專利名稱：變攻角阻力型垂直軸風—光互補式發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直軸風力發(fā)電機，特別是一種集風力與太陽能于一體的發(fā)電機。(二) 背景技術(shù)風力發(fā)電機又稱風車，是一種將風能轉(zhuǎn)換成機械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換 裝置。按風輪軸的不同可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。能量驅(qū)動鏈(即風 輪、主軸、增速箱、發(fā)電機)呈水平方向的，稱之為水平軸風力機。能量驅(qū)動鏈 成垂直方向的，稱之為垂直軸風力機。垂直軸風力發(fā)電機可分為阻力型和升力型 兩類。已有技術(shù)中關(guān)于利用風能、太陽能以及其組合的發(fā)電裝置的公開報道較多。 但是， 一般的垂直軸風力發(fā)電機的風輪采用升力型，葉片形狀復(fù)雜，制造成本較 高，葉片的軸線和垂直軸平行，風輪的轉(zhuǎn)動與風向無關(guān)，因此不需要像水平軸風 力機那樣采用迎風裝置。由于葉片與懸臂支架的角度固定不變，因此，葉片產(chǎn)生的驅(qū)動力矩的大小和方向是不斷變化的，不可能產(chǎn)生攻角始終為90°時的最大 力矩，同時還會產(chǎn)生較大的阻力矩，所以現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機的啟動風速較 大且風能利用率不高，環(huán)境適應(yīng)性不強。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種葉片攻角可調(diào)節(jié)、風光互補、能提高發(fā)電機的風 能利用率和環(huán)境適應(yīng)能力以及降低啟動風速的變攻角阻力型垂直軸風一光互補 式發(fā)電機。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括發(fā)電箱，安裝在發(fā)電箱中的發(fā)電機齒輪、套筒齒輪和發(fā)電機，主軸， 安裝在主軸上的懸臂支架，安裝在懸臂支架上的葉片；主軸外套有套筒，懸臂支 架固定在套筒上，懸臂支架設(shè)置有葉片轉(zhuǎn)動裝置，主軸頂端設(shè)置有風速風向儀， 懸臂支架上設(shè)置有太陽能電池；太陽能電池板經(jīng)光電板控制器輸出的直流電、發(fā) 電機輸出的低壓交流電經(jīng)整流或輸出的直流電匯集在一起充入蓄電池組；葉片轉(zhuǎn)動裝置以蓄電池組為電源；風速風向儀聯(lián)接控制器，控制器控制葉片轉(zhuǎn)動裝置。 本發(fā)明還可以包括這樣一些特征1、 所述的葉片轉(zhuǎn)動裝置的組成包括電機、絲桿、葉片齒輪、絲桿支撐架和 齒條，電機與絲杠相連，齒條設(shè)置有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，絲杠與葉片齒輪相嚙 合，葉片齒輪安裝在葉片轉(zhuǎn)軸上，懸臂支架上有齒條導(dǎo)向槽。2、 所述的太陽能電池呈傘形，它由傘形電池板安裝支撐面和分布于電池板 安裝支撐面上的太陽能電池板組成。3、 主軸與套筒之間設(shè)置有角接觸球軸承和深溝球軸承，發(fā)電機齒輪安裝在 發(fā)電機軸上，套筒齒輪固定在套筒上，發(fā)電機齒輪與套筒齒輪相嚙合。4、 葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處。本發(fā)明的太陽能電池傘由太陽能電池板和電池板安裝支撐面兩部分組成，其 中多組太陽能電池板安裝在傘狀的電池板安裝支撐面上，支撐面與懸臂支架固 連，即太陽能電池傘可以和整體葉輪一起繞主軸旋轉(zhuǎn)。葉片相對于其連接的懸臂支架可做水平轉(zhuǎn)動，為使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中能耗最 低，葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處，即葉片相對于轉(zhuǎn)軸在形狀和重量上都對稱。套筒和懸臂支架固連在一起，可通過角接觸球軸承和深溝球軸承繞主軸旋轉(zhuǎn)。風速風向儀可測得風向和風速，可把該信號轉(zhuǎn)化為電信號，控制葉片轉(zhuǎn)動裝 置的電機。齒條與葉片齒輪嚙合，齒條的長度使齒輪旋轉(zhuǎn)角度范圍不小于180° 。