内推式半径可调垂直轴风力发电机及控制方法技术

本发明专利技术提出了一种内推式半径可调垂直轴风力发电机及控制方法，该装置主要包括立柱组件，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升降立柱升起，叶片组件“伸出收起”；随着升降立柱降下叶片组件展开；当升降立柱下降到下限位点时，叶片组件“收缩折叠”。与现有技术相比，叶片能展开到最大半径进行微风起动，适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。可以根数实际情况进行“伸出收起”“收缩折叠”等操作。更重要的是本发明专利技术没有专门的滑动轮毂和半径调节支杆，所有叶片支杆均能够承受叶片的受力，有效提供了折叠装置的强度、可靠性、安全性，以及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
内推式半径可调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
近年来，风力发电得到了广泛的应用，但是风力发电机由于体积较大，因此不太适合移动实用。但是边远地区应用、例如农牧区、边防哨卡、地质勘探、考古等不仅需要大量的电力供应，而且经常需要移动。所以能够方便移动和便携的风力发电系统受到了很多应用的关注。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，特别是现有技术用于控制的转动、滑动轮毂和调节支杆不直接连接到叶片，并不能提高叶片的支撑强度。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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种内推式半径可调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正常停机时，可以通过“伸出收起”，不再吸收风能；在遇到风机故障时，通过折叠状态，结合电磁刹车可以快速实现制动。当需要搬运时，通过“收缩折叠”，使立柱降到最低状态，叶片组件折叠到立柱周围，以实现便携功能。更重要的是本专利技术没有专门的滑动轮毂和半径调节支杆，所有叶片支杆均能够承受叶片的受力，有效提供了折叠装置的强度、可靠性、安全性，以及使用寿命。本专利技术采取的技术方案为：为了达到上述目的，本专利技术的内推式半径可调垂直轴风力发电机，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；所述叶片组件的上支杆、平行支杆、下支杆分别与发电机组件的上支杆盘、平行支杆盘，以及立柱组件上安装的下支杆盘相连；随着升降立柱升起，叶片组件“伸出收起”；随着升降立柱降下叶片组件展开；当升降立柱下降到下限位点时，叶片组件“收缩折叠”。所述立柱组件包括固定立柱，伸缩机构，下转盘，衬套，升降立柱，安装法兰；所述安装法兰在升降立柱顶端，下转盘固定在立柱上且高度可以调节，伸缩机构固定在立柱内部；所述伸缩机构内的伸缩杆与升降立柱底端相连，并能将升降立柱顶起和收回；所述衬套安装在固定立柱顶端和升降立柱之间。所述叶片组件包括叶片，上支座，平行支座，下支座，上支杆，平行支杆，下支杆，缓冲器；所述叶片组件安装在柱组件和发电机组件上，使叶片与固定立柱保持平行，与上支杆和平行支杆一起成为平行四连杆结构；所述上支座，平行支座，下支座安装在叶片上分别与上支杆，平行支杆，下支杆相连，并能自由转动；所述缓冲器一端连接平行支座，另外一端连接在上支杆的自由端，对叶片产生向内、向上的拉力。所述发电机组件包括定子法兰，定子轴，发电机轴承，外转子，平行支杆盘，上支杆盘；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，平行支杆盘安装在外转子的下端，外转子通过发电机轴承与定子轴配合安装；所述平行支杆盘与上支杆盘安装的角度方向一致。所述下转盘包括固定套，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。所述上平行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，所述上支杆盘在外缘由相同均匀对称分布用于安装风机支杆的支杆座。所述伸缩机构和升降立柱可以实现多级伸缩功能，使立柱升得更高以提高风能吸收效率。所述缓冲器为叶片组件提供向上的拉力，当叶片组件展开到最大半径时，向上拉力能够平衡叶片组件的重力作用。所述发电机组件如果采用内转子发电机需要将内转子轴向上安装，在轴上安装平行支杆盘和上支杆盘，并使平行支杆盘和上支杆盘之间距离与上支座和平行支座之间的距离相等。所述的可折叠垂直轴风力发电机的控制方法，系统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，使叶片组件展开，使下支杆与固定立柱之间的夹角不大于90°，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升降立柱顶起，通过上支杆和平行支杆将所有叶片向上拉起，下支杆与固定立柱之间的夹角逐渐减小，进一步将叶片距离固定立柱的半径减小；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收回并下降，所有叶片受重力和离心力作用向下运动，使叶片组件展开，在控制过程中需要保持下支杆与固定立柱之间的夹角到达不大于90°的设定值，从而增加叶片距离固定立柱的半径；步骤A-4：如果风机发生故障，或者需要风机停机时，控制伸缩机构的伸缩杆伸出并向上将升降立柱顶起，通过上支杆和平行支杆将所有叶片向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.内推式半径可调垂直轴风力发电机，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(106)与发电机组件(3)下端的定子法兰(301)相连；所述叶片组件(2)的上支杆(205)、平行支杆(206)、下支杆(207)分别与发电机组件(3)的上支杆盘(306)、平行支杆盘(305)，以及立柱组件(1)上安装的下支杆盘(1034)相连；随着升降立柱(105)升起，叶片组件(2)“伸出收起”；随着升降立柱(105)降下叶片组件(2)展开；当升降立柱(105)下降到下限位点时，叶片组件(2)“收缩折叠”。/n

