【技术实现步骤摘要】
本技术涉及风力发电机，具体涉及一种风力自适应垂直轴风力机。
技术介绍
1、开发和利用清洁可再生能源可有效减少温室气体的排放，对实现碳中和具有重要意义，成为目前国内外研究热点。在众多清洁能源中，风能以其清洁、无污染、取之不尽用之不竭的优点成为了目前新能源开发和利用的研究重点。
2、风力机是一种将风能转化为电能的机械装置，其性能好坏直接决定着风能利用效率。按风力机转动轴与地面之间的几何关系，可分为水平轴和垂直轴两大类。水平轴风力机具有扫风面积大，风能利用系数高的优点，然而，水平轴风力机通常采用齿轮箱进行升速式发电，其结构高大，若出现故障，维护费用较高。水平轴风机的发展是朝着大型化、巨型化的方向发展，主要用于人烟稀少、人迹罕至的偏远地区。相对于水平轴风力发电机，垂直轴有其独特的优点：一是发电装置、控制系统主要在地面或低空，利于维护；二是垂直轴风力机的回转轴垂直于风的流动方向，可以接收各个方向的风能，不需要像水平轴风力机那样增加迎风调节装置；三是垂直轴风力机整体机械结构简单，稳定性好。垂直轴风力机相比水平轴风力机，因其独到的技术特征，有大幅降低风力机制造及运行成本的商业前景。
3、但是，自然风的不稳定和不确定性，导致风力发电机所发出的电能也不稳定。当环境风速超过风力发电机的额定风速范围时，发电机转子受风轮驱动将超出其额定转速，此时发电机磁路饱和，当转速继续升高，将对发电机性能产生不良影响。因此，怎样根据环境风速自适应地调节风力机转轴输出到发电机的扭矩，使发电机转速在理想的区间范围内，不但能实现对发电机进行过载保护
技术实现思路
1、技术目的：本技术的目的在于提供一种风力自适应垂直轴风力机，该方案可根据实际风力大小，自适应调节输出扭矩的垂直轴风力发电机，使输出到发电机的扭矩和转速始终在理想范围内。
2、技术方案：本技术的一种风力自适应垂直轴风力机，包括驱动机构、伸缩机构、发电装置、风速测量装置；所述驱动机构一端安装于发电装置的风力机转轴上，另一端通过套筒与伸缩机构中的连接座固连，驱动机构用于带动套筒沿风力机转轴的上下移动，进而带动伸缩机构伸长与缩短；所述发电装置的风力机转轴与发电机传动连接，将风力机转轴在风能驱动下的旋转机械能转化为电能；所述风速测量装置用于实时监测环境风速，并将控制信号传输给驱动机构，驱动机构根据监测到的不同风速控制伺服电机的正反转来实时调整风力机翼臂的伸缩，从而实时自适应地调整风力机转轴输出到发电装置的发电机的扭矩和转速。
3、进一步地，所述伸缩机构包括呈放射状结构的上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板之间形成有若干凹槽，用于安装若干导轨；每一所述导轨的自由端垂直安装一风力叶片，每一导轨底面通过第一轴承座与连杆一端转动连接，连杆另一端通过第二轴承座与连接座转动连接；所述套筒沿风力机转轴的上下移动时，通过连杆带动伸缩机构的导轨在上支撑板和下支撑板间的凹槽内移动，以实现风力机翼臂的伸长或缩短。
4、进一步地，所述下支撑板焊接固定于风力机转轴上，上支撑板和下支撑板之间通过第一螺钉连接；所述风力机转轴上端加工有键槽，上支撑板与风力机转轴之间通过键连接，实现传动，风力叶片转动时，推动上支撑板转动，从而带动风力机转轴旋转。
5、进一步地，所述驱动机构包括安装在风力机转轴上的抱紧座，通过第三螺钉与抱紧座固定连接的电机丝杆座，安装在电机丝杆座内部用于将伺服电机与丝杆相连的联轴器，安装在丝杆另一端的丝杆套筒，丝杆套筒通过螺钉与套筒连接，丝杆与风力机转轴相互平行，套筒套设在风力机转轴上；所述伺服电机转动时将动力通过丝杆和丝杆套筒传递给套筒，使得套筒沿风力机转轴的轴向上下移动。
6、进一步地，所述风力机转轴上安装有上限位环和下限位环，通过调整上限位环、下限位环在风力机转轴上的位置，来控制风力机的最大伸长翼臂和最小的收缩翼臂。
7、进一步地，所述上限位环和下限位环上均安装有行程开关，能够将限位信号传递给伺服电机。
8、进一步地，当伸缩机构的连接座沿着风力机转轴的轴向运行到上限位环、下限位环的极限位置时，触碰行程开关，此时驱动机构中的伺服电机接收到行程开关输出的信号停止转动并锁定。
9、进一步地，所述风速测量装置包括有风速仪支撑架和风速仪，风速仪通过螺钉连接固定于风速仪支撑架上，风速仪用于实时监测当前环境的风速并将控制信号传输给驱动机构中的伺服电机。
10、有益效果：本专利技术的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：通过风速仪监测风力机所处环境的实时风速大小，根据不同风速将控制信号传输给驱动机构中伺服电机，通过驱动机构带动伸缩机构可实现风力机翼臂的伸长和缩短，从而根据实时风速自适应地调节输出到发电机扭矩和转速，使风力机输出到发电机的转速始终在理想区间范围内。
