一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式

1.本发明属于风力发电技术领域，特别提供一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式。


背景技术：

2.当前，风力发电机组使用的风力发电机机舱都是固定在发电机塔架上的，无法改变其朝向。然而任何一片风场的风向都是在不断变化的，这种变化不仅存在于不同季节，也存在于一天之内的不同时段。这就意味着现今的风力发电机组必然会因为其迎风面朝向大幅偏离当前风向而存在无法工作或者发电效率较低的时段，这样会造成相关资源的浪费，对机组的经济效益产生负面影响。
3.本发明为一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，通过风向监测塔实时收集风向数据，计算风向变化，当其所管理的风力发电机朝向偏离风向超过一定范围时，及时发出指令调节区域内的风力发电机朝向，使其迎风面能够与当前风向重合，以较高的效率运转。同时，由风向监测塔集中完成一定区域内的风向监测、风向计算和风向信息传送工作，可以避免在机组所属的每台风力发电机上都安装风向传感器与计算机设备，从而有效减少成本，增加机组的经济性。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，以提高机组的运行效率。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述机组包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；所述风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同；所述风向监测塔1包含：监测塔塔身101、风向监测平台102、计算机房103、风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d、信号发射天线108、平台加固支架109；所述风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d完全相同；所述风力发电机2a包含：基座201、发电机塔架202、叶片203a、叶片204b、叶片205c、机舱206、周向旋转机构207、倾角调节机构208a、倾角调节机构209b、机舱支架210、机舱加固肋板211、信号接收天线212、发电机主轴213、定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c；所述风力发电机3b包含：基座301、发电机塔架302、叶片303a、叶片304b、叶片305c、机舱306、周向旋转机构307、倾角调节机构308a、倾角调节机构309b、机舱支架310、机舱加固肋板311、信号接收天线312、发电机主轴313、定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c；所述风力发电机4c包含：基座401、发电机塔架402、叶片403a、叶片404b、叶片405c、机舱406、周向旋转机构407、倾角调节机构408a、倾角调节机构409b、机舱支架410、机舱加固肋板411、信号接收天线412、发电机主轴413、定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c；所述基座201、基座301、基座401完全相同；所述发电机塔架202、发电
机塔架302、发电机塔架402完全相同；所述叶片203a、叶片204b、叶片205c、叶片303a、叶片304b、叶片305c、叶片403a、叶片404b、叶片405c完全相同；所述机舱206、机舱306、机舱406完全相同；所述周向旋转机构207、周向旋转机构307、周向旋转机构407完全相同；所述倾角调节机构208a、倾角调节机构209b、倾角调节机构308a、倾角调节机构309b、倾角调节机构408a、倾角调节机构409b完全相同；所述机舱支架210、机舱支架310、机舱支架410；所述机舱加固肋板211、机舱加固肋板311、机舱加固肋板411完全相同；所述信号接收天线212、信号接收天线312、信号接收天线412完全相同；所述发电机主轴213、发电机主轴313、发电机主轴413完全相同；所述定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c、定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c、定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c完全相同；所述风向监测塔1，监测塔塔身101底部设置计算机房103，塔身101顶部安装风向监测平台102，风向监测平台102下方与监测塔塔身101之间在水平面内以监测塔塔身101的中轴线为基准间隔90
°
