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Title:
VERTICAL SHAFT WIND POWER GENERATING SYSTEM AND BLADE ANGLE AUTOMATIC REGULATING DEVICE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/085615
Kind Code:
A1
Abstract:
A blade angle automatic regulating device includes a rotating frame (4), the outer side of which is pivoted with the back of a blade (1) and the inner side of which is connected to a blade supporting disc (5); a power device coupled with the lower end of an orientation shaft (180) for driving the orientation shaft (180) to rotate; a rotating crankshaft (190) coupled with the upper end of the orientation shaft (180) and rotating with the orientation shaft (180) synchronously; an eccentric shaft (110) arranged in an eccentric position of the rotating crankshaft (190); an eccentric disc (111) sleeved on the eccentric shaft (110) and rotating around the eccentric shaft (110) acting as the central shaft; and a blade pull rod (6), the outer end of which is rotatably connected with the blade (1) and the inner end of which is rotatably connected with the eccentric disc (111). The device can automatically regulate the windward surface of the blade to the optimum position. A vertical shaft wind power generating system including the blade angle automatic regulating device is also disclosed.

Inventors:
XU, Zhiwen (Room 601, No. 31 Lane1880,Longyang Road, Pudong District, Shanghai 4, 201204, CN)
Application Number:
CN2010/078904
Publication Date:
July 21, 2011
Filing Date:
November 19, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SHANGHAI FANHONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. (Room 601, No. 31 Lane1880,Longyang Road, Pudong District, Shanghai 4, 201204, CN)
上海凡鸿环保科技发展有限公司 (中国上海市浦东新区龙阳路1880弄31号601室, Shanghai 4, 201204, CN)
International Classes:
F03D7/06; F03D3/06
Foreign References:
CN101761449A
CN101608601A
JP2008202499A
JP2006052669A
CN1811173A
CN1858438A
CN101260865A
Other References:
See also references of EP 2514966A1
Attorney, Agent or Firm:
J. Z. M. C. PATENT AND TRADEMARK LAW OFFICE (YU Mingwei, Room 5022No. 335, Guoding Road, Yang Pu District, Shanghai 3, 200433, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种垂直轴风力发电系统的风叶角度自动调节装置, 其特征在于, 包括: 旋转架, 外侧用于与风叶的背面枢接, 内侧用于连接垂直轴风力发电系统 的风叶支撑盘, 该风叶支撑盘相对垂直轴风力发电系统的输入轴可转动;

定位轴;

动力装置, 与定位轴的下端相关联, 以驱动定位轴转动;

回转曲轴, 与定位轴的上端相关联, 可与定位轴同歩转动;

偏心轴, 设置在回转曲轴的偏心位置;

偏心盘, 套装在偏心轴上, 可以偏心轴为中心轴转动; 以及

风叶拉杆, 外端用于与风叶可转动地连接, 内端与偏心盘可转动地连接。

2.如权利要求 1所述的风叶角度自动调节装置,其特征在于,还包括风向仪, 动力装置配置有控制装置,控制装置电连接传感器组件,传感器组件用于检测风向 仪的偏转角度并据此向控制装置传递风向信号,控制装置根据传感器组件传递的风 向来控制动力装置的运动, 以使定位轴的转动与风向的转动相关联。

3.如权利要求 2所述的风叶角度自动调节装置,其特征在于,还包括风速仪, 传感器组件还用于检测风速仪的转动速度并据此向控制装置传递风速信号,控制装 置还根据传感器组件传递的风速信号来控制动力装置的运动,以使定位轴的转动与 风向的转动相关联。

4. 如权利要求 1所述的风叶角度自动调节装置, 其特征在于, 定向轴可转动 地设置在所述输入轴的轴孔中, 回转曲轴固定在定向轴的上端,动力装置是微型电 机, 动力装置连接有减速器, 该减速器通过联轴器与定向轴相连接。

5. —种垂直轴风力发电系统, 包括输入轴、 风叶以及风叶支撑盘, 风叶支撑 盘相对垂直轴风力发电系统的输入轴可转动地设置, 其特征在于, 还包括风叶角 度自动调节装置, 该风叶角度自动调节装置包括:

旋转架, 外侧与风叶的背面枢接, 内侧连接在垂直轴风力发电系统的风叶 支撑盘上且随风叶支撑盘的转动而转动; 定位轴;

动力装置, 与定位轴的下端相关联, 以驱动定位轴转动;

回转曲轴, 与定位轴的上端相关联, 可与定位轴同步转动;

偏心轴, 设置在回转曲轴的偏心位置;

偏心盘, 套装在偏心轴上, 可以偏心轴为中心轴转动; 以及

风叶拉杆, 外端与风叶可转动地连接, 内端与偏心盘可转动地连接。

6. 如权利要求 5所述的垂直轴风力发电系统, 其特征在于, 还包括风向仪, 动力装置配置有控制装置,控制装置电连接传感器组件,传感器组件用于检测风向 仪的偏转角度并据此向控制装置传递风向信号,控制装置根据传感器组件传递的风 向来控制动力装置的运动, 以使定位轴的转动与风向的转动相关联。

7. 如权利要求 6所述的垂直轴风力发电系统, 其特征在于, 还包括风速仪, 传感器组件还用于检测风速仪的转动速度并据此向控制装置传递风速信号,控制装 置还根据传感器组件传递的风速信号来控制动力装置的运动,以使定位轴的转动与 风向的转动相关联。

8. 如权利要求 5所述的垂直轴风力发电系统, 其特征在于, 定向轴可转动地 设置在所述输入轴的轴孔中,回转曲轴固定在定向轴的上端,动力装置是微型电机, 动力装置连接有减速器, 该减速器通过联轴器与定向轴的下端相连接。

9. 如权利要求 5所述的垂直轴风力发电系统, 其特征在于, 偏心轴在回转曲 轴上的偏心方向垂直于风向,在风叶拉杆和旋转架的共同作用下,风叶在绕输入轴 的中心轴线回转的过程中具有最大迎风位置以及最小迎风位置, 在最大迎风位置, 风叶的迎风面垂直迎风, 在最小迎风位置, 风叶的迎风面平行于风向; 在工作过程 中,风叶从最大迎风位置转过 180度后达到最小迎风位置,风叶从最小迎风位置随 风转过 180度后达到最大迎风位置。

10. 如权利要求 8所述的垂直轴风力发电系统, 其特征在于, 所述减速器是 蜗轮蜗杆减速器。

Description:
垂直轴风力发电系统及其风叶角度自动调节装 置 技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电系统及其风叶 角度自动调节装置。 背景技术

公开号为 CN1858438 的中国专利申请公开了一种垂直轴风力发电系 统, 它在 风叶回转中心设有轴,风叶在支架上围绕该轴 来回转动形成风轮,风叶在支架上来 回转动时的角度范围由自动控制系统控制叶片 转角而确定,叶片在不同的位置获得 相应最佳的叶片转角。

但无论采取何种改变叶片转角的方法, 会存在下述缺陷。

缺陷是转角叶片在迎顺风面, 转角叶片不能和风向成为 90度, 无法叶片使最 佳迎风, 在迎逆风面, 转角叶片不能和风向成为 0度, 因而无法充分利用风能。

公开号为 CN101260865 的中国专利申请提出了自调角度迎风叶片, 利用叶片 旋转轴与主轴直接用齿轮相啮合或链条传动。 叶片转到最佳迎风位置。

但存在缺陷的是: 因主轴和叶片的传动是通过齿轮相啮合或链条 直接传动, 这样会使叶片在转动时负荷太重,无法充分利 用风能,也不利于产品的商业化开发。

公开号为 CN200996359 的中国专利申请对叶片的角度调节装置采用的 是液压 装置, 如液压泵、 液压油缸、液压控制阔及液压蓄能器等配件, 来控制叶片横向和 纵向的伸缩, 使叶片转到最佳迎风面, 充分利用风能。

但存在缺陷的是: 采用的是液压装置, 如液压泵、 液压油缸、 液压控制阔及 液压蓄能器等配件, 来控制叶片伸缩转向, 增加系统控制装置,其装置本身耗电就 大大降低发电效率。 发明内容