11、环境风速较低时通过风力机翼臂伸展，可增大输出到发电机扭矩从而提高发电机转速；环境风速过高时，通过收缩导轨使风力机翼臂缩短，降低输出到发电机的扭矩和转速，对发电机起过载保护作用；同一般传统的风力发电机相比，整个风力机不仅能实现过载保护而且能提高风能转化效率。
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1.一种风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：包括驱动机构、伸缩机构、发电装置、风速测量装置；
2.根据权利要求1所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述伸缩机构包括呈放射状结构的上支撑板(7)和下支撑板(9)，上支撑板(7)和下支撑板(9)之间形成有若干凹槽，用于安装若干导轨(6)；
3.根据权利要求2所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述下支撑板(9)焊接固定于风力机转轴(31)上，上支撑板(7)和下支撑板(9)之间通过第一螺钉(22)连接；
4.根据权利要求1所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述驱动机构包括安装在风力机转轴(31)上的抱紧座(17)，通过第三螺钉(26)与抱紧座(17)固定连接的电机丝杆座(15)，安装在电机丝杆座(15)内部用于将伺服电机(16)与丝杆(13)相连的联轴器(27)，安装在丝杆(13)另一端的丝杆套筒(11)，丝杆套筒(11)通过螺钉与套筒(12)连接，丝杆(13)与风力机转轴(31)相互平行，套筒(12)套设在风力机转轴(31)上；
5.根据权利要求1所述的风力自适应垂直
6.根据权利要求5所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述上限位环(8)和下限位环(14)上均安装有行程开关(30)。
7.根据权利要求6所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：当伸缩机构的连接座(10)沿着风力机转轴(31)的轴向运行到上限位环(8)、下限位环(14)的极限位置时，触碰行程开关(30)，此时驱动机构中的伺服电机(16)接收到行程开关(30)输出的信号停止转动并锁定。
8.根据权利要求6所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述风速测量装置包括有风速仪支撑架(1)和风速仪(2)，风速仪(2)通过螺钉连接固定于风速仪支撑架(1)上，风速仪(2)用于实时监测当前环境的风速并将控制信号传输给驱动机构中的伺服电机(16)。
...【技术特征摘要】
1.一种风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：包括驱动机构、伸缩机构、发电装置、风速测量装置；
2.根据权利要求1所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述伸缩机构包括呈放射状结构的上支撑板(7)和下支撑板(9)，上支撑板(7)和下支撑板(9)之间形成有若干凹槽，用于安装若干导轨(6)；
3.根据权利要求2所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述下支撑板(9)焊接固定于风力机转轴(31)上，上支撑板(7)和下支撑板(9)之间通过第一螺钉(22)连接；
4.根据权利要求1所述的风力自适应垂直轴风力机，其特征在于：所述驱动机构包括安装在风力机转轴(31)上的抱紧座(17)，通过第三螺钉(26)与抱紧座(17)固定连接的电机丝杆座(15)，安装在电机丝杆座(15)内部用于将伺服电机(16)与丝杆(13)相连的联轴器(27)，安装在丝杆(13)另一端的丝杆套筒(11)，丝杆套筒(11)通过螺钉与套筒(12)连接，丝杆(13)与风力机转轴(31)相互平行，套筒(12)套设在风力机转轴(31)上；...
【专利技术属性】
技术研发人员：周阳，
申请(专利权)人：南京师范大学中北学院，
类型：新型
国别省市：
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