设置平台加固支架109，风向监测平台102的四角对称安装风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d，风向监测平台102中央装设信号发射天线108；所述风力发电机2a，发电机塔架202架设在基座201上，机舱支架210安装在发电机塔架202顶端，机舱支架210与发电机塔架210之间安装周向旋转机构207，在机舱支架210的两端对称布置倾角调节机构208a、倾角调节机构209b，机舱206位于发电机主轴213两侧的两端面分别与倾角调节机构208a、倾角调节机构209b相连接，使发电机主轴213与机舱支架210中轴线重合，倾角调节机构208a、倾角调节机构209b与机舱206之间在法平面内以倾角调节机构208a、倾角调节机构209b的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板211，发电机主轴213上设置定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c，定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c在垂直于发电机主轴213的法平面内以发电机主轴213的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片203a、叶片204b、叶片205c分别与定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c连接，机舱206顶部安装信号接收天线212；所述风力发电机3b，发电机塔架302架设在基座301上，机舱支架310安装在发电机塔架302顶端，机舱支架310与发电机塔架310之间安装周向旋转机构307，在机舱支架310的两端对称布置倾角调节机构308a、倾角调节机构309b，机舱306位于发电机主轴313两侧的两端面分别与倾角调节机构308a、倾角调节机构309b相连接，使发电机主轴313与机舱支架310中轴线重合，倾角调节机构308a、倾角调节机构309b与机舱306之间在法平面内以倾角调节机构308a、倾角调节机构309b的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板311，发电机主轴313上设置定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c，定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c在垂直于发电机主轴313的法平面内以发电机主轴313的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片303a、叶片304b、叶片305c分别与定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c连接，机舱306顶部安装信号接收天线312；所述风力发电机4c，发电机塔架402架设在基座401上，机舱支架410安装在发电机塔架402顶端，机舱支架410与发电机塔架410之间安装周向旋转机构407，在机舱支架410的两端对称布置倾角调节机构408a、倾角调节机构409b，机舱406位于发电机主轴413两侧的两端面分别与倾角调节机构408a、倾角调节机构409b相连接，使发电机主轴413与机舱支架410中轴线重合，倾角调节机构408a、倾角调节机构409b与机舱406之间在法平面内以倾角调节机构408a、倾角调节机构409b的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板411，发电机主轴413上设置定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c，定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸
台416c在垂直于发电机主轴413的法平面内以发电机主轴413的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片403a、叶片404b、叶片405c分别与定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c连接，机舱406顶部安装信号接收天线412。
7.所述机组包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；所述风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同；风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c采用交叉布置，彼此之间间隔相当于5倍叶片203a长度的距离，叶片203a和叶片204b、叶片205c、叶片303a、叶片304b、叶片305c、叶片403a、叶片404b、叶片405c长度的相同；所述叶片203a、叶片204b、叶片205c、叶片303a、叶片304b、叶片305c、叶片403a、叶片404b、叶片405c的长度与结构完全相同。
8.所述风向监测塔1的监测塔塔身101高度应与风力发电机2a的发电机塔架202高度相同，风力发电机2a的发电机塔架202、风力发电机3b的发电机塔架302和风力发电机4c的发电机塔架402高度均相同。所述风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的发电机塔架202、发电机塔架302、发电机塔架402高度应大于65m。
9.所述风向监测塔1应设置于地势高点，地势高于风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c中所处地势最低者的海拔高度6m以上。
10.所述周向旋转机构207可以带动机舱支架210在水平面内旋转，进而带动机舱206在水平面内旋转；所述倾角调节机构208a、倾角调节机构209b可以带动机舱206在法平面内旋转，进而改变机舱206倾角；所述周向旋转机构307可以带动机舱支架310在水平面内旋转，进而带动机舱306在水平面内旋转；所述倾角调节机构308a、倾角调节机构309b可以带动机舱306在的法平面内旋转，进而改变机舱306倾角；所述周向旋转机构407可以带动机舱支架410在水平面内旋转，进而带动机舱406在水平面内旋转；所述倾角调节机构408a、倾角调节机构409b可以带动机舱406在的法平面内旋转，进而改变机舱406倾角。
