專利名稱：一種風力發電機的限速方法及所用的橫槳立軸風力發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電機，特別是一種風力發電機的限速方法及所用的橫漿立
軸風力發電機。
背景技術：
幾十年來，國際小型風力發電機技術有了很大的發展，產業發展也取得了一定的 成就，但從根本上說，可靠性問題一直沒有得到解決。長期以來，出于成本上的考慮，先進 的液壓控制技術沒有在小型風力發電機的限速保護上采用，只是根據空氣動力學原理，采 用簡單的機械控制方式對小型風力發電機在大風狀態下進行限速保護。機械限速結構的特 點是小型風力發電機的機頭或某個部件處于動態支撐的狀態，這種結構在風洞試驗的條件 下，可以反映出良好的限速特性，但在自然條件下，由于風速和風向的變化太復雜，而且自 然環境惡劣，小型風力發電機的動態支撐部件不可避免的會引進振動和活動部件的損壞, 從而使機組損壞。 目前最好的小型風力發電機只保留了三個運動部件(運動部件越少越可靠已是 大家的共識)，一是風輪驅動發電機主軸旋轉，二是尾翼驅動風力發電機的機頭偏航，三是 為大風限速保護而設的運動部件。前兩個運動部件是不可缺少的,這也是風力發電機的基 礎，實踐中這兩個運動部件故障率并不高,主要是限速保護機構損壞的情況多。要徹底解決 小型風力發電機的可靠性問題必須在限速方式上有最好的解決方法。傳統風力發電機由風 葉(活動體)、發電機、回轉體(活動體)、滑環、折尾軸(活動體)、尾翼和立柱組成。為了 使風力發電機在大風速下實現折尾保護,將發電機的重心設計于立柱重心的側面，便于自 動折尾和回正。此結構的發電機隨回轉體旋轉，為了防止發電機輸出線與立柱纏絞，設置了 滑環結構。滑環結構是由集電環、碳刷、碳刷支架組成。發電機的輸出線接到碳刷上面，通 過碳刷在集電環上滑動接觸，將發電機的輸出轉接到固定在立柱上的電源線--匕。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供--種故障率低、運行穩定可靠的風力發電機 限速方法及橫漿立軸風力發電機。 為解決上述技術問題，本發明的技術方案一種風力發電機的限速方法。該方法是 在發電機輸出功率超出負載需要時通過給發電機一個反向磁阻力矩，大幅度增加發電機所 消耗的功率，使發電機所消耗的功率大于風輪輸出的功率，發電機主軸產生與原旋轉方向 相反的力矩，風葉打破原有的正面迎風狀態而偏離，使風輪轉速下降。 上述的風力發電機的限速方法中，當發電機輸出功率超出負載需要時給出的反向 磁阻力矩=當時的風機輸出功率*955()/當時的轉速。前述的風力發電機的限速方法中，對額定功率為1000w、額定轉速為420轉的風力
發電機，當其輸出功率超出負載需要時給出的反向磁阻力矩為22. 73Nm。 —種橫漿立軸風力發電機，其構成包括風葉、尾翼、發電機和立柱,還包括齒輪箱,在齒輪箱中裝有相互嚙合的換向齒輪組，其中一個換向齒輪固定連接在風輪驅動軸上，另 一個換向齒輪固定連接在發電機主軸上。 連接在發電機主軸的換向齒輪與連接在風輪驅動軸上的換向齒輪的下方嚙合,這 樣可以將風輪驅動軸的轉矩傳送到發電機主軸上；實驗中發現連接在發電機主軸的換向 齒輪與連接在風輪驅動軸上的換向齒輪的上方嚙合，這樣也可以將風輪驅動軸的轉矩傳送 到發電機主軸上；前一種結構在產品裝配以及日后的維修、潤滑保養時略顯復雜；而后一 種結構由于換向齒輪組嚙合的位置高、距離處于風機頂端的保養孔的距離近，所以更加方 便維護、使用。 上述的橫漿立軸風力發電機中，發電機的重心與立柱的重心在同一條垂直線上。
