[发明专利]一种变桨距垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是风力机。

背景技术

风能作为一种清洁可再生能源，是解决能源危机的有效替代能源，风力机的开发与研制已经成为各国研究的焦点。垂直轴风力机凭借安装维护方便，叶片加工容易，噪音低等优势具有了与商用水平轴风力机相媲美的潜力。然而垂直轴风力机启动性能差和风能利用率相比水平轴风力机较低的劣势，限制了垂直轴风力机的发展，不过研究表明变桨距技术是解决风力机启动问题，减少叶片振动和动态失速的发生，提高垂直轴风力机综合性能的有效方法。

针对变桨距技术，人们提出了多种方案，其中以下几种方案最具代表性：1981年美国学者L.Kenyon Liljegren在专利US4430044提出了用弹簧调节叶片变桨距的设想，不过该方案无疑增加了叶片的加工难度，且在大惯量的叶片桨距角控制时显得“力不从心”；2002年新南威尔士大学采用叶片上加平衡锤的变桨距方案，利用离心力作用实现了叶片的自适应变桨距控制；美国马萨诸塞州能源公司利用导杆及凸轮机构成功研制了具有摆线规律的变桨距垂直轴风力机，该风力机效率较高，启动性能良好，但是该变桨距结构较复杂，而且风力机变桨范围受到结构参数的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供低启动风速、宽工作范围、高输出功率的一种变桨距垂直轴风力机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种变桨距垂直轴风力机，其特征是：包括发电机、塔架、风轮、主轴、叶片、伺服电机、主轴编码器、风向仪、风速仪、变桨距控制系统，主轴和发电机分别安装在塔架上，风轮安装在主轴上并绕主轴旋转，风轮的旋转运动经链传动传递到发电机上，叶片安装在风轮上自转并随风轮绕主轴旋转，伺服电机连接叶片，主轴编码器分别连接主轴和风轮并随风轮转动采集风轮瞬时位置，风向仪和风速仪安装在主轴编码器上方，发电机为变桨距控制系统供电，变桨距控制系统控制叶片桨距角。

本发明还可以包括：

1、所述的变桨距控制系统包括单片机，单片机包括A/D模块、中断及I/O模块，风向仪、风速仪信号经A/D模块转化成数字信号，主轴编码器信号经中断及I/O模块转化成数字信号，数字信号经单片机运算后输出PWM信号驱动伺服电机，伺服电机调整叶片桨距角。

2、还包括电力变换系统，电力变换系统包括整流器、DC/DC变换器、逆变器、蓄电池，整流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器分别连接蓄电池和逆变器，蓄电池分别连接变桨距控制系统和直流负载，逆变器连接交流负载，整流器与发电机相连，发电机发出的电通过整流器整流后经过DC/DC变换为直流电为蓄电池充电，蓄电池连接变桨距控制系统。

3、还包括叶片编码器、霍尔传感器、H桥功率放大模块，叶片编码器安装在伺服电机高速端，霍尔传感器安装在叶片的两端，H桥功率放大模块安装在单片机和伺服电机之间，单片机输出的PWM信号经H桥功率放大模块后驱动伺服电机。

本发明的优势在于：本发明降低了风力机启动风速，提高了启动性能和风能利用率，拓宽了风力机的工作范围，系统灵活性强，应用场合广，经济和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明电气伺服变桨距垂直轴风力机的系统组成框图；

图3是本发明电气伺服变桨距控制系统工作框图；

图4是本发明电气伺服变桨距控制系统供电系统框图；

图5是本发明电气伺服变桨距系统工作原理图（模式化变桨距控制原理图）；

图6是本发明垂直轴风力机各工作模式的电气伺服变桨距控制规律；

图7是本发明电气伺服变桨距控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：