11.所述倾角调节机构208a、倾角调节机构209b可以带动机舱206在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述倾角调节机构308a、倾角调节机构309b可以带动机舱306在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述倾角调节机构408a、倾角调节机构409b可以带动机舱406在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述周向旋转机构207可以带动机舱支架210在发电机塔架202顶端的水平面内360
°
旋转；所述周向旋转机构307可以带动机舱支架310在发电机塔架302顶端的水平面内360
°
旋转；所述周向旋转机构407可以带动机舱支架410在发电机塔架402顶端的水平面内360
°
旋转。
12.所述风向检测平台102上的风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d用于检测风向变化；所述计算机房103用于汇总风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d所测得的风向数据，修正测量误差并得出当前风向；所述信号发射天线108用于将风向数据传输给风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；所述信号接收天线212、信号接收天线312、信号接收天线412用于接收信号发射天线108发出的风向信号。
13.只有当发电机主轴213、发电机主轴313与发电机主轴413的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角大于10
°
时，信号发射天线108才会将风向数据传输给风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c，并由信号接收天线212、信号接收天线312、信号接收天线412接收，机舱206、机舱306、机舱406在水平面内旋转，使发电机主轴213、发
电机主轴313与发电机主轴413的中轴线与当前风向在水平面内重合；只有当发电机主轴213、发电机主轴313与发电机主轴413的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在法平面内的夹角大于2
°
时，信号发射天线108才会将风向数据传输给风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c，并由信号接收天线212、信号接收天线312、信号接收天线412接收，机舱206、机舱306、机舱406在法平面内旋转，调整倾角，使发电机主轴213、发电机主轴313与发电机主轴413的中轴线与当前风向在法平面内重合。
14.所述风力发电机组可以采用一座风向监测塔1控制四座、五座乃至更多数量的与风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同的风力发电机；本发明所述的包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的机组仅用作示例。
附图说明
15.图1为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的机组排列示意图；
16.图2为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风向监测塔的正视图；
17.图3为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风向监测塔的等轴测图；
18.图4为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风向监测塔的上视图；
19.图5为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风向监测塔的后视图；
20.图6为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机2a的正视图；
21.图7为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机2a的等轴测图；
22.图8为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机2a的后视图；
23.图9为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机机舱与机舱支架装配图正视图；
24.图10为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机机舱与机舱支架装配图等轴测图；
25.图11为本发明一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式的风力发电机机舱与机舱支架装配图后视图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
27.本发明为一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；所述风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c