前述的橫漿立軸風力發電機中，發電機與立柱直接固定，發電機的輸出線直接與 固定在立柱上的電源線連接。 前述的橫漿立軸風力發電機中，尾翼是直接安裝在齒輪箱上。 本發明的有益效果與現有技術相比,本發明的橫漿立軸風力發電機具有以下優 點1 、只保留了風輪驅動軸和發電機主軸兩個旋轉部分，發電機主軸同時又是偏航軸，減少 了運動部件，降低了機械故障率,運行可靠、故障率低。2、由于不需要折尾限速，即不需要偏 心力，無需尾翼折尾軸，因此尾翼是直接安裝在齒輪箱上，發電機重心與立柱的重心是在同 一條垂直線上，這樣消除了偏心引起的抖動,提高了整機的運行穩定性和使用壽命。3、發電 機與立柱直接固定，無需回轉體；發電機的輸出線直接與固定在立柱上的電源線連接，無需 滑環結構，免除了接觸件的磨損而引起的故障。4、采用電控限速，通過給發電機一個反向磁 阻力矩，使風葉打破原有的正面迎風狀態而偏離，使風輪轉速下降，從而起到保護風力發電 機和充電設備的作用。其中的反向磁阻力矩是發電機線圈與負載構成回路后，轉子與定子 之間產生的阻力。此力矩大小隨著負載的變化而變化。電控限速采用的手段多，可靠性高， 而且可以實現平穩控制。


圖1是本發明的風力發電機結構示意圖；
圖2是齒輪箱的內部結構示意圖。 下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式
實施例1。如圖1所示，包括風葉1、尾翼2、發電機3和立柱4，在風葉1上裝有整 流罩10，風葉1固定在風輪驅動軸8的前端上。還包括齒輪箱5(如圖2所示)，在齒輪箱 5中裝有相互嚙合的 -對上換向齒輪6和下換向齒輪7，上換向齒輪6是用螺帽(或螺栓) 固定在風輪驅動軸8的后端上，下換向齒輪7是用螺栓(或螺帽)固定在發電機主軸9上， 通過上換向齒輪6和下換向齒輪7可將風葉1的橫行旋轉轉換成縱向旋轉直接拖動發電機 3。發電機3與立柱4直接固定，發電機3的輸出線直接與固定在立柱4上的電源線連接， 并且發電機3的重心與立柱4的重心在同--條垂直線上。尾翼2直接安裝在齒輪箱5上。
實施例中換向齒輪7可以在換向齒輪6的下方與換向齒輪6嚙合；也可以在換向
齒輪6的上方與之嚙合。
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本發明的工作原理正常情況下風力發電機所發的電能直接驅動用電設備或蓄入 蓄電池組，不需要對其進行控制。當不需要風能或當風力發電機所發電能遠遠超出實際需 要時給發電機一個反向磁阻力矩，大幅度增加發電機所消耗的功率，使之大于風輪輸出的 功率，發電機主軸(偏航軸)產生與原旋轉方向相反的力矩，打破原有的風葉正面迎風狀態 而偏離，使風輪轉速下降。由于風葉的偏離使尾翼也偏離風向而增加了回正力，將風葉向 迎風面推。重復上述過程即可在相應反向電磁力矩的作用下達到降低轉速、起到保護風力 發電機和充電設備的作用。反向磁阻力矩的大小根據所使用發電機的額定功率、額定轉速 和負載電量需求確定。以額定功率為l-()0()w、額定轉速為420轉的風力發電機為例，該發電 機在420轉時將輸出1000w的額定功率。假設當發電機輸出功率超過1250w時超出負載需 要，此時需要給發電機一個22. 73Nm的反向磁阻力矩，使得風機葉片迎風面偏離主風向，減 少功率耦合面積，從而降低風機的輸出功率。