本发明的目的是提供一种风叶自动调节迎风面 的垂直轴风力发电系统及其风 叶角度自动调节装置, 其能通过连杆机构将随风而自动调节风叶迎风 面角度。

为实现前述目的, 本发明的垂直轴风力发电系统的风叶角度自动 调节装置, 特点是, 包括: 旋转架, 外侧用于与风叶的背面枢接, 内侧用于连接垂直轴风 力发电系统的风叶支撑盘, 该风叶支撑盘相对垂直轴风力发电系统的输入 轴可转 动; 定位轴; 动力装置, 与定位轴的下端相关联, 以驱动定位轴转动; 回转曲 轴, 与定位轴的上端相关联, 可与定位轴同步转动; 偏心轴, 设置在回转曲轴 的偏心位置; 偏心盘, 套装在偏心轴上, 可以偏心轴为中心轴转动; 以及风叶 拉杆, 外端用于与风叶可转动地连接, 内端与偏心盘可转动地连接。

动力装置带动定位轴, 定位轴带动回转曲轴, 回转曲轴带动偏心轴, 动力 装置驱动定位轴的方式可以与风向相关联, 旋转架、 风叶拉杆、 风叶等构成四 连杆机构, 可通过该四连杆机构来调整风叶绕输入轴轴心 回转过程中的自转角 度, 四连杆机构的动力即来自于风叶, 一旦风力作用于风叶, 风叶将自动调整 迎风角度。

所述的风叶角度自动调节装置, 其进一歩的特点是, 还包括风向仪, 动力装 置配置有控制装置,控制装置电连接传感器组 件,传感器组件用于检测风向仪的偏 转角度并据此向控制装置传递风向信号,控制 装置根据传感器组件传递的风向来控 制动力装置的运动, 以使定位轴的转动与风向的转动相关联。动力 装置由控制装置 依据传感器传递的风向信号控制,从而将四连 杆机构对风叶迎风角度的调整与风向 关联起来,通过风向仪而不是风舵来测定风速 ,可以将使风叶的偏转角度更加精确。

所述的风叶角度自动调节装置, 其进一歩的特点是, 还包括风速仪, 传感器 组件还用于检测风速仪的转动速度并据此向控 制装置传递风速信号,控制装置还根 据传感器组件传递的风速信号来控制动力装置 的运动,以使定位轴的转动与风向的 转动相关联。动力装置还由控制装置依据传感 器组件传递的风速信号来控制,从而 可更准确地将风叶随风向的改变调整到位。

所述的风叶角度自动调节装置, 其进一步的特点是, 定向轴可转动地设置在 所述输入轴的轴孔中, 回转曲轴固定在定向轴的上端, 动力装置是微型电机, 动力 装置连接有减速器,该减速器通过联轴器与定 向轴相连接。定向轴贯穿于输入轴的 轴孔中, 使得整个装置结构紧凑。

为实现所述目的, 本发明的垂直轴风力发电系统, 包括输入轴、 风叶以及风 叶支撑盘,风叶支撑盘相对垂直轴风力发电系 统的输入轴可转动地设置,其特征在 于, 还包括风叶角度自动调节装置, 该风叶角度自动调节装置包括: 旋转架, 外 侧与风叶的背面枢接, 内侧连接在垂直轴风力发电系统的风叶支撑盘 上且随风叶 支撑盘的转动而转动; 定位轴; 动力装置, 与定位轴的下端相关联, 以驱动定 位轴转动; 回转曲轴, 与定位轴的上端相关联, 可与定位轴同步转动; 偏心轴, 设置在回转曲轴的偏心位置; 偏心盘, 套装在偏心轴上, 可以偏心轴为中心轴 转动; 以及风叶拉杆, 外端与风叶可转动地连接, 内端与偏心盘可转动地连接。