完全相同；所述风向监测塔1包含：监测塔塔身101、风向监测平台102、计算机房103、风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d、信号发射天线108、平台加固支架109；所述风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d完全相同；所述风力发电机2a包含：基座201、发电机塔架202、叶片203a、叶片204b、叶片205c、机舱206、周向旋转机构207、倾角调节机构208a、倾角调节机构209b、机舱支架210、机舱加固肋板211、信号接收天线212、发电机主轴213、定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c；所述风力发电机3b包含：基座301、发电机塔架302、叶片303a、叶片304b、叶片305c、机舱306、周向旋转机构307、倾角调节机构308a、倾角调节机构309b、机舱支架310、机舱加固肋板311、信号接收天线312、发电机主轴313、定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c；所述风力发电机4c包含：基座401、发电机塔架402、叶片403a、叶片404b、叶片405c、机舱406、周向旋转机构407、倾角调节机构408a、倾角调节机构409b、机舱支架410、机舱加固肋板411、信号接收天线412、发电机主轴413、定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c；所述基座201、基座301、基座401完全相同；所述发电机塔架202、发电机塔架302、发电机塔架402完全相同；所述叶片203a、叶片204b、叶片205c、叶片303a、叶片304b、叶片305c、叶片403a、叶片404b、叶片405c完全相同；所述机舱206、机舱306、机舱406完全相同；所述周向旋转机构207、周向旋转机构307、周向旋转机构407完全相同；所述倾角调节机构208a、倾角调节机构209b、倾角调节机构308a、倾角调节机构309b、倾角调节机构408a、倾角调节机构409b完全相同；所述机舱支架210、机舱支架310、机舱支架410；所述机舱加固肋板211、机舱加固肋板311、机舱加固肋板411完全相同；所述信号接收天线212、信号接收天线312、信号接收天线412完全相同；所述发电机主轴213、发电机主轴313、发电机主轴413完全相同；所述定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c、定位凸台314a、定位凸台315b、定位凸台316c、定位凸台414a、定位凸台415b、定位凸台416c完全相同。
28.依据图1所示，一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；所述风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同；风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c采用交叉布置，风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c之间两两间隔相当于5倍叶片203a、叶片204b、叶片205c、叶片303a、叶片304b、叶片305c、叶片403a、叶片404b、叶片405c长度的距离；采取此措施是为了避免距离过近，风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c产生的气流扰动影响到风向监测塔1对当前风向的监测；同时也避免风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c之间由于间距过短，气流在通过风力发电机后尚未恢复稳定便进入邻近的风力发电机，对机组发电效率产生负面影响。
29.依据图2、3、4、5所示，所述风向监测塔1，监测塔塔身101底部设置计算机房103，塔身101顶部安装风向监测平台102，风向监测平台102下方与监测塔塔身101之间在水平面内以监测塔塔身101的中轴线为基准间隔90
°
设置四个平台加固支架109，风向监测平台102的四角对称安装风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d，风向监测平台102中央装设有信号发射天线108；所述平台加固支架109用于支撑风向检测平台102，使其更稳定地连接于监测塔塔身101顶端，；所述风向检测平台102上的风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d用于检测风向变化；所述风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d应采用能够在三维空间内监
测风向的型号；所述计算机房103用于汇总风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d所测得的风向数据，通过软件修正测量误差并得出当前风向；所述信号发射天线108用于将风向数据传输给风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c；为使风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d能更好监测风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的机舱206所处高度的风向，所述风向监测塔1的监测塔塔身101高度应与风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的发电机塔架202、发电机塔架302、发电机塔架402高度相同；实际应用时，风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的安装位置可能存在海拔高度差，为避免风向监测塔1安装位置海拔高度过低，无法有效监测风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c所处海拔高度的风向，所述风向监测塔1应设置于地势高点，地势高于风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c中所处地势最低者的海拔高度6m。
