风力发电机

1.本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种风力发电机。


背景技术：

2.风力发电机是将风能转换为机械功，通过机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般由叶片、风轮、导流罩、发电机壳体、尾舵、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成，风力发电机的工作原理比较简单，即风轮在风力的作用下旋转，并把风的动能转变为风轮的机械能，发电机在风轮轴的带动下进行旋转发电。
3.目前大型风力发电机多采用主动变桨距进行大风限速，而小型风力机的大风限速方式却不断趋于多样化，包括空气动力控制、电磁控制等方式。其中空气动力控制包括风轮侧偏、上仰及失速控制，电磁控制包括电磁刹车等。
4.首先，对于小型无尾舵风力机来说，因其现有的调速和调向系统存在一些严重问题，从而导致事故或故障频繁发生。如大风速时，风轮不能及时偏转限速，使得风轮长时间工作在超速旋转状态下，致使风力机工作稳定性变差。其次，现有的小型无尾舵风力机的尾舵偏转装置以及形状缺乏灵敏的风向判断能力，导致尾舵不能及时偏转，风轮不能充分接触风流，给风力机的安全性带来影响。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种风力发电机，能够根据风速大小对风轮的偏转进行不同方式的控制，从而使得风力发电机风电转换效率更高，运行更稳定。
6.一种风力发电机，包括：
7.风轮；
8.偏心架，所述风轮通过所述偏心架安装在支撑塔架上；
9.尾舵杆，一端通过偏转机构与所述风轮连接，所述尾舵杆可绕所述偏转机构的斜铰轴偏转，且常态下所述尾舵杆与所述风轮位于同一轴向；
10.尾舵，与所述尾舵杆的远离所述风轮的一端连接，所述尾舵包括曲柄机构和两个尾舵板；所述曲柄机构具有一个驱动端和两个执行端，两个所述执行端分别连接两个尾舵板，所述驱动端用于对两个执行端进行驱动，从而使尾舵板偏转并改变尾舵的受风面积。
11.在其中一个实施例中，所述尾舵还包括：
12.安装架，与所述尾舵杆的远离所述风轮的一端连接，所述安装架上安装有风速传感器；
13.控制器，与所述风速传感器电连接；
14.驱动电机，与所述控制器电连接；
15.所述曲柄机构的驱动端与所述驱动电机的驱动轴传动连接。
16.在其中一个实施例中，两个所述尾舵板通过转轴转动安装在所述安装架上，所述曲柄机构的两个执行端分别与两个所述转轴传动连接。
17.在其中一个实施例中，两个所述转轴转动方向相反。
18.在其中一个实施例中，所述曲柄机构包括：
19.固定架，固定在所述安装架内，所述固定架顶面开设有第二滑槽，所述固定架朝向所述尾舵杆的一端开设有第三滑槽，所述第三滑槽与所述第二滑槽连通；
20.摆动杆，一端转动安装于所述安装架内，另一端穿过所述第三滑槽位于所述第二滑槽内；
21.第一连杆，通过第二滑块滑动安装在所述第二滑槽内，并与所述摆动杆的位于所述第二滑槽内的一端转动连接；
22.两个第二连杆，所述第一连杆的两端分别通过两个所述第二连杆与两个所述转轴传动连接；
23.曲柄，一端与所述驱动电机的驱动轴传动连接，另一端通过第一滑块与所述摆动杆滑动连接。
24.在其中一个实施例中，所述第一连杆的两端凸出于所述第二滑槽。
25.在其中一个实施例中，所述第一连杆呈弧形结构设置，且所述第一连杆的弧度与所述摆动杆转动弧度相同。
26.在其中一个实施例中，所述偏心架与所述支撑塔架之间还安装有偏航计数齿轮。
27.在其中一个实施例中，所述偏转机构包括：
28.偏转架，具有三个平板，三个所述平板首尾依次连接，构成一个开口，所述尾舵杆的一端位于所述开口内，位于最上方的所述平板上开设有第一滑槽；
29.斜铰轴，一端安装在最下方的所述平板上，另一端贯穿所述尾舵杆的一端，并活动卡接在所述第一滑槽内。
30.在其中一个实施例中，所述斜铰轴的一端通过回弹机构与所述偏转架连接。