动力装置带动定位轴, 定位轴带动回转曲轴, 回转曲轴带动偏心轴, 动力 装置驱动定位轴的方式可以与风向相关联, 旋转架、 风叶拉杆、 风叶等构成四 连杆机构, 可通过该四连杆机构来调整风叶绕输入轴轴心 回转过程中的自转角 度, 四连杆机构的动力来自于风力对风叶的作用, 一旦风力作用于风叶, 风叶 将自动调整迎风角度, 风叶一边以输入轴为中心轴回转, 一边在四连杆机构的 作用下自转, 因此可以实现在顺风时调大迎风面, 而在逆风时调小迎风面。

所述的垂直轴风力发电系统, 其进一歩的特点是, 还包括风向仪, 动力装置 配置有控制装置,控制装置电连接传感器组件 ,传感器组件用于检测风向仪的偏转 角度并据此向控制装置传递风向信号,控制装 置根据传感器组件传递的风向来控制 动力装置的运动, 以使定位轴的转动与风向的转动相关联。

所述的垂直轴风力发电系统, 其进一歩的特点是, 还包括风速仪, 传感器组 件还用于检测风速仪的转动速度并据此向控制 装置传递风速信号,控制装置还根据 传感器组件传递的风速信号来控制动力装置的 运动,以使定位轴的转动与风向的转 动相关联。

所述的垂直轴风力发电系统, 其进一歩的特点是, 定向轴可转动地设置在所 述输入轴的轴孔中, 回转曲轴固定在定向轴的上端, 动力装置是微型电机, 动力装 置连接有减速器, 该减速器通过联轴器与定向轴的下端相连接。

通过风速和风向来控制定向轴的转动, 可以精确准时地将定向轴的转动与风 向的变化相关联。

所述的垂直轴风力发电系统, 其进一步的特点是, 偏心轴在回转曲轴上的偏 心方向垂直于风向,在风叶拉杆和旋转架的共 同作用下,风叶在绕输入轴的中心轴 线回转的过程中具有最大迎风位置以及最小迎 风位置,在最大迎风位置,风叶的迎 风面垂直迎风, 在最小迎风位置, 风叶的迎风面平行于风向; 在工作过程中, 风叶 从最大迎风位置转过 180 度后达到最小迎风位置, 风叶从最小迎风位置随风转过 180度后达到最大迎风位置。

所述的垂直轴风力发电系统, 其进一步的特点是, 所述减速器是蜗轮蜗杆减 速器。 当风向时, 风叶在偏心轴的偏心方向为 0度, 此时风叶迎风面垂直迎风, 使 风叶迎风面受风力最大; 当风向不变(动力装置或电机无需动作), 风叶围绕输入 轴旋转到 90度位置, 此时风叶的迎风面(自转向 90度)受风力最小, 实现了自动 调整风叶角度的功能, 并且风叶自动调节迎风面, 最大可能地充分利用风能资源, 既使很微小的风也能推动风叶启动;弥补了风 力发电机要在风速较大时才能达到所 设计的额定功率; 大大提高风力发电机设备利用率, 减少风力发电机设备的闲置。 附图说明

图 1至图 6为本发明的第一实施例的构造的示意图, 其中:

图 1为本发明的风叶自动调节迎风面的垂直轴风 发电系统的立体示意图; 图 2为风叶于垂直风向并仰面向上角度为 0. 01-85度的立体示意图; 图 3为风叶拉杆拉动风叶的转向位置示意图,其 (a)为初始位置的示意图, (b )为转过 90度的位置示意图, (c )为转过 180度的位置示意图, (d )为转过 270度的位置示意图;

图 4为偏心曲轴的立体示意图;

图 5为齿轮与输入轴的结构示意图;

图 6为图 5中 A处的局部放大示意图。

图 7到图 8为本发明的第二实施例的构造的示意图, 其中:

图 7为风向跟踪机构的结构示意图;

图 8为装配有图 7所示风向跟踪装置垂直轴风力发电机装置的 体示意图。 具体实施方式

第一实施例

如图 1、 图 5和图 6所示, 本发明的风叶自动调节迎风面的垂直轴风力发 电系统包括多个风叶 1、 旋转架 4、 风叶支撑盘 5、 垂直发电机输入轴 11、 风 叶支撑盘 5与输入轴 11之间的传动机构。