30.依据图6、7、8、9、10、11所示，以所述风力发电机2a为例说明所述完全相同的风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的工作方式；发电机塔架202架设在基座201上，机舱支架210安装在发电机塔架202顶端，机舱支架210与发电机塔架210之间安装周向旋转机构207，在机舱支架210的两端对称布置倾角调节机构208a、倾角调节机构209b，机舱206位于发电机主轴213两侧的两端面分别与倾角调节机构208a、倾角调节机构209b相连接，使发电机主轴213与机舱支架210中轴线重合，在倾角调节机构208a、倾角调节机构209b与机舱206之间在法平面内以倾角调节机构208a、倾角调节机构209b的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板211，发电机主轴213上设置定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c，定位凸台214a、定位凸台215b、定位凸台216c在垂直于发电机主轴213的法平面内以发电机主轴213的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片203a与定位凸台214a连接，叶片204b与定位凸台215b连接，叶片205c与定位凸台216c连接；机舱206顶部安装信号接收天线212；所述机舱加固肋板211用于加固机舱206与倾角调节机构208a、倾角调节机构209b之间的连接，倾角调节机构208a与机舱206之间共安装12个机舱加固肋板211，倾角调节机构208b与机舱206之间共安装12个机舱加固肋板211，增强机舱在运动过程中的稳定性；所述信号接收天线212用于接收信号发射天线108发出的风向数据，使周向旋转机构207工作，带动机舱支架210在发电机塔架202顶端的水平面内旋转，进而改变机舱206的朝向，同时倾角调节机构208a、倾角调节机构209b工作，改变机舱206的倾角；为避免机舱206倾角调整幅度过大，致使机舱206稳定性降低或导致叶片203a、叶片204b、叶片205c与发电机塔架202发生碰撞，所述倾角调节机构208a、倾角调节机构209b带动机舱206调节倾角的范围被限制在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间；所所述机舱206调整倾角与当前风向在法平面内重合的过程中，若倾角调节幅度超出可调节范围，则机舱206达到与水平面夹角-5
°
或+5
°
后停止运动；所述周向旋转机构207可以带动机舱支架210在发电机塔架202顶端的水平面内360
°
旋转；为避免风力发电机2a的发电机塔架202高度过低，影响机组的风能利用效率，参考现有大型风力发电机塔架高度，发电机塔架202高度应大于65m。
31.当机组正常运行时，风力监测塔1通过布设在风向监测平台102上的风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d收集风向数据，由计算机房103依据风向传感器104a、风向传感器105b、风向传感器106c、风向传感器107d所采集的风向数据计算风向，由信号发射天线108将风向信息发送给风力发电机2a，并由信号接收天线212接
收，通过周向旋转机构207带动机舱支架210在发电机塔架202顶端的水平面内旋转，进而改变机舱206的朝向，通过倾角调节机构208a、倾角调节机构209b工作，改变机舱206的倾角；在改变机舱206朝向的过程中，周向旋转机构207可以带动机舱支架210在发电机塔架202顶端的水平面360
°
范围内顺时针或逆时针旋转，使发电机主轴213的中轴线与当前风向在水平面内重合；在调整机舱206倾角的过程中，倾角调节机构208a、倾角调节机构209b可以带动机舱206在与水平面夹角-5
°
～+5
°
范围内自由转动，既可以向与水平面夹角的正方向转动，也可以向与水平面夹角的负方向转动，使发电机主轴213的中轴线与当前风向在法平面内重合，进而使风力发电机2a的发电机主轴213的中轴线与当前风向在三维空间内重合；为避免周向旋转机构207、倾角调节机构208a、倾角调节机构209b工作过于频繁，加剧机械损耗与能量消耗，只有当发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角大于10
°
时，信号发射天线108才会将风向数据传输给风力发电机2a，并由信号接收天线212接收，机舱206在水平面内旋转，使发电机主轴213的中轴线与当前风向在水平面内重合，只有当发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在法平面内的夹角大于2
°
时，信号发射天线108才会将风向数据传输给风力发电机2a，并由信号接收天线212接收，机舱206在法平面内旋转，调整倾角，使发电机主轴213的中轴线与当前风向在法平面内重合；若发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角大于10
°
且在法平面内的夹角大于2
°
，机舱206改变在水平面内的朝向使发电机主轴213的中轴线与当前风向在水平面内重合，改变在法平面内的倾角使发电机主轴213的中轴线与当前风向在法平面内重合；若发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角大于10
