[发明专利]一种风力发电机的限速方法及所用的横桨立轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，特别是一种风力发电机的限速方法及所用的横浆立轴风力发电机。

背景技术

几十年来，国际小型风力发电机技术有了很大的发展，产业发展也取得了一定的成就，但从根本上说，可靠性问题一直没有得到解决。长期以来，出于成本上的考虑，先进的液压控制技术没有在小型风力发电机的限速保护上采用，只是根据空气动力学原理，采用简单的机械控制方式对小型风力发电机在大风状态下进行限速保护。机械限速结构的特点是小型风力发电机的机头或某个部件处于动态支撑的状态，这种结构在风洞试验的条件下，可以反映出良好的限速特性，但在自然条件下，由于风速和风向的变化太复杂，而且自然环境恶劣，小型风力发电机的动态支撑部件不可避免的会引进振动和活动部件的损坏，从而使机组损坏。

目前最好的小型风力发电机只保留了三个运动部件(运动部件越少越可靠已是大家的共识)，一是风轮驱动发电机主轴旋转，二是尾翼驱动风力发电机的机头偏航，三是为大风限速保护而设的运动部件。前两个运动部件是不可缺少的，这也是风力发电机的基础，实践中这两个运动部件故障率并不高，主要是限速保护机构损坏的情况多。要彻底解决小型风力发电机的可靠性问题必须在限速方式上有最好的解决方法。传统风力发电机由风叶(活动体)、发电机、回转体(活动体)、滑环、折尾轴(活动体)、尾翼和立柱组成。为了使风力发电机在大风速下实现折尾保护，将发电机的重心设计于立柱重心的侧面，便于自动折尾和回正。此结构的发电机随回转体旋转，为了防止发电机输出线与立柱缠绞，设置了滑环结构。滑环结构是由集电环、碳刷、碳刷支架组成。发电机的输出线接到碳刷上面，通过碳刷在集电环上滑动接触，将发电机的输出转接到固定在立柱上的电源线上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种故障率低、运行稳定可靠的风力发电机限速方法及横浆立轴风力发电机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案：一种风力发电机的限速方法。该方法是在发电机输出功率超出负载需要时通过给发电机一个反向磁阻力矩，大幅度增加发电机所消耗的功率，使发电机所消耗的功率大于风轮输出的功率，发电机主轴产生与原旋转方向相反的力矩，风叶打破原有的正面迎风状态而偏离，使风轮转速下降。

上述的风力发电机的限速方法中，当发电机输出功率超出负载需要时给出的反向磁阻力矩＝当时的风机输出功率*9550/当时的转速。

前述的风力发电机的限速方法中，对额定功率为1000w、额定转速为420转的风力发电机，当其输出功率超出负载需要时给出的反向磁阻力矩为22.73Nm。

一种横浆立轴风力发电机，其构成包括风叶、尾翼、发电机和立柱，还包括齿轮箱，在齿轮箱中装有相互啮合的换向齿轮组，其中一个换向齿轮固定连接在风轮驱动轴上，另一个换向齿轮固定连接在发电机主轴上。

连接在发电机主轴的换向齿轮与连接在风轮驱动轴上的换向齿轮的下方啮合，这样可以将风轮驱动轴的转矩传送到发电机主轴上；实验中发现：连接在发电机主轴的换向齿轮与连接在风轮驱动轴上的换向齿轮的上方啮合，这样也可以将风轮驱动轴的转矩传送到发电机主轴上；前一种结构在产品装配以及日后的维修、润滑保养时略显复杂；而后一种结构由于换向齿轮组啮合的位置高、距离处于风机顶端的保养孔的距离近，所以更加方便维护、使用。

上述的横浆立轴风力发电机中，发电机的重心与立柱的重心在同一条垂直线上。

前述的横浆立轴风力发电机中，发电机与立柱直接固定，发电机的输出线直接与固定在立柱上的电源线连接。

前述的横浆立轴风力发电机中，尾翼是直接安装在齿轮箱上。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的横浆立轴风力发电机具有以下优点：1、只保留了风轮驱动轴和发电机主轴两个旋转部分，发电机主轴同时又是偏航轴，减少了运动部件，降低了机械故障率，运行可靠、故障率低。2、由于不需要折尾限速，即不需要偏心力，无需尾翼折尾轴，因此尾翼是直接安装在齿轮箱上，发电机重心与立柱的重心是在同一条垂直线上，这样消除了偏心引起的抖动，提高了整机的运行稳定性和使用寿命。3、发电机与立柱直接固定，无需回转体；发电机的输出线直接与固定在立柱上的电源线连接，无需滑环结构，免除了接触件的磨损而引起的故障。4、采用电控限速，通过给发电机一个反向磁阻力矩，使风叶打破原有的正面迎风状态而偏离，使风轮转速下降，从而起到保护风力发电机和充电设备的作用。其中的反向磁阻力矩是发电机线圈与负载构成回路后，转子与定子之间产生的阻力。此力矩大小随着负载的变化而变化。电控限速采用的手段多，可靠性高，而且可以实现平稳控制。