如图 5所示, 风叶 1背面设置有上、 下固定支架 2a、 2b , 旋转架 4的外侧 与风叶 1背面的上、 下固定支架 2a、 2b枢接 (以枢轴相接, 二者可以以该枢 轴为中心轴相对转动)或铰连接或者说可绕一 轴线转动地连接,风叶 1可以上、 下固定支架 2a、 2b与旋转架 4的铰连接处的连线为轴心旋转, 旋转架 4的内 侧固定在支撑盘 5上。 风叶 1的背面上端安装有稍高于上固定支架 2的外支架

3, 风叶拉杆 6的外端与外支架 3铰连接。

如图 6所示, 风叶拉杆 6的内端与偏心连接盘 13铰连接, 偏心连接盘 13 可转动地套装在曲轴 12的偏心轴 16上。 同时参照图 4, 曲轴 12通过轴承设置 在输入轴 11上端, 偏心轴 16的上端固定设有风舵 15, 风舵 15的旋转中心与 曲轴 12同一轴心 (在本实施例中, 即输入轴 11的轴心) , 风舵 15的迎风方 向与偏心轴 16的偏心方向 (即曲轴 12的轴向) 垂直。

可以理解到, 风叶的角度自动调节机构主要包括旋转架 4、 风叶拉杆 6、 曲轴 12、 偏心轴 16、 偏心连接盘 13以及风舵 15。

继续参照图 6,风叶支撑盘 5与输入轴 11之间的传动机构包括风叶齿轮 7、 第一过桥齿轮 8、 第二过桥齿轮 9以及输入轴齿轮 10。 支撑盘 5与风叶齿轮 Ί 固定连接, 风叶齿轮 7通过轴承 14同心套装在输入轴 11上, 风叶齿轮 7与第 一过桥齿轮 8啮合,第一过桥齿轮 8与第二过桥齿轮 9同一轴心并且固定连接, 第二过桥齿轮 9与输入轴齿轮 10啮合, 输入轴齿轮 10同轴固定在输入轴 11 上。

上述齿轮传动机构的传动比 2 : 1或 3 : 1, 传动比可根据当地风场环境的要 求而定, 传动比 2 : 1或 3 : 1能提高风力发电机转速。 传动比 1 : 2或 1 : 3使微风 能启动风力发电机。 上述齿轮传动机构, 也可以由皮带传动和链轮传动替代。

本发明的风叶自动调节迎风面垂直轴风力发电 系统, 也可以不用传动机 构, 由风叶支撑盘 5直接同轴固定在输入轴 11上, 同步转动。

本发明的风叶自动调节迎风面的垂直轴风力发 电系统的运转方式如下: 同时参照图 5、 6以及图 3, 风叶 1背面的上、 下固定支架 2a、 2b与旋转 架 4的外侧连接, 使风叶 1能在旋转架 4上自由转动。 风叶 1背面上端的外支 架 3通过风叶拉杆 6与偏心连接盘 13围绕偏心轴 16旋转。 如图 1所示, 当风 叶 1处于与偏心同方向位置时, 外支架 3离输入轴 11 的轴心最远, 并且使风 叶 1迎风面与风向 b垂直, 风叶 1沿方向 C旋转 (公转) , 在图 1中为了增强 结构强度, 各个旋转架 4 由支撑杆 17连接在一起。 当风叶 1处于偏心反方向 位置时, 外支架 3离输入轴 11的轴心最近, 并且使风叶 1迎风面转向 90度迎 风。 如图 3中 (a ) - ( c ) 所示, 当风确定风舵 15方向时, 偏心轴 16以风舵 15的垂直方向设为 0度, 即风叶 1在偏心轴 16的偏心方向为 0度, 此时风叶 1迎风面垂直迎风, 使风叶 1迎风面受风力最大。 当偏心轴 16与风舵 15的方 向不变, 风叶 1围绕输入轴 11旋转到 180度位置, 此时风叶 1的迎风面 (自 转向 90度) 受风力最小。