°
但在法平面内的夹角小于2
°
，机舱206单独改变在水平面内的朝向使发电机主轴213的中轴线与当前风向在水平面内重合；若发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角小于10
°
但在法平面内的夹角大于2
°
，机舱206单独在法平面内旋转，调整倾角，使发电机主轴213、发电机主轴313与发电机主轴413的中轴线与当前风向在法平面内重合；若发电机主轴213的中轴线与计算机房103得出的当前风向之间在水平面内的夹角小于10
°
且在法平面内的夹角小于2
°
，机舱保持原方位不作运动。
32.本发明所述的包含风向监测塔1、风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c的风力发电机组仅用作示例，以使本领域技术人员更容易理解本发明的构成与运作方式；在实际工程应用中，本发明所述的风力发电机组可以由一座风向监测塔1同时控制四座、五座乃至更多数量的与风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同的风力发电机；一座风向监测塔1可以控制的与风力发电机2a、风力发电机3b、风力发电机4c完全相同的风力发电机台数视工程的实际情况而定；由一座风向监测塔1集中完成一定区域内的风向监测、风向计算、风向信息传送工作，可以避免在机组所属的每台风力发电机上都安装风向传感器与计算机设备，从而简化风力发电机结构，有效减少成本。
33.综上所述，本发明通过安装在风向监测塔顶部的风向监测平台上的四个风向传感器实时收集风向数据，经计算机计算风向后，通过信号发射天线将风向数据发送给机组所属的三台风力发电机并由信号接收天线接收，风力发电机上的周向旋转机构与倾角调节机构工作，改变机舱朝向，使发电机主轴中轴线与当前风向重合，能够有效提高机组的风能利用率，进而提高机组的发电效益。

技术特征：
1.一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述机组包含风向监测塔(1)、风力发电机(2a)、风力发电机(3b)、风力发电机(4c)；所述风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)完全相同；所述风向监测塔(1)包含：监测塔塔身(101)、风向监测平台(102)、计算机房(103)、风向传感器(104a)、风向传感器(105b)、风向传感器(106c)、风向传感器(107d)、信号发射天线(108)、平台加固支架(109)；所述风向传感器(104a)、风向传感器(105b)、风向传感器(106c)和风向传感器(107d)完全相同；所述风力发电机(2a)包含：基座(201)、发电机塔架(202)、叶片(203a)、叶片(204b)、叶片(205c)、机舱(206)、周向旋转机构(207)、倾角调节机构(208a)、倾角调节机构(209b)、机舱支架(210)、机舱加固肋板(211)、信号接收天线(212)、发电机主轴(213)、定位凸台(214a)、定位凸台(215b)、定位凸台(216c)；所述风力发电机(3b)包含：基座(301)、发电机塔架(302)、叶片(303a)、叶片(304b)、叶片(305c)、机舱(306)、周向旋转机构(307)、倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)、机舱支架(310)、机舱加固肋板(311)、信号接收天线(312)、发电机主轴(313)、定位凸台(314a)、定位凸台(315b)、定位凸台(316c)；所述风力发电机(4c)包含：基座(401)、发电机塔架(402)、叶片(403a)、叶片(404b)、叶片(405c)、机舱(406)、周向旋转机构(407)、倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)、机舱支架(410)、机舱加固肋板(411)、信号接收天线(412)、发电机主轴(413)、定位凸台(414a)、定位凸台(415b)、定位凸台(416c)；所述基座(201)、基座(301)和基座(401)完全相同；所述发电机塔架(202)、发电机塔架(302)和发电机塔架(402)完全相同；所述叶片(203a)、叶片(204b)、叶片(205c)、叶片(303a)、叶片(304b)、叶片(305c)、叶片(403a)、叶片(404b)和叶片(405c)完全相同；所述机舱(206)、机舱(306)和机舱(406)完全相同；所述周向旋转机构(207)、周向旋转机构(307)和周向旋转机构(407)完全相同；所述倾角调节机构(208a)、倾角调节机构(209b)、倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)、倾角调节机构(408a)和倾角调节机构(409b)完全相同；所述机舱支架(210)、机舱支架(310)和机舱支架(410)完全相同；所述机舱加固肋板(211)、机舱加固肋板(311)和机舱加固肋板(411)完全相同；所述信号接收天线(212)、信号接收天线(312)和信号接收天线(412)完全相同；所述发电机主轴(213)、发电机主轴(313)和发电机主轴(413)完全相同；所述定位凸台(214a)、定位凸台(215b)、定位凸台(216c)、定位凸台(314a)、定位凸台(315b)、定位凸台(316c)、定位凸台(414a)、定位凸台(415b)和定位凸台(416c)完全相同；所述风向监测塔(1)，监测塔塔身(101)底部设置计算机房(103)，塔身(101)顶部安装风向监测平台(102)，风向监测平台(102)下方与监测塔塔身(101)之间在水平面内以监测塔塔身(101)的中轴线为基准每间隔90
°
