[发明专利]用于风能转换器的空气动力制动装置的控制装置和方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种限扭矩控制装置，特别是在垂直轴风力涡轮机中应用的空气动力制动器，以及采用加热的方法对垂直轴风力涡轮机气翼进行消冰的手段。

在风能利用开发的高速向前发展过程中，通常希望以更加高效的方式来分别设计风能设备和风能系统。然而，不管是将风能设备设计为竖直轴风力涡轮机14(VAWT)还是水平轴风力涡轮机(HAWT)，它们在强风条件下的控制是个需要注意的问题。公知的竖直轴风力涡轮机例如是萨沃尼斯(Savonius)风力涡轮机或达里厄(Darrieus)风力涡轮机(主要为旋翼(Giromill)风力涡轮机)。需要注意的是，用于竖直轴风力涡轮机的转子不能理解为螺旋桨，而是可以分别作为翼状驱动气翼和竖直气翼叶轮，或者阻力叶轮，即风速计，它们都是通过其阻力而被完全驱动。竖直气翼叶轮遵循类似飞机机翼那样的产生上升力的活动原则，虽然上升组件不能起到对抗重力的作用(像飞机那样)，但是，正如本领域技术人员所公知的那样，水平地与重力矢量呈90度，因此，通过将升力转化为扭矩以驱动涡轮机。

主要在高风速情况时，转子的旋转速度必须受到限制，以避免由于超额的风能造成对风能系统的损害和破坏。此外，即使在风能驱动风能系统时，也必须有能力关闭风能系统，以便维护工作和修理工作。因此，重要的是，每个风能系统包括制动装置。然而，诸如轮碟形制动器或鼓形制动器的常规制动器是不适合的，因为它们受制于高磨损。此外，必须确保永久的制动能力。基于摩擦的制动器可能会自身加热直至发生制动失效。在现有技术中，可能通过使用无磨损涡流制动器来解决这个问题。然而，这会导致的问题在于，涡流制动器不允许单独的控制，并且它们在电源失效或控制失效时也就不起作用了。当电能失效或者控制失效时，现有技术中具有可调整的转子叶片的系统不再能够消除风的作用，使得风能会依然持续地驱动转子而造成自我损坏。因此，需要一种风能设备，当存在故障的时候，该风能设备分别具有自我控制的自动制动促动和自动关闭。在现有技术中，当诸如雷击的紧急情况发生时还会产生其他的问题，电力控制装置会失效，从而不可能关闭风力涡轮机(HAWT和/或VAWT)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尽可能最有效的能力来通过制动器以无磨损方式控制竖直轴风力涡轮机14的转动，该制动器在存在故障时能够自我促动而无需额外的控制，而且能够使竖直轴风力涡轮机14停止。根据本发明，该问题通过根据所附权利要求(特别是权利要求1)所述的用于空气动力制动器的控制装置1而得以解决。

根据本发明的一个方面，提供一种用于空气动力制动器的控制装置1，其分别具有至少一个气翼区段和竖直气翼叶片区段，包括：具有扭转元件3的弹簧组件总成，其中扭转元件3另外还设置有用于在缩回位置对空气动力制动器进行预载的弹簧元件；具有至少一个配重元件5的配重组件总成4，用于通过由足够高速的转动而产生的离心力来延伸空气动力制动器，以及抵抗弹簧元件的预载；具有促动器8的促动器组件总成7，其与空气动力制动器相联结并且被促动以延伸空气动力制动器，也抵抗如果存在的弹簧元件的预载。扭转元件使得促动器组件总成7和配重组件总成4能够扭转。根据本发明实施例的空气动力制动器能够控制竖直轴风力涡轮机14的扭矩特征。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于竖直轴风力涡轮机的气翼区段，其包括至少一个位于竖直轴风力涡轮机的至少一个气翼区段中的用于竖直轴风力涡轮机的空气动力制动器的控制装置，包括：扭转元件3，该扭转元件可以包括弹簧元件，以在缩回位置的方向上对空气动力制动器进行预载；至少一个配重元件，以通过由气翼区段的足够高速的转动而产生的离心力来延伸空气动力制动器，甚至抵抗弹簧元件的预载；杠杆臂，与促动器连接，其中所述杠杆臂被所述促动器所促动，以延伸空气动力制动器。

根据本发明的另一方面，提供了一种风能系统，包括至少一个转子，该转子具有至少一个用于竖直轴风力涡轮机的气翼区段，该竖直轴风力涡轮机包括至少一个位于竖直轴风力涡轮机的至少一个气翼区段中的用于竖直轴风力涡轮机的空气动力制动器的控制装置，包括：扭转元件3，该扭转元件可以包括弹簧元件，以在缩回位置的方向上对空气动力制动器进行预载；至少一个配重元件，通过由气翼区段的足够高速的转动而产生的离心力而延伸空气动力制动器，以通过由气翼区段的足够高速的转动而产生的离心力来延伸空气动力制动器抵抗弹簧元件的预载；杠杆臂，与促动器连接，其中所述杠杆臂被所述促动器促动，以延伸空气动力制动器。

根据本发明的另一方面，提供了一种对具有控制装置的竖直轴风力涡轮机进行空气动力制动操作的方法。