齒條包括有可與絲桿配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，在齒條導(dǎo)向槽的作用下，絲桿的旋 轉(zhuǎn)運動可轉(zhuǎn)化為齒條的直線運動。本發(fā)明在工作過程中，可根據(jù)風速風向儀測得的風速風向信號通過控制系統(tǒng)有效地調(diào)節(jié)葉片攻角，使垂直軸風力發(fā)電機達到如圖3的效果，即葉片能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩，而不會產(chǎn)生阻礙力矩。本發(fā)明的葉片轉(zhuǎn)動裝置在調(diào)節(jié)葉片轉(zhuǎn)動的過程中，需消耗一些能量，但由于葉片的對稱結(jié)構(gòu)，風力相對于葉片轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為O，所以電機只克服摩擦做 功，電機損耗的能量很小。本發(fā)明的所配置的太陽能電池傘使太陽能電池板傘狀形式安裝，且可以繞主軸旋轉(zhuǎn)，使電池板均勻受光，可有效地利用太陽能，使本發(fā)明實現(xiàn)風一光互補式 發(fā)電，增強了垂直軸風力發(fā)電機的環(huán)境適應(yīng)能力。本發(fā)明采用阻力型垂直軸風車形式，可根據(jù)風速風向儀測得的風速和風向自 動調(diào)節(jié)葉片的角度，使風機始終處于可產(chǎn)生最大力矩的狀態(tài)，有效地降低了啟動 風速。所以，本發(fā)明不必像傳統(tǒng)風機那樣必須架起IO多米高，以獲得足夠的啟 動風速。這種啟動風速較低的優(yōu)勢使得本發(fā)明便于隱藏，例如，隱藏在山區(qū)樹叢 中，或者作為水面浮漂物，以提供部隊用電，運用于國防軍事。(四)


圖1是本發(fā)明的整體機構(gòu)示意圖。 圖2是葉片轉(zhuǎn)動裝置的機構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的剖面圖。圖4是本發(fā)明的風輪旋轉(zhuǎn)時葉片攻角變化的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖l-3，本發(fā)明的主軸8固定于地面，風速風向儀7可根據(jù)實際風向相 對于主軸自由轉(zhuǎn)動，由懸臂支架6、太陽能電池傘l、葉片2、套筒4以及其它 附屬件構(gòu)成的大葉輪也可在風力驅(qū)動作用下相對于主軸8獨立轉(zhuǎn)動，并且通過發(fā) 電機齒輪5-l和套筒齒輪5-2增速，將動能傳遞給發(fā)電機5-3，由發(fā)電機將動能 轉(zhuǎn)化為電能。結(jié)合圖2-3，葉片轉(zhuǎn)動裝置3配置在懸臂支架6上，懸臂支架上設(shè)有齒條 導(dǎo)向槽3-6。當電機3-l帶動絲杠3-2轉(zhuǎn)動時，具有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的齒條3-5在導(dǎo) 向槽的作用下，沿著絲杠3-2做直線運動，從而驅(qū)動葉片齒輪3-3轉(zhuǎn)動，使葉片 2旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)葉片攻角。本發(fā)明在開始工作時，由風速風向儀7測出風向，并把風向信號提供給控制 系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)風輪與風向的初始角度，調(diào)節(jié)葉片的角度，如圖4所示，使 風向右側(cè)葉片的攻角變?yōu)?0。，而風向左側(cè)葉片的攻角變?yōu)镺。，從而使風車 獲得最大的啟動力矩。當風車旋轉(zhuǎn)時，由編碼器(示意圖未指出)或類似電器元件測出風車轉(zhuǎn)動時 的位置以及風車的旋轉(zhuǎn)速度，通過位置閉環(huán)和速度閉環(huán)結(jié)合控制葉片2相對于懸臂支架6旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角在風車旋轉(zhuǎn)的任何位置都達到圖4所示狀態(tài)，始終處于最大力矩驅(qū)動狀態(tài)。當風速過大時，可根據(jù)風速風向儀7反饋的風速信號，自動調(diào)節(jié)處于風向右 側(cè)的葉片攻角，使葉片攻角小于90。，減小驅(qū)動力矩，降低風車轉(zhuǎn)動速度，以 防止轉(zhuǎn)速過大時損壞發(fā)電機。在風車旋轉(zhuǎn)時，在風車頂部的太陽能電池傘1也相對于大地旋轉(zhuǎn)，所配置的 太陽能電池板l-l均勻受光，產(chǎn)生電能，經(jīng)光電板控制器輸出為直流電；風車驅(qū) 動發(fā)電機5-3輸出的低壓交流電整流成直流電，并與光電控制器輸出的直流電匯 集在一起，充入蓄電池組，蓄電池輸出的直流電可接直流負載，也可經(jīng)逆變器轉(zhuǎn) 換為交流電供交流負載使用。這樣可有效地利用太陽能和風能，使垂直軸發(fā)電機 達到風一光互補式的發(fā)電效果，從而適應(yīng)不同的天氣環(huán)境。