设置平台加固支架(109)，风向监测平台(102)的四角对称安装风向传感器(104a)、风向传感器(105b)、风向传感器(106c)和风向传感器(107d)，风向监测平台(102)中央装设信号发射天线(108)；所述风力发电机(2a)的发电机塔架(202)架设在基座(201)上，机舱支架(210)安装在发电机塔架(202)顶端，机舱支架(210)与发电机塔架(210)之间安装周向旋转机构(207)，在机舱支架(210)的两端对称布置倾角调节机构(208a)和倾角调节机构(209b)，机舱(206)位于发电机主轴(213)两侧的两端面分别与倾角调节机构(208a)和倾角调节机构(209b)相连接，使发电机主轴(213)与机舱支架(210)中轴线重合，倾角调节机构(208a)、倾角调节机构(209b)与机舱(206)之间在法平面内以倾角调节机构(208a)、倾角调节机构(209b)的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板(211)，发电机主轴(213)上设置定位凸台(214a)、定
位凸台(215b)、定位凸台(216c)，定位凸台(214a)、定位凸台(215b)和定位凸台(216c)，在垂直于发电机主轴(213)的法平面内以发电机主轴(213)的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片(203a)、叶片(204b)和叶片(205c)分别与定位凸台(214a)、定位凸台(215b)和定位凸台(216c)分别连接，机舱(206)顶部安装信号接收天线(212)；所述风力发电机(3b)，发电机塔架(302)架设在基座(301)上，机舱支架(310)安装在发电机塔架(302)顶端，机舱支架(310)与发电机塔架(310)之间安装周向旋转机构(307)，在机舱支架(310)的两端对称布置倾角调节机构(308a)和倾角调节机构(309b)，机舱(306)位于发电机主轴(313)两侧的两端面并分别与倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)相连接，使发电机主轴(313)与机舱支架(310)中轴线重合，倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)与机舱(306)之间在法平面内以倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板(311)(上同)，发电机主轴(313)上设置定位凸台(314a)、定位凸台(315b)、定位凸台(316c)，定位凸台(314a)、定位凸台(315b)、定位凸台(316c)在垂直于发电机主轴(313)的法平面内以发电机主轴(313)的中轴线为基准间隔120
°
依次安装，叶片(303a)、叶片(304b)和叶片(305c)分别与定位凸台(314a)、定位凸台(315b)和定位凸台(316c)连接，机舱(306)顶部安装信号接收天线(312)(上同)；所述风力发电机(4c)，发电机塔架(402)架设在基座(401)上，机舱支架(410)安装在发电机塔架(402)顶端，机舱支架(410)与发电机塔架(410)之间安装周向旋转机构(407)，在机舱支架(410)的两端对称布置倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)，机舱(406)位于发电机主轴(413)两侧的两端面分别与倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)相连接，使发电机主轴(413)与机舱支架(410)中轴线重合，倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)与机舱(406)之间在法平面内以倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)的中轴线为基准每间隔30
°
安装机舱加固肋板(411)(上同)，发电机主轴(413)上设置定位凸台(414a)、定位凸台(415b)、定位凸台(416c)，定位凸台(414a)、定位凸台(415b)、定位凸台(416c)在垂直于发电机主轴(413)的法平面内以发电机主轴(413)的中轴线为基准间隔120
°
依次安装(上同)，叶片(403a)、叶片(404b)和叶片(405c)分别与定位凸台(414a)、定位凸台(415b)和定位凸台(416c)连接，机舱(406)顶部安装信号接收天线(412)。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述机组包含风向监测塔(1)、风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)；风向监测塔(1)、风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)采用交叉布置，其间隔为叶片(203a)长度的5倍，叶片(203a)和叶片(204b)、叶片(205c)、叶片(303a)、叶片(304b)、叶片(305c)、叶片(403a)、叶片(404b)、叶片(405c)的长度的均相同；所述叶片(203a)、叶片(204b)、叶片(205c)、叶片(303a)、叶片(304b)、叶片(305c)、叶片(403a)、叶片(404b)和叶片(405c)的长度与结构完全相同。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述风向监测塔(1)的监测塔塔身(101)高度应与风力发电机(2a)的发电机塔架(202)高度相同，风力发电机(2a)的发电机塔架(202)、风力发电机(3b)的发电机塔架(302)和风力发电机(4c)的发电机塔架(402)的高度均相同，风力发电机(2a)、风力发电机(3b)、风力发电机(4c)的发电机塔架(202)、发电机塔架(302)、发电机塔架(402)高度均应大于65m。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：