【技术特征摘要】
1.内推式半径可调垂直轴风力发电机，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(106)与发电机组件(3)下端的定子法兰(301)相连；所述叶片组件(2)的上支杆(205)、平行支杆(206)、下支杆(207)分别与发电机组件(3)的上支杆盘(306)、平行支杆盘(305)，以及立柱组件(1)上安装的下支杆盘(1034)相连；随着升降立柱(105)升起，叶片组件(2)“伸出收起”；随着升降立柱(105)降下叶片组件(2)展开；当升降立柱(105)下降到下限位点时，叶片组件(2)“收缩折叠”。


2.如权利要求1所述的内推式半径可调垂直轴风力发电机，其特征在于，所述立柱组件(1)包括固定立柱(101)，伸缩机构(102)，下转盘(103)，衬套(104)，升降立柱(105)，安装法兰(106)；所述安装法兰(106)在升降立柱(105)顶端，下转盘(103)固定在立柱(101)上且高度可以调节，伸缩机构(102)固定在立柱(101)内部；所述伸缩机构(102)内的伸缩杆(1021)与升降立柱(105)底端相连，并能将升降立柱(105)顶起和收回；所述衬套(104)安装在固定立柱(101)顶端和升降立柱(105)之间。


3.如权利要求1所述的内推式半径可调垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片组件(2)包括叶片(201)，上支座(202)，平行支座(203)，下支座(204)，上支杆(205)，平行支杆(206)，下支杆(207)，缓冲器(208)；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)与固定立柱(101)保持平行，与上支杆(205)和平行支杆(206)一起成为平行四连杆结构；所述上支座(202)，平行支座(203)，下支座(204)安装在叶片(201)上分别与上支杆(205)，平行支杆(206)，下支杆(207)相连，并能自由转动；所述缓冲器(208)一端连接平行支座(203)，另外一端连接在上支杆(205)的自由端，对叶片(201)产生向内、向上的拉力。


4.如权利要求1所述的内推式半径可调垂直轴风力发电机，其特征在于，所述发电机组件(3)包括定子法兰(301)，定子轴(302)，发电机轴承(303)，外转子(304)，平行支杆盘(305)，上支杆盘(306)；所述发电机采用外转子结构，定子轴(302)下端是定子法兰(301)，上支杆盘(306)安装在外转子(304)的顶端，平行支杆盘(305)安装在外转子(304)的下端，外转子(304)通过发电机轴承(303)与定子轴(302)配合安装；所述平行支杆盘(305)与上支杆盘(306)安装的角度方向一致。


5.如权利要求2所述的内推式半径可调垂直轴风力发电机，其特征在于，所述下转盘(103)包括固定套(1031)，盘轴承(1032)，转套(1033)，下支杆盘(1034)；所述固定套(1031)固定在立柱(101)外，并且可以调整上下高度，转套(1033)通过盘轴承(1032)安装在固定套(1031)外部自由转动，下支杆盘(1034)安装在转套(1033)上并能跟随其自由转动。


6.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冬之阳，官伟，徐勤为，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