[发明专利]垂直轴风力发电机启动保护装置

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，该装置还具有高速保护功能，保护发电机，延长发电机使用寿命。

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。再次，在风力机在旋转速度较大时，为了保护发电机，需要额外的保护装置。

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保护装置，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。以及实现风机在高速旋转时自动将电机轴与风轮轴分离从而保护电动机。

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保护装置，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风轮的外缘上，轴承座通过螺钉固定在风轮上，至少一个轴承安装于风轮主轴上，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，轴承限制轴承座沿风轮主轴进行轴向移动，另有风速自适应离合器通过套筒向风轮主轴传输动力，套筒用螺钉固定在风轮上，风速自适应离合器为摩擦离合器，包括主动部和从动部，风速自适应离合器的主动部为外摩擦片，所外摩擦片在套筒内沿风轮主轴的轴向滑动，所外摩擦片通过套筒与风轮同步转动连接，风速自适应离合器的从动部为内摩擦片，内摩擦片与风轮主轴同步转动连接，通过控制压紧机构使外摩擦片和内摩擦片进行离合，压紧机构又包括压紧力输出机构和压紧力传递机构，当压紧力输出机构生成的压紧力通过压紧力传递机构使外摩擦片和内摩擦片相互结合并形成摩擦副时，风轮将动力传递给风轮主轴，当风速较低时，即当发电机叶片在风力作用下低于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互分离，此时叶片支撑板和风轮主轴之间无动力传输，而当发电机叶片在风力作用下达到或高于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互结合并同步转动，此时叶片支撑板即通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，从而使垂直轴发电机启动，当有风速更大时，且不超过发电机最高转速时，发电机叶片在风力作用下，带动风轮高速转动，由于此时风速自适应离合器处于结合传力状态，带动风轮主轴保持高速转动，而当超过发电机最高转速时，外摩擦片与内摩擦片相互分离，使风轮主轴和风轮之间无动力传输， 当风轮的转速降低时，低于发电机最高转速时，且高于发电机启动的最低额定转速时，外摩擦片与内摩擦片相互结合形成摩擦副进行同步转动，此时叶片支撑板通过风速自适应离合器的主动部和从动部向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，使发电机启动。

上述压紧力输出机构由至少两组飞球机构，每组飞球机构包括一根拨杆、一个飞球、两根连杆和两个连杆座组成，连杆座分别固定设置在风轮上和拨杆的外伸端，每根连杆的两端分别与连杆座和飞球铰接，拨杆的固定端空套在压紧力传递机构的压力接受组件上，当风轮转动时，连杆带动飞球和拨杆转动，飞球离心径向向外运动，其离心力随着转速升高而增大，由于风轮轴向固定，从而使飞球通过连杆带动两根拨杆上下开合运动，即驱动压紧力传递机构的压力接受组件沿着风轮主轴的轴向移动。