[发明专利]立轴变桨直驱风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机

背景领域：

随着社会的发展和对能源需求的加快，环境污染也在加速，人们已认识到环境的破坏将 严重威协人类的生存。开发并发展可再生能源是人类社会当务之急，既可解决能源紧张又 可保护生态环境。而风力发电又是目前所有可再生能源中发展最为成熟的一种。它具有资 源丰富，造价低，技术比较完善等特点。

但是风力发电设备一般采用的是双馈变桨变速或永磁直驱电机，水平轴与高位布置，容 量趋向大型化，这样带来如运输、吊装、维修等一系列问题。如兆瓦风电机，风叶长40多 米，塔筒高80多米，机舱重达50多吨，不但运输困难，且吊装需要200T汽车吊，若齿轮箱 出了问题，吊下维修后再吊上就耗去整个机组造价的十分之一。据目前国内外运行的风电 机情况，齿轮箱占事故的40％，于是人们将研究对象放在直驱永磁风电机上。而直驱风电 机也同样存在着如发电机直径大，D/H太大，磁轭小，轴承的Pv过大，运输困难等问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，效率较高，造价低廉，便于安装，运输方便的可变 桨立轴型风力发电机(见图1和图2)。

具体的技术解决方案：

1、立轴变桨风电机。包括风叶②、机架③、刹车装置⑤、变桨结构④、塔台⑥、 发电机、控制系统、变频器、冷却装置九部份组成，其特征在于：

A、塔台⑥是钢筋水泥结构沏成的圆台，其高度由建场地点的地貌决定，风叶②、风 轮架③、支承轴承装在塔台上面，塔台内部上方置放刹车⑨、发电机，下部置放 变压器、控制器、变频器等。

B、塔台上面正中设立中心立轴⑦：(1)装有风叶的机架，(2)机架可绕立轴旋转， 上下装有滚动轴承，机架上可装能自由转动的风叶②，(3)有数片风叶的机架下端通 过联轴⑩与发电机联结。

C、机架的横架内装有变桨机构，主要采用两种方式：其一是机械式(附图5-I)，本 发明有链轮传动，齿轮蜗轮传动，凸轮及轨道等形式。这里采用数对链轮及链条(附图I)， 立轴上方的轮子，带动风叶上轮子转动是采用链条带动或蜗轮蜗杆带动，当机架旋 转时风叶也按比例随之转动，保证风叶的较好的攻角，使整个风轮的转矩为最大；其二是 采用电动伺服系统(附图5-II)，是根据风向及叶片的瞬间位置，由传感器收集信号，按 系统软件指令，通过蜗轮蜗杆使风叶转到最佳功角④，以吸取最大能量。大于100kw 采用电动式，小于100kw采用机械式。

D、当采用机械变桨时，对风装置是由风向仪①(风速仪)及传感器传递信号给控制器 ，命令执行机构调速电机转动，它们可以是齿轮或蜗轮蜗杆，由电动机带动风轮架 对风，风能架安装在塔台的平面轴承上，可以轻松转动。如采用电动伺服马达变桨，则 不需对风装置，只要根据风向，指令风叶处于最佳功角，风叶起到对风的导向作用。

E、刹车装置是装在风轮架③的下部，由刹车盘⑨及电磁钳组成。

F、控制系统是由控制器变频器组成，变频器是将发电机的直流电变为50HZ或60HZ 电源频率，经变压器升压后入大电网。控制器主要用在设计风速范围内，确保风电机在 工作风速范围内正常工作，超过风速或事故发生时，保护风电机的安全。

2、根据1所述，立轴变桨风电机，其特征在于风叶安装角随风轮转动而变动，使得风轮 获得的能量最大。

3、根据1所述，立轴变桨风电机，其特征在于变桨机构，风轮、发电机、对风装置、刹 车为同轴装置安装，省去轮毂、齿轮箱、主轴及支承等联节机构，提高效率。

4、根据1所述，本技术是采用等截面、两端各有支点的风叶结构，比水平轴风叶悬臂 受力要安全可靠，并配有轴承以减少摩擦，成本降低30％。

5、根据1所述，立轴变桨风电机，其特征是外转子永磁发电机，其转速允许在额定转速 ±20％变化，采用低转速，与风轮直接联结，省去齿轮箱，提高整机效率。

6、根据1所述，立轴变桨风电机，其特征是没有又高又大的钢质塔筒而采用钢筋水泥塔 台，其高度根据要求可高可低，且成本是塔筒架的1/3。

7、风叶形状可采用Nasa的线型，也可采用MEF的线型，视需要而定。

8、根据1所述，立轴变桨风电机，其变桨的执行机构在操纵轴上，设置电磁离合器，当 超过设计的破坏风速或发生事故时，电磁离合器失电松开，风叶顺桨，刹车开始工作。