31.上述风力发电机，常态时尾舵杆与风轮位于同一轴向，当风速超过额定风速时，由于风轮通过偏心架安装在支撑塔架上，因此风轮会发生偏转，同时曲柄机构的驱动端驱动两个执行端转动，从而对与执行端连接的尾舵板进行偏转，增大尾舵受风面积，提高其气动力，由于尾舵杆受到的气动力超过其自身重力，因此尾舵杆会沿风向垂直偏转，直到力矩再次达到平衡，整机处于稳定状态，此时与风轮轴向相比，尾舵杆处于风轮轴向的斜上方。当风速小于额定风速时，曲柄机构的驱动端反向驱动两个执行端转动，从而对与执行端连接的尾舵板进行偏转，减小尾舵受风面积，降低其气动力，此时尾舵杆受到的气动力小于其自身重力，从而回落至原位。该风力发电机能够根据风速大小对风轮的偏转进行不同方式的控制，从而使得风力发电机风电转换效率更高，运行更稳定。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明的风力发电机的结构示意图；
34.图2为本发明的偏转机构的结构示意图；
35.图3为本发明的尾舵的结构示意图；
36.图4为本发明的执行机构的结构示意图。
37.附图标记：
38.100、支撑塔架；200、风轮；300、偏心架；400、偏航计数齿轮；500、偏转机构；510、偏转架；511、第一滑槽；520、斜铰轴；600、尾舵杆；700、尾舵；710、安装架；720、尾舵板；730、控制器；740、驱动电机；750、曲柄机构；751、固定架；752、第二滑槽；753、第三滑槽；754、摆动杆；755、曲柄；756、第一滑块；757、第二滑块；758、第一连杆；759、第二连杆；760、转轴；800、风速传感器。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.下面结合图1-图4描述本发明的风力发电机。
45.如图1和图3所示，在一个实施例中，一种风力发电机，包括风轮200、偏心架300、尾舵杆600及尾舵700；风轮200通过偏心架300安装在支撑塔架100上；尾舵杆600一端通过偏转机构500与风轮200连接，尾舵杆600可绕偏转机构500的斜铰轴520偏转，且常态下尾舵杆600与风轮200位于同一轴向；尾舵700与尾舵杆600的远离风轮200的一端连接，尾舵700包括曲柄机构750和两个尾舵板720；曲柄机构750具有一个驱动端和两个执行端，两个执行端分别连接两个尾舵板720，驱动端用于对两个执行端进行驱动，从而使尾舵板720偏转并改
变尾舵700的受风面积。
46.上述风力发电机，常态时尾舵杆600与风轮200位于同一轴向，当风速超过额定风速时，由于风轮200通过偏心架300安装在支撑塔架100上，因此风轮200会发生偏转，同时曲柄机构750的驱动端驱动两个执行端转动，从而对与执行端连接的尾舵板720进行偏转，增大尾舵700受风面积，提高其气动力，由于尾舵杆600受到的气动力超过其自身重力，因此尾舵杆600会沿风向垂直偏转，直到力矩再次达到平衡，整机处于稳定状态，此时与风轮200轴向相比，尾舵杆600处于风轮200轴向的斜上方。当风速小于额定风速时，曲柄机构750的驱动端反向驱动两个执行端转动，从而对与执行端连接的尾舵板720进行偏转，减小尾舵700受风面积，降低其气动力，此时尾舵杆600受到的气动力小于其自身重力，从而回落至原位。该风力发电机能够根据风速大小对风轮200的偏转进行不同方式的控制，从而使得风力发电机风电转换效率更高，运行更稳定。
47.在一个实施例中，尾舵700还包括安装架710、控制器730和驱动电机740；安装架710与尾舵杆600的远离风轮200的一端连接，安装架710上安装有风速传感器800；控制器730与风速传感器800电连接；驱动电机740与控制器730电连接；曲柄机构750的驱动端与驱动电机740的驱动轴传动连接。
48.具体的，尾舵板720位于安装架710上远离尾舵杆600的一端，且两个尾舵板720分别位于安装架710