以方便拆装，但是该专利技术新型由于其可伸缩支撑杆由定位螺钉固定，尽管结构简单，但是需要使用者手动折叠，费时费力，并且仅能够升降风力发电机，无法折叠桨叶，因此非常不便于携带。中国专利CN204559466U公开了一种野外便携式发电装置，该风力发电机的支架与风机叶片采用自锁合页连接，可以在工作时与放置时保持叶片的稳定状态，但是该技术不能自动控制风力发电机叶片的折叠与展开，需要使用者手动展开，由于风机塔杆比较高，因此难以手动操作。而且如果风机在旋转时也无法操作。中国专利CN110242506A公开了一种折叠式垂直轴风力发电机，该风力发电机利用电机使控制叶片支撑臂的滑套轴向运动，从而实现风机叶片的折叠，但是该专利技术需要轴向滑动同时周向转动，对立柱的光洁度要求高，此外“滑套”和立柱之间的间隙会引起振动。由于“支撑臂”和“拉杆”在“第二连杆”上的作用力臂较小，需要较大的推动力；如果要增加力臂则需要驱动器有较长的滑动范围，增加了该专利技术机构的成本。此外该专利技术的机构太复杂，暴露在风沙较大的环境中无法长期运行，可靠性和寿命都会受到影响。中国专利CN104481810B公开了一种自伸展式垂直轴风力发电机，其风力发电机及所有机构均在电机上方旋转，因此结构复杂，转动惯量大，微风起动困难，对微风条件下发电不利；该专利技术的调节靠纯机械结构完成，无法完成所需控制要求，例如，如果空载时无法控制停机，仅靠飞锤控制，转速和功率不可按照特定需求灵活调节；此外该装置无法实现便携式可折叠需求。中国专利CN109630350A公开了一种可折叠式φ形垂直轴风力发电机，折叠后横向尺寸变得更宽，占用更多的横向空间，因此不适合便携。综上所述，现有技术所有涉及到可折叠式的垂直轴风力发电机无法同时满足可折叠的便携要求以及可自动连续调节扫掠面积的发电控制要求，而且活动部件较多，可靠性、安全性、经济性等方面都不能达到要求。此外，现有垂直轴风机很难安装机械刹车系统，因此在超出安全风速，或者在风机故障时，很难实现快速停车，利用电磁制动会产生大量的热量消耗在发电机和控制器中，会对风机和控制器的寿命造成影响。因此，必须要在所有细节设计方面考虑实际应用可能给使用者带来的阻碍和不便，并要对此尽量做出改进措施。垂直轴风力发电机最需要解决的问题有两个，第一是自动将风力发电机的叶片折叠与展开，并且保证该过程快速且平稳，而且能够自动控制连续调节；第二是将叶片展开与折叠的折叠装置的受力最小，保证折叠装置不易因为各种因素而缩减使用寿命。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种可折叠垂直轴风力发电机及控制方法，与现有技术相比，叶片能展开到最大半径进行微风起动，也可以通过自动控制，调节叶片的扫掠半径和面积，从而调节风机转速和吸收风能的功率，适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。当超过安全风速或者需要搬运时，可以完全折叠起来，不再吸收风能，以实现便携功能。在遇到风机故障时，通过折叠状态，不再吸收风能，结合电磁刹车，可以快速将惯性旋转的风机制动。本专利技术采取的技术方案为：为了达到上述目的，本专利技术的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，包括立柱组件，叶片组件，发电机组件；所述立柱组件顶端的安装法兰与发电机组件下端的定子法兰相连，并能够将发电机组件顶端的活动盘顶起；所述叶片组件的支撑杆、上支杆、下支杆分别与发电机组件的活动盘、上支杆盘，以及立柱组件上安装的下转盘相连；随着活动盘顶起，叶片组件收起；随着活动盘放下叶片组件展开。所述立柱组件包括立柱，固定销，下转盘，安装法兰，伸缩机构；所述安装法兰在立柱顶端，下转盘固定在立柱上且高度可以调节，伸缩机构通过固定销固定在立柱内部；所述伸缩机构内的伸缩杆可以通过控制伸出立柱顶端。所述叶片组件包括叶片，上支座，下支座，上支杆，下支杆，转轴，支撑杆；所述叶片组件安装在柱组件和发电机组件上，使叶片与立柱保持平行，成为平行四连杆结构；所述上支座，下支座安装在叶片上并分别与上支杆，下支杆相连，并能自由转动；所述转轴安装在上支杆上面，与支撑杆相连接，使支撑杆能自由转动。所述发电机组件包括定子轴，定子法兰，外转子，上支杆盘，活动盘；所述发电机采用外转子结构，定子轴下端是定子法兰，上支杆盘安装在外转子的顶端，活动盘倒扣在外转子的最上端。所述电机组件的外转子轴心有通孔；所述外转子包括转子壳，转子，凸台，发电机轴承，波纹护套；所述括转子壳通过发电机轴承安装在有定子的定子轴外部；所述转子转子安装在转子壳内部，形成发电机本体；转子壳中间轴线上的通孔上有凸台防止雨水流入。所述电机组件的活动盘包括活动盘帽，顶子，顶子轴承，活动盘杯；所述活动盘帽用于连接支撑杆；所述活动盘帽下方是一个活动盘杯，当活动盘下降到转子壳时，扣到凸台外部，防止雨水进入发电机组件；所述活动盘杯和凸台之间有防水材料制成的可折叠波纹护套相连接，避免雨水侵入；所述活动盘杯内部通过顶子轴承安装了顶子；所述顶子中间有凹陷，且可以自由转动，当伸缩杆顶到顶子时，不会随活动盘帽旋转。所述立柱组件的下转盘包括固定套，盘轴承，转套，下支杆盘；所述固定套固定在立柱外，并且可以调整上下高度，转套通过盘轴承安装在固定套外部自由转动，下支杆盘安装在转套上并能跟随其自由转动。所述上支杆盘和下支杆盘中间均有圆孔，在外缘均匀对称分布用于安装风机支杆的支杆座。所述立柱组件的伸缩机构可以穿过中空的定子轴和中空的外转子将活动盘顶起；活动盘带动叶片组件向上折叠收起。所述的可折叠垂直轴风力发电机的控制方法，其特征在于，状态控制策略的实现步骤如下：步骤A-1：控制伸缩机构的伸缩杆收回并下降，直到与活动盘内的顶子脱离接触，使叶片组件完全展开，上支杆和下支杆处于水平状态，同时叶片处于与立柱平行状态，如果有风，系统开始起动；步骤A-2：如果风速大于设定值，或者需要风机输出功率降低，或者需要降低风机转速时，控制伸缩机构的伸缩杆伸出并向上将活动盘顶起，通过支撑杆将所有叶片向上拉起，从而降低叶片距离立柱的半径；步骤A-3：如果需要微风发电，或者需要风机输出功率提高，或者需要升高风机转速时，控制伸缩机构的伸缩杆向下收缩并降低活动盘的高度，所有叶片受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，包括立柱组件(1)，叶片组件(2)，发电机组件(3)；所述立柱组件(1)顶端的安装法兰(104)与发电机组件(3)下端的定子法兰(302)相连，并能够将发电机组件(3)顶端的活动盘(305)顶起；所述叶片组件(2)的支撑杆(207)、上支杆(204)、下支杆(205)分别与发电机组件(3)的活动盘(305)、上支杆盘(304)，以及立柱组件(1)上安装的下转盘(103)相连；随着活动盘(305)顶起，叶片组件(2)收起；随着活动盘(305)放下叶片组件(2)展开。/n

