[发明专利]垂直轴风力发电机启动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机启动装置，特别适宜安装在自启动性能较差的升力型垂直轴风力发电机上，用于提高发电机的低速启动性能。

背景技术

风力发电机是一种将风能转换机械能、电能或热能的能量转换装置，按风轮轴的在空间方向位置的不同，它可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。

垂直轴风力发电机（VAWT vertical axis wind turbine）从结构原理上，主要分为升力型和阻力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。阻力型风力发电机优点是起动转矩较大，启动性能良好，但是它的转速低，风力机风能利用率低于水平轴风力发电机。升力型转速高，旋转惯性大，结构相对简单，成本较低，但此结构在垂直轴风力发电机开始运行时，启动比较困难尤其是风速小的情况下运转性能差。

垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转，其主要优点是无需对风、结构简单以及维修维护方便。但是由于垂直轴风力机的叶片受到材料和结构的客观限制，其额定转速比水平轴风力发电机的风轮转速低，导致风能利用效率较低。其次，垂直轴风力发电机在风速较低的情况下，自启动性能比水平轴风力机差，造成了低风速时发电效率较低，导致发电机的低速启动性能不够理想。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发电机启动装置，能实现垂直轴风力发电机在较低风速时顺利启动，提高风能利用效率，优化垂直轴风力发电机的自启动性能。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种垂直轴风力发电机启动装置，包括风轮主轴和风轮，风轮主轴通过联轴器和发电机主轴同轴固定连接，风轮驱动风轮主轴转动，使发电机启动，风轮至少包括两片发电机叶片，并围绕风轮主轴均匀分布，发电机叶片与叶片支撑板的外端固定连接，当发电机叶片转动时，叶片支撑板的内端向风轮主轴传递扭矩，进而驱动风轮主轴转动，叶片支撑板的内端固定于空套轴承座上，空套轴承座又通过至少一个轴承安装于风轮主轴上，空套轴承座与轴承的外圈固定连接，轴承的内圈与风轮主轴紧固装配连接，轴承限制空套轴承座沿风轮主轴进行轴向移动，另有风速自适应离合器控制空套轴承座向风轮主轴传输动力，风速自适应离合器包括主动部和从动部，风速自适应离合器的主动部与空套轴承座固定连接，风速自适应离合器的从动部与风轮主轴同步转动连接，风速自适应离合器的从动部还能沿风轮主轴的轴线方向移动，使风速自适应离合器包括主动部和从动部相互离合，当发电机叶片在风力作用下低于额定转速时，风速自适应离合器的主动部与从动部分离，叶片支撑板和电机连接轴之间无动力传输，当发电机叶片在风力作用下达到或高于额定转速时，风速自适应离合器的主动部与从动部结合并同步转动，叶片支撑板即通过主动部、从动部向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，使垂直轴风力发电机启动。

上述风速自适应离合器优选采用摩擦离合器。

上述风速自适应离合器最好优选采用双盘摩擦离合器，其主动部为两个内摩擦盘，其从动部为两个外摩擦盘，内摩擦盘和外摩擦盘皆空套于风轮主轴上，内摩擦盘设置于空套轴承座两侧，内摩擦盘的背面固定于空套轴承座上，外摩擦盘通过连接件与风轮主轴周向固定，使外摩擦盘不能相对于风轮主轴进行转动，外摩擦盘能沿风轮主轴的轴向滑动，外摩擦盘的正面摩擦面与内摩擦盘的正面摩擦面相对应进行接合与分离，在外摩擦盘的背面还设有压紧机构，压紧机构能沿风轮主轴的轴向滑动，压紧机构与空套轴承座同步转动，压紧机构将空套轴承座旋转产生的离心力转化为向外摩擦盘的背面施加的压力，使外摩擦盘与内摩擦盘结合并形成摩擦副进行传动。

压紧机构包括两个压紧件和至少两组滑块机构，滑块机构围绕风轮主轴均匀分布，滑块机构皆位于相邻的两发电机叶片之间，并保持与叶片支撑板不接触，两个压紧件压紧两个外摩擦盘的背面，每组滑块机构皆包括一个滑块、一根导轨和两根连杆，导轨的皆有一端通过一个导轨座与空套轴承座固定连接，导轨的另一端皆为悬挑端，滑块沿导轨滑动，每个滑块皆与两根连杆铰接，与同一滑块铰接的两根连杆又皆有一端分别与两个压紧件铰接。

上述风轮主轴优选采用阶梯轴，空套轴承座和位于空套轴承座两侧的两个外摩擦盘分别装配于不同半径轴截面的轴段上。

上述外摩擦盘和风轮主轴之间的连接件优选采用花键。

上述发电机叶片最好为4片，压紧机构的滑块机构最好也包括4组。

上述空套轴承座最好通过一对并列轴承安装于风轮主轴上，轴承优选采用圆锥滚子轴承。