上例中，需要給出反向磁阻力矩的時機根據實 際情況確定( 一般根據負載電量需求確定)，根據負載電量需求的不同，可以是在輸出功率 超過1250ft'時給出反向磁阻力矩，也可以是在輸出功率超過l，w或者超過l，w時給出 反向磁阻力矩。對具有不同額定功率和額定轉速的風力發電機，在采用該方法進行限速時 需要給出的反向磁阻力矩的大小也不一樣，一般而言，當發電機組輸出功率超出負載需要 時給出的反向磁阻力矩=當時的風機輸出功率*955()/當時的轉速。實際應用中風力發電 機的控制 -般取決于蓄電池的電壓和轉速。如直流48V供電系統中，控制器采樣蓄電池電 壓超過53. 5V時開啟P麗(脈寬調制)控制，并記錄當時的發電機轉速，間歇式加大假負載， 使反向磁阻力矩增加,從而改變風葉迎風角達到一個新的平衡點。于此同時控制器檢測風 力發電機的轉速，如果轉速下降，則達到控制目的，如果轉速繼續上升，則需要進一步加大 假負載，直到轉速下降至低于P麗起控轉速50轉。
權利要求
一種風力發電機的限速方法，其特征在于該方法是在發電機輸出功率超出負載需要時通過給發電機一個反向磁阻力矩，大幅度增加發電機所消耗的功率，使發電機所消耗的功率大于風輪輸出的功率，發電機主軸產生與原旋轉方向相反的力矩，風葉打破原有的正面迎風狀態而偏離，使風輪轉速下降。
2. 根據權利要求1所述的風力發電機的限速方法，其特征在于當發電機輸出功率超出負載需要時給出的反向磁阻力矩=當時的風機輸出功率*9550/當時的轉速。
3. 根據權利要求2所述的風力發電機的限速方法，其特征在于對額定功率為1000w、 額定轉速為420轉的風力發電機，當其輸出功率超出負載需要時給出的反向磁阻力矩為 22. 73Nm。
4. 一種采用如權利要求卜3中任意一項所述方法限速的橫漿立軸風力發電機，包括風 葉(1)、尾翼(2)、發電機(3)和立柱(4)，其特征在于還包括齒輪箱(5)，在齒輪箱(5)中裝 有相互嚙合的換向齒輪(6)和換向齒輪(7),換向齒輪(6)固定連接在風輪驅動軸(8)上， 換向齒輪(7)固定連接在發電機主軸(9)上。
5. 根據權利要求4所述的橫漿立軸風力發電機，其特征在于所述發電機(3)的重心 與立柱(4)的重心在同一條垂直線上。
6. 根據權利要求4或5所述的橫漿立軸風力發電機，其特征在于所述的發電機(3)與 立柱(4)直接固定，發電機(3)的輸出直接與固定在立柱(4)上的電源線連接。
7. 根據權利要求4所述的橫漿立軸風力發電機，其特征在于所述的尾翼(2)直接安 裝在齒輪箱(5)上。
8. 根據權利要求4所述的橫漿立軸風力發電機,其特征在于換向齒輪(7)在換向齒 輪(6)的下方與換向齒輪(6)嚙合或在換向齒輪(6)的上方與換向齒輪(6)嚙合。
全文摘要
本發明公開了一種風力發電機的限速方法及所用的橫漿立軸風力發電機，它是通過給發電機一個反向磁阻力矩，大幅度增加發電機所消耗的功率，使發電機所消耗的功率大于風輪輸出的功率，發電機主軸產生與原旋轉方向相反的力矩，風葉打破原有的正面迎風狀態而偏離，使風輪轉速下降。本發明的橫漿立軸風力發電機只保留了風輪驅動軸和發電機主軸兩個旋轉部分，發電機主軸同時又是偏航軸，減少了運動部件，降低了機械故障率，具有運行可靠、故障率低的特點，整機的運行穩定性高，使用壽命長。
文檔編號H02K7/116GK101725473SQ20091023647
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月29日 優先權日2009年10月29日
發明者巴吉日嘎勒達來, 菊花, 馬玉亭 申請人:北京偉思利達科技發展有限公司