[发明专利]垂直轴风力发电机叶片变攻角装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电机叶片变攻角装置，特别是一种采用了伺服电机、双蜗杆机构以及凸轮调节机构的垂直轴风力发电机叶片变攻角装置，调节装置可以使发电机叶片在圆周上不同的位置角以及不同的来流速度下保持最优的叶片攻角。

背景技术

为了更好的利用风能，长期以来，人们设计了多种结构形式的风力发电装置，主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

一般而言，垂直轴风力发电机的风轮采用具有一定翼型的直叶片构成，叶片的轴线和垂直轴平行。叶片的翼型可根据现有空气动力学原理设计得到。根据空气动力学原理，叶片前、后缘的连线被称为弦线，叶片的弦线与圆周上某一位置径向的夹角设为转动角γ。这些叶片一般是被固定安装在绕垂直轴旋转的支架上，也即转动角γ是不变的。当一定强度的风吹在这些具有一定翼型且与与旋转切线呈一定角度的直叶片上时，就在这些叶片上产生绕垂直轴转动的力矩使整个风轮转动。根据空气动力学原理，叶片前缘与后缘形成的弦线与来流风速之间的夹角设为攻角α，在旋转过程中，由于叶片相对圆周的位置不断变化，叶片的攻角是不断改变的。当叶片在旋转过程中处于不同圆周角β时，由于叶片攻角α的变化，使叶片产生驱动力矩的大小和方向也是不断发生变化的，即产生的转动力矩是不同的，有的位置大，有的位置小，这是影响垂直轴风力发电机风能利用效率的最重要因素，对于现有采用固定叶片的风轮，这个缺点是无法避免的。

因此，在风力发电中，叶片的攻角调节是一项非常关键的技术，叶片攻角的优化可以带给风力发电机更高的工作效率，目前公布的关于垂直轴风力发电机叶片变攻角的专利所提到的技术并不完善，难以实用化，以200610027384.1号专利为例，该发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种应用于垂直轴风力发电机的叶片转角自动控制系统。其包括发电机、复数个叶片组成的风轮、测风仪、中央处理器、集电环、编码器、伺服电机。该发明对每个叶片进行单独调节，机构繁琐，成本高昂，难以实用。又如200610023892.2号专利，该发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种通过调节叶片攻角从而有效降低垂直轴风力发电机启动风速及提高其风能利用率的叶片攻角调节装置。包括垂直方向的旋转轴、固定在旋转轴上的可旋转悬臂支持翼、安装在悬臂支持翼上的复数个叶片组成的风轮，沿上述旋转轴轴向设置至少一个凸轮，凸轮的轴向与旋转轴平行，该凸轮轮廓线上的任意一点的攻角δ＝方位角β-转角α；各个叶片相对于其连接的悬臂支持翼可做旋转运动；以传动装置连接凸轮与叶片，该发明仅采用凸轮调节机构，无法对风速的变化进行较好的调节。

发明内容

为了避免现有技术的不足，本发明提供了一种在不同的风速和不同的叶片圆周位置角下调节叶片攻角使其达到最优的装置。

本发明的思想在于：通过凸轮调节装置与双蜗杆机构的耦合，提供了一种在不同的风速和不同的叶片圆周位置角下调节叶片攻角使其达到最优的装置。通过凸轮调节装置调节叶片位于圆周不同位置角时的攻角，通过伺服电机带动双蜗杆机构调节不同来流速度时的叶片攻角。

本发明采用的技术方案是：凸轮机构用于调节来流风速稳定情况下叶片在不同圆周位置角β时的攻角α。槽型凸轮10与固定主轴1过盈配合，固定不动，滚子推杆9与槽型凸轮10配合，同时滚子推杆9另一端通过一对角接触球轴承18和32与下蜗杆21连接，下蜗杆21为空心，一端可装角接触轴承18和32，另一端有内螺纹，下蜗杆21可相对滚子推杆18转动，但轴向相对位置固定。下蜗杆21另一端通过导程与下蜗杆21相同的螺纹配合与齿条杆7连接，螺纹自锁，齿条杆一端为螺纹杆，另一端为齿条，当下蜗杆21旋转时，通过螺纹配合使齿条杆7实现往复运动。齿条杆7末端齿条与齿轮12连接，齿轮12通过键槽与叶片5配合。风力发电机工作时，滚子推杆9绕槽型凸轮10转动，实现携程回程的往复运动，推动下蜗杆21和齿条杆7往复运动，引起齿轮12转动，从而带动叶片5转动，改变叶片5的转动角γ，进而使攻角α维持最优。槽型凸轮10轮廓线由实验给出，针对某一设计速度使得叶片5在圆周不同位置角β具有最优攻角。