所述风向监测塔(1)应设置于地势高点，风向监测塔(1)的地势高于风力发电机(2a)、风力发电机(3b)、风力发电机(4c)中所处地势最低者的海拔高度6m以上。5.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述周向旋转机构(207)可以带动机舱支架(210)在水平面内旋转，进而带动机舱(206)在水平面内旋转；所述倾角调节机构(208a)、倾角调节机构(209b)可以带动机舱(206)在法平面内旋转，进而改变机舱(206)倾角；所述周向旋转机构(307)可以带动机舱支架(310)在水平面内旋转，进而带动机舱(306)在水平面内旋转；所述倾角调节机构(308a)、倾角调节机构(309b)可以带动机舱(306)在法平面内旋转，进而改变机舱(306)倾角；所述周向旋转机构(407)可以带动机舱支架(410)在水平面内旋转，进而带动机舱(406)在水平面内旋转；所述倾角调节机构(408a)、倾角调节机构(409b)可以带动机舱(406)在法平面内旋转，进而改变机舱(406)倾角。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述倾角调节机构(208a)和倾角调节机构(209b)可以带动机舱(206)在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述倾角调节机构(308a)和倾角调节机构(309b)可以带动机舱(306)在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述倾角调节机构(408a)和倾角调节机构(409b)可以带动机舱(406)在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述倾角调节机构(408a)和倾角调节机构(409b)可以带动机舱(406)在与水平面夹角-5
°
～+5
°
之间调节倾角；所述周向旋转机构(207)可以带动机舱支架(210)在发电机塔架(202)顶端的水平面内360
°
旋转；所述周向旋转机构(307)可以带动机舱支架(310)在发电机塔架(302)顶端的水平面内360
°
旋转；所述周向旋转机构(407)可以带动机舱支架(410)在发电机塔架(402)顶端的水平面内360
°
旋转。7.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述风向检测平台(102)上的风向传感器(104a)、风向传感器(105b)、风向传感器(106c)和风向传感器(107d)用于检测风向变化；所述计算机房(103)用于汇总风向传感器(104a)、风向传感器(105b)、风向传感器(106c)和风向传感器(107d)所测得的风向数据，修正测量误差并得出当前风向；所述信号发射天线(108)用于将风向数据传输给风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)，所述信号接收天线(212)、信号接收天线(312)和信号接收天线(412)用于接收信号发射天线(108)发出的风向信号。8.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：只有当发电机主轴(213)、发电机主轴(313)与发电机主轴(413)的中轴线与计算机房(103)得出的当前风向之间角度差在水平面内的夹角大于10
°
时，信号发射天线(108)才会将风向数据传输给风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)，并由信号接收天线(212)、信号接收天线(312)和信号接收天线(412)接收，机舱(206)、机舱(306)和机舱(406)在水平面内旋转，使发电机主轴(213)、发电机主轴(313)与发电机主轴(413)的中轴线与当前风向在水平面内重合；只有当发电机主轴(213)、发电机主轴(313)与发电机主轴(413)的中轴线与计算机房(103)得出的当前风向之间角度在法平面内的夹角大于2
°
时，信号发射天线(108)才会将风向数据传输给风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)，并由信号接收天线(212)、信号接收天线(312)和信号接收天线(412)接收，机舱(206)、机舱(306)和机舱(406)在法平面内旋转并调整倾角，使发电机主轴(213)、发电机主轴(313)与
发电机主轴(413)的中轴线与当前风向在法平面内重合。9.根据权利要求1所述的一种风力发电机的旋转结构与机组的调节方式，其特征在于：所述风力发电机组还可以采用一座风向监测塔(1)控制四座、五座乃至更多数量的与风力发电机(2a)、风力发电机(3b)和风力发电机(4c)完全相同的风力发电机；本发明所述的包含风向监测塔(1)、风力发电机(2a)、风力发电机(3b)、风力发电机(4c)的机组仅用作示例。

技术总结
本发明通过安装在风向监测塔顶部的风向监测平台上的四个风向传感器实时收集风向数据，经计算机处理后确定风向，通过信号发射天线将风向数据发送给机组所属的风力发电机并由信号接收天线接收，风力发电机上的周向旋转机构与倾角调节机构工作，改变机舱朝向，使发电机主轴的中轴线与当前风向重合，能够有效提高机组的风能利用率，进而提高机组的发电效益。益。益。


技术研发人员：姚钰闽 李俊辉 吴东垠
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/14