[发明专利]外推式半径可调垂直轴风力发电机及控制方法

说明书

本发明提出了一种外推式半径可调垂直轴风力发电机及控制方法，该装置包括立柱组件，叶片组件，发电机组件，所述叶片组件可以随着伸缩机构伸出，带动下转盘和叶片组件伸出展开，直到伸缩机构伸出到最大值，使下支杆与立柱之间的夹角θ小于设定值90°；随着伸缩机构缩回，带动下转盘和叶片组件收起；当伸缩机构缩回到下限位点时，叶片组件收缩折叠到立柱四周。与现有技术相比，该装置适应从微风到额定风速的所有风速范围的最大功率控制。当超过安全风速或者正常停机时，可以通过收起叶片和降低叶片高度，不再吸收风能；在遇到风机故障时，通过折叠状态，结合电磁刹车可以快速实现制动。当需要搬运时，通过折叠状态，以实现便携功能。

技术领域

本发明涉及风力发电及控制系统，特别是涉及垂直轴风力发电机可折叠结构及扫掠面积控制和收纳控制方法。

背景技术

近年来，风力发电得到了广泛的应用，但是风力发电机由于体积较大，因此不太适合移动实用。但是边远地区应用、例如农牧区、边防哨卡、地质勘探、考古等不仅需要大量的电力供应，而且经常需要移动。所以能够方便移动和便携的风力发电系统受到了很多应用的关注。

中国专利CN103423088A公开了一种车载折叠式风力发电机，可以方便拆装，但是该发明新型由于其可伸缩支撑杆由定位螺钉固定，尽管结构简单，但是需要使用者手动折叠，费时费力，并且仅能够升降风力发电机，无法折叠桨叶，因此非常不便于携带。

中国专利CN204559466U公开了一种野外便携式发电装置，该风力发电机的支架与风机叶片采用自锁合页连接，可以在工作时与放置时保持叶片的稳定状态，但是该实用新型不能自动控制风力发电机叶片的折叠与展开，需要使用者手动展开，由于风机塔杆比较高，因此难以手动操作。而且如果风机在旋转时也无法操作。

中国专利CN110242506A公开了一种折叠式垂直轴风力发电机，该风力发电机利用电机使控制叶片支撑臂的滑套轴向运动，从而实现风机叶片的折叠，但是该发明需要轴向滑动同时周向转动，对立柱的光洁度要求高，此外“滑套”和立柱之间的间隙会引起振动。由于“支撑臂”和“拉杆”在“第二连杆”上的作用力臂较小，需要较大的推动力；如果要增加力臂则需要驱动器有较长的滑动范围，增加了该发明机构的成本。此外该发明的机构太复杂，暴露在风沙较大的环境中无法长期运行，可靠性和寿命都会受到影响。

中国专利CN104481810B公开了一种自伸展式垂直轴风力发电机，其风力发电机及所有机构均在电机上方旋转，因此结构复杂，转动惯量大，微风起动困难，对微风条件下发电不利；该发明的调节靠纯机械结构完成，无法完成所需控制要求，例如，如果空载时无法控制停机，仅靠飞锤控制，转速和功率不可按照特定需求灵活调节；此外该装置无法实现便携式可折叠需求。

中国专利CN109630350A公开了一种可折叠式φ形垂直轴风力发电机，折叠后横向尺寸变得更宽，占用更多的横向空间，因此不适合便携。

综上所述，现有技术所有涉及到可折叠式的垂直轴风力发电机无法同时满足可折叠的便携要求以及可自动连续调节扫掠面积的发电控制要求，而且活动部件较多，可靠性、安全性、经济性等方面都不能达到要求，特别是现有技术用于控制的转动、滑动轮毂和调节支杆不直接连接到叶片，并不能提高叶片的支撑强度。此外，现有垂直轴风机很难安装机械刹车系统，因此在超出安全风速，或者在风机故障时，很难实现快速停车，利用电磁制动会产生大量的热量消耗在发电机和控制器中，会对风机和控制器的寿命造成影响。目前技术最大问题是尽管能够改变叶片的半径，但是多数无法同时改变叶片高度。

发明内容