【技术特征摘要】
1.可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，包括立柱组件(1)，叶片组件(2)，发电机组件(3)；所述立柱组件(1)顶端的安装法兰(104)与发电机组件(3)下端的定子法兰(302)相连，并能够将发电机组件(3)顶端的活动盘(305)顶起；所述叶片组件(2)的支撑杆(207)、上支杆(204)、下支杆(205)分别与发电机组件(3)的活动盘(305)、上支杆盘(304)，以及立柱组件(1)上安装的下转盘(103)相连；随着活动盘(305)顶起，叶片组件(2)收起；随着活动盘(305)放下叶片组件(2)展开。


2.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述立柱组件(1)包括立柱(101)，固定销(102)，下转盘(103)，安装法兰(104)，伸缩机构(105)；所述安装法兰(104)在立柱(101)顶端，下转盘(103)固定在立柱(101)上且高度可以调节，伸缩机构(105)通过固定销(102)固定在立柱(101)内部；所述伸缩机构(105)内的伸缩杆(1051)可以通过控制伸出立柱(101)顶端。


3.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片组件(2)包括叶片(201)，上支座(202)，下支座(203)，上支杆(204)，下支杆(205)，转轴(206)，支撑杆(207)；所述叶片组件(2)安装在柱组件(1)和发电机组件(3)上，使叶片(201)与立柱(101)保持平行，成为平行四连杆结构；所述上支座(202)，下支座(203)安装在叶片(201)上并分别与上支杆(204)，下支杆(205)相连，并能自由转动；所述转轴(206)安装在上支杆(204)上面，与支撑杆(207)相连接，使支撑杆(207)能自由转动。


4.如权利要求1所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述发电机组件(3)包括定子轴(301)，定子法兰(302)，外转子(303)，上支杆盘(304)，活动盘(305)；所述发电机采用外转子结构，定子轴(301)下端是定子法兰(302)，上支杆盘(304)安装在外转子(303)的顶端，活动盘(305)倒扣在外转子(303)的最上端。


5.如权利要求4所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机组件(3)的外转子(303)轴心有通孔；所述外转子(303)包括转子壳(3032)，转子(3033)，凸台(3034)，发电机轴承(3035)，波纹护套(3036)；转子壳(3032)通过发电机轴承(3035)安装在有定子(3031)的定子轴(301)外部；转子(3033)安装在转子壳(3032)内部，形成发电机本体；转子壳(3032)中间轴线上的通孔上有凸台(3034)防止雨水流入。


6.如权利要求4所述的可折叠垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机组件(3)的活动盘(305)包括活动盘帽(3051)，顶子(3052)，顶子轴承(3053)，活动盘杯(3054)；活动盘帽(3051)用于连接支撑杆(207)；活动盘帽(3051)下方是一个活动盘杯(3054)，当活动盘(305)下降到转子壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：冬之阳，徐勤为，李良伟，郝颖，
申请(专利权)人：北京动力京工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11