[發(fā)明專利]垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動保護裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210390979.9
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102900622A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟宇毅;張宇鋒;萬鐳;李夢;劉樹林;周曉君;劉吉成
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D11/02
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)電機啟動裝置，特別適宜安裝在自啟動性能較差的升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機上，用于提高發(fā)電機的低速啟動性能，該裝置還具有高速保護功能，保護發(fā)電機，延長發(fā)電機使用壽命。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換機械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置，按風(fēng)輪軸的在空間方向位置的不同，它可以分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機兩類。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機（VAWT?vertical?axis?wind?turbine）從結(jié)構(gòu)原理上，主要分為升力型和阻力型。阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機主要是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動力的，而升力型則是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動力的。阻力型風(fēng)力發(fā)電機優(yōu)點是起動轉(zhuǎn)矩較大，啟動性能良好，但是它的轉(zhuǎn)速低，風(fēng)力機風(fēng)能利用率低于水平軸風(fēng)力發(fā)電機。升力型轉(zhuǎn)速高，旋轉(zhuǎn)慣性大，結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，但此結(jié)構(gòu)在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機開始運行時，啟動比較困難尤其是風(fēng)速小的情況下運轉(zhuǎn)性能差。

垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪圍繞一個垂直軸旋轉(zhuǎn)，其主要優(yōu)點是無需對風(fēng)、結(jié)構(gòu)簡單以及維修維護方便。但是由于垂直軸風(fēng)力機的葉片受到材料和結(jié)構(gòu)的客觀限制，其額定轉(zhuǎn)速比水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低，導(dǎo)致風(fēng)能利用效率較低。其次，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機在風(fēng)速較低的情況下，自啟動性能比水平軸風(fēng)力機差，造成了低風(fēng)速時發(fā)電效率較低，導(dǎo)致發(fā)電機的低速啟動性能不夠理想。再次，在風(fēng)力機在旋轉(zhuǎn)速度較大時，為了保護發(fā)電機，需要額外的保護裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動保護裝置，能實現(xiàn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機在較低風(fēng)速時順利啟動，提高風(fēng)能利用效率，優(yōu)化垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的自啟動性能。以及實現(xiàn)風(fēng)機在高速旋轉(zhuǎn)時自動將電機軸與風(fēng)輪軸分離從而保護電動機。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動保護裝置，包括風(fēng)輪主軸和風(fēng)輪，風(fēng)輪主軸通過聯(lián)軸器和發(fā)電機主軸同軸固定連接，風(fēng)輪驅(qū)動風(fēng)輪主軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機啟動，風(fēng)輪至少包括兩片發(fā)電機葉片，并圍繞風(fēng)輪主軸均勻分布，發(fā)電機葉片與葉片支撐板的外端固定連接，當(dāng)發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)動時，葉片支撐板的內(nèi)端向風(fēng)輪主軸傳遞扭矩，進而驅(qū)動風(fēng)輪主軸轉(zhuǎn)動，葉片支撐板的內(nèi)端固定于風(fēng)輪的外緣上，軸承座通過螺釘固定在風(fēng)輪上，至少一個軸承安裝于風(fēng)輪主軸上，軸承座與軸承的外圈固定連接，軸承的內(nèi)圈與風(fēng)輪主軸緊固裝配連接，軸承限制軸承座沿風(fēng)輪主軸進行軸向移動，另有風(fēng)速自適應(yīng)離合器通過套筒向風(fēng)輪主軸傳輸動力，套筒用螺釘固定在風(fēng)輪上，風(fēng)速自適應(yīng)離合器為摩擦離合器，包括主動部和從動部，風(fēng)速自適應(yīng)離合器的主動部為外摩擦片，所外摩擦片在套筒內(nèi)沿風(fēng)輪主軸的軸向滑動，所外摩擦片通過套筒與風(fēng)輪同步轉(zhuǎn)動連接，風(fēng)速自適應(yīng)離合器的從動部為內(nèi)摩擦片，內(nèi)摩擦片與風(fēng)輪主軸同步轉(zhuǎn)動連接，通過控制壓緊機構(gòu)使外摩擦片和內(nèi)摩擦片進行離合，壓緊機構(gòu)又包括壓緊力輸出機構(gòu)和壓緊力傳遞機構(gòu)，當(dāng)壓緊力輸出機構(gòu)生成的壓緊力通過壓緊力傳遞機構(gòu)使外摩擦片和內(nèi)摩擦片相互結(jié)合并形成摩擦副時，風(fēng)輪將動力傳遞給風(fēng)輪主軸，當(dāng)風(fēng)速較低時，即當(dāng)發(fā)電機葉片在風(fēng)力作用下低于發(fā)電機啟動的最低額定轉(zhuǎn)速時，外摩擦片與內(nèi)摩擦片相互分離，此時葉片支撐板和風(fēng)輪主軸之間無動力傳輸，而當(dāng)發(fā)電機葉片在風(fēng)力作用下達到或高于發(fā)電機啟動的最低額定轉(zhuǎn)速時，外摩擦片與內(nèi)摩擦片相互結(jié)合并同步轉(zhuǎn)動，此時葉片支撐板即通過風(fēng)速自適應(yīng)離合器的主動部和從動部向風(fēng)輪主軸傳輸扭矩，進而驅(qū)動發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)動，從而使垂直軸發(fā)電機啟動，當(dāng)有風(fēng)速更大時，且不超過發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機葉片在風(fēng)力作用下，帶動風(fēng)輪高速轉(zhuǎn)動，由于此時風(fēng)速自適應(yīng)離合器處于結(jié)合傳力狀態(tài)，帶動風(fēng)輪主軸保持高速轉(zhuǎn)動，而當(dāng)超過發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速時，外摩擦片與內(nèi)摩擦片相互分離，使風(fēng)輪主軸和風(fēng)輪之間無動力傳輸，?當(dāng)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速降低時，低于發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速時，且高于發(fā)電機啟動的最低額定轉(zhuǎn)速時，外摩擦片與內(nèi)摩擦片相互結(jié)合形成摩擦副進行同步轉(zhuǎn)動，此時葉片支撐板通過風(fēng)速自適應(yīng)離合器的主動部和從動部向風(fēng)輪主軸傳輸扭矩，進而驅(qū)動發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機啟動。

上述壓緊力輸出機構(gòu)由至少兩組飛球機構(gòu)，每組飛球機構(gòu)包括一根撥桿、一個飛球、兩根連桿和兩個連桿座組成，連桿座分別固定設(shè)置在風(fēng)輪上和撥桿的外伸端，每根連桿的兩端分別與連桿座和飛球鉸接，撥桿的固定端空套在壓緊力傳遞機構(gòu)的壓力接受組件上，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動時，連桿帶動飛球和撥桿轉(zhuǎn)動，飛球離心徑向向外運動，其離心力隨著轉(zhuǎn)速升高而增大，由于風(fēng)輪軸向固定，從而使飛球通過連桿帶動兩根撥桿上下開合運動，即驅(qū)動壓緊力傳遞機構(gòu)的壓力接受組件沿著風(fēng)輪主軸的軸向移動。