[发明专利]悬挂式水平轴风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种风力发电技术领域，具体是一种用于通信塔架的基于下偏保护的悬挂式水平轴风力发电机组。

背景技术

风力发电是目前普遍应用的可再生能源之一，但是风力发电存在难以解决的难题，(1)自然界中风力大小差别很大，大风时高速转动会导致风轮损坏甚至烧毁风力发电机；(2)自然界中风向飘忽不定，如何根据风向的改变调节风力发电机的对风方向。风轮侧偏是微小型风能转换系统中风轮超转速保护的一种形式，归结起来主要有侧翼式和偏心式两种结构。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN1456804，公开日2003-11-19日，记载了一种“小型风力发电机尾板侧偏自保装置”，该技术的风铲(1)的下端固定连接曲柄(3)，曲柄(3)通过铰轴安装在风力发电机尾杆(2)上，曲柄(3)的另一端连接销子(4)，销子(4)插在滑套(5)中，滑套(5)中活动套装有滑杆(6)，滑杆(6)上带有与销子(4)配合使用的销子槽，滑杆(6)的一端连接弹簧(10)，另一端连接拉线(7)，拉线(7)的另一端连接拉杆(8)，拉杆(8)固定安装在活动尾板(9)上。

上述技术属于侧翼式结构，该种保护方式是依靠弹簧进行复位，而弹簧在用一段时间后就容易变形，造成复位力矩改变，另外弹簧在空气中很容易锈蚀。即使加以处理，弹簧机构用在风力发电机上也不太理想可靠。

而另一种偏心式结构的保护原理是：风轮偏置安装，具有一个偏心距，尾舵系统和机座电机壳体是铰链连接铰接的，这个铰接轴不是垂直于侧偏转轴，而是向后和向侧边各倾斜一个角度，当尾舵系统从初始位置转到折尾保护位置时，随着尾舵系统重心位置在风轮侧偏过程中的抬高，就会产生重力回位力矩。从物理学中的得知：物体只有在能量最小的位置才能达到稳定平衡状态，故尾舵系统重心的抬高，就打破了他原有的平衡，在新的位置上由于重力的作用，它就要建立一种新的平衡，那么它只有在和风轮侧偏时产生的力矩相等，才能产生一种稳定的平衡。

由于这种机构在设计时涉及的参数较多，不容易准确解决参数之间各个量的关系，风轮的气动力在侧偏时，还缺少准确的计算，另外由于风的大小和风向的变化都是随机的，它们时时刻刻都在变，在很短的时间内可产生很大幅度的变化，风轮受力情况极为复杂，所以该种方式的设计，不能只停留在理论计算上，还需试验测试，但牵引台牵引试验以及风洞试验都不能完全正确描述风力发电机的特征。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种悬挂式水平轴风力发电机组，能够悬挂在通信塔架上以免去安装风力发电机组的塔架成本，节约空间，又能为通信基站设备提供绿色、清洁的能源，节能减排。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：悬吊机构、风力发电机、风轮系统、尾舵系统和控制系统，其中：悬吊机构固定设置于通信塔架的外侧，风力发电机与悬吊机构转动连接，风力发电机的前端与风轮系统固定连接，风力发电机的尾端与尾舵系统固定连接，控制系统设置于通信塔架的底部并与风力发电机的输出端相连接，风力发电机与尾舵系统在初始状态下均为水平安置。

所述的悬吊机构包括：支撑臂、悬吊杆、回转机构、摆动机构和限位保护机构，其中：支撑臂固定设置于通信塔架的外部，悬吊杆的上端与支撑臂固定连接并保持自然下垂的角度，下端与回转机构转动连接，回转机构通过限位保护机构和摆动机构固定连接，摆动机构与风力发电机相连。

所述的回转机构为水平轴承结构，所述的摆动机构为竖直轴承结构；

所述的限位保护机构为具有凹槽的半圆柱体外壳，该凹槽的尺寸与风力发电机外壳的尺寸相对应，以限制电机下偏保护的角度并连接回转机构和摆动机构。

所述的控制系统包括：整流单元、极端保护模块、功率控制模块、防反充单元、整合模块、负载控制单元、中央控制单元，其中：风力发电机输出端依次连接整流单元、极端保护模块、功率控制模块、防反充单元和整合模块，将风力发电机输出的三相电源整流为直流电信号后由整合模块输出至蓄电池进行充电，整合模块的输出端与负载控制单元相连，负载控制单元的输出端与负载接入端相连，中央控制单元的输出端分别与极端保护模块、功率控制模块以及负载控制单元相连以输出控制指令。

所述的整流单元的输入端上设有具有接地保护的三相防雷单元，防止由于雷电击中导致的电路损坏；

所述的整流单元的输入端上设有与中央控制单元相连接的频率检测单元，由中央控制单元进行风力发电机输出频率的监测并相应输出控制指令至负载控制单元；