權(quán)利要求
1. 一種變攻角阻力型垂直軸風—光互補式發(fā)電機，它包括發(fā)電箱，安裝在發(fā)電箱中的發(fā)電機齒輪、套筒齒輪和發(fā)電機，主軸，安裝在主軸上的懸臂支架，安裝在懸臂支架上的葉片；其特征是主軸外套有套筒，懸臂支架固定在套筒上，懸臂支架設(shè)置有葉片轉(zhuǎn)動裝置，主軸頂端設(shè)置有風速風向儀，懸臂支架上設(shè)置有太陽能電池；太陽能電池板經(jīng)光電板控制器輸出的直流電、發(fā)電機輸出的低壓交流電經(jīng)整流或輸出的直流電匯集在一起充入蓄電池組；葉片轉(zhuǎn)動裝置以蓄電池組為電源；風速風向儀聯(lián)接控制器，控制器控制葉片轉(zhuǎn)動裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機，其特 征是所述的葉片轉(zhuǎn)動裝置的組成包括電機、絲桿、葉片齒輪、絲桿支撐架和 齒條，電機與絲杠相連，齒條設(shè)置有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，絲杠與葉片齒輪相 嚙合，葉片齒輪安裝在葉片轉(zhuǎn)軸上，懸臂支架上有齒條導(dǎo)向槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機， 其特征是所述的太陽能電池呈傘形，它由傘形電池板安裝支撐面和分布于電 池板安裝支撐面上的太陽能電池板組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機， 其特征是主軸與套筒之間設(shè)置有角接觸球軸承和深溝球軸承，發(fā)電機齒輪安 裝在發(fā)電機軸上，套筒齒輪固定在套筒上，發(fā)電機齒輪與套筒齒輪相嚙合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機，其特 征是主軸與套筒之間設(shè)置有角接觸球軸承和深溝球軸承，發(fā)電機齒輪安裝在 發(fā)電機軸上，套筒齒輪固定在套筒上，發(fā)電機齒輪與套筒齒輪相嚙合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機， 其特征是葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機，其特 征是葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機，其特征是葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變攻角阻力型垂直軸風一光互補式發(fā)電機，其特征是葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)定在葉片的中心處。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種變攻角阻力型垂直軸風—光互補式發(fā)電機。它包括發(fā)電箱、發(fā)電機齒輪、套筒齒輪、發(fā)電機、主軸、懸臂支架，葉片；主軸外套有套筒，懸臂支架固定在套筒上，懸臂支架設(shè)置有葉片轉(zhuǎn)動裝置，主軸頂端設(shè)置有風速風向儀，懸臂支架上設(shè)置有太陽能電池；太陽能電池板經(jīng)光電板控制器輸出的直流電、發(fā)電機輸出的低壓交流電經(jīng)整流或輸出的直流電匯集在一起充入蓄電池組；葉片轉(zhuǎn)動裝置以蓄電池組為電源；風速風向儀聯(lián)接控制器，控制器控制葉片轉(zhuǎn)動裝置。本發(fā)明集風—光發(fā)電為一體，采用阻力型垂直軸風車形式，可根據(jù)風速風向儀測得的風速和風向自動調(diào)節(jié)葉片的角度，使風機始終處于可產(chǎn)生最大力矩的狀態(tài)，有效地降低了啟動風速。
文檔編號F03D9/00GK101280766SQ20081006462
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者萬曉正, 松 張, 張立勛, 康 王 申請人:哈爾濱工程大學