如图 2所示, 风叶 1不仅可以竖直设置还可以于垂直风向并仰面 上角度 β为 0. 01— 85度。

第二实施例

第一实施例的风叶角度自动调整机构存在不足 之处: 转角叶片在迎顺风面 时, 由于转角叶片上的风叶拉杆对偏心盘有较小的 推力, 这时风舵会对风向偏 向, 无法叶片使最佳迎风, 在迎逆风面, 转角叶片不能和风向成为 0度, 因而 无法充分利用风能。 另外, 若要风舵对风向不偏向, 则有风舵做成很大, 这不 利于中等以上的风力发电装置发展, 也不利于产品的商业化开发。

第二实施例在第一实施例的基础上对风叶角度 自动调整机构进行了改变, 取消了风舵。 如图 7所示, 风叶角度自动调整装置包括电机 100、 定向轴 180、 回转曲轴 190、 偏心轴 110、 偏心盘 111, 当然也与第一实施例一样, 包括风叶 拉杆和旋转架, 旋转架的设置与第一实施例也一样, 风叶拉杆的内端连接在偏 心盘 1 11上而外端与第一实施例一样连接在风叶上。

继续参照图 7, (微型) 电机 100连接减速器 120, 减速器 120连接联轴 器 140, 联轴器 140连接定向转轴 180, 定向转轴 180通过轴承 150可转动地 设置在垂直轴风力发电机的动力输入轴 170的轴孔中。电机 100以及减速器 120 由支撑架 130支撑在输入轴 170的下方, 定向轴 180的上端固定连接回转曲轴 190, 回转曲轴 190的偏心位置固定地安装有偏心轴 110, 偏心轴 110上可转动 地设置有偏心盘 1 11。 偏心盘 111是以偏心轴 110为枢轴转动, 偏心轴 1 10是 以定向轴 180为中心轴转动, 电机 100工作时, 电机 100的输出动力由减速器 120减速增矩后传递到联轴器 140、 定向轴 180, 从而驱使定向轴 180在输入轴 170的轴孔中转动。

电机 100还电连接传感器组件 115, 传感器组件 115用于感应风向仪 112 的转动以及风速仪 1 13的转动, 电机 100配置有电气控制装置, 该电气控制装 置接收传感器组件 115检测到的风向信号和风速信号来控制电机 100的转速和 转向。

同时参照图 8, 与第一实施例不同的是, 风叶拉杆 6的内端连接在图 7中 的偏心盘 111上。 与第一实施例一样, 旋转架 4的外端连接风叶 1而内端连接 在风叶支撑盘上。

如图 8所示, 以固定在偏心轴 110上的箭头 200 (可以是虚拟的) 为风向 参考, 与第一实施例一样地 (可参照图 3 ) , 偏心轴 110的偏心方向 (即偏心 轴 110在回转曲轴 190上的设置位置与回转曲轴 190的中心的连线确定的方向) 与风向垂直时, 风叶迎风面垂直迎风, 使风叶迎风面受风力最大; 当风向不变 时, 风叶围绕输入轴转过 180度位置, 风叶的迎风面与风向的角度逐渐变小, 并在转过 180度位置时, 风叶的迎风面与风向平行, 此时风叶的迎风面受风力 最小, 实现了自动调整风叶角度的功能, 并且风叶自动调节迎风面, 最大可能 地充分利用风能资源。

若风向有变动, 则可通过电机控制定向轴的转动来控制偏心轴 与风向进行 一致性的转动 (即其偏心位置始终与风向垂直) , 而电机控制定向轴 180的转 动量可以通过传感器组件 115检测风向仪 112的转动而确定, 电机控制定向轴 180的转速可以通过传感器组件 115检测风速仪 113的转动而确定, 从而可精 确地确定风向, 并进而精确地调节风叶的角度。 减速器 120可以是蜗轮蜗杆减 速器, 也可以是齿轮减速器, 通过设置减速比, 可以使得从电机 100、 减速器 120、 联轴器 140、 定向轴 180到回转曲轴 190的传动为单向传动, 因为由于风 叶调整作用于曲轴 190的外力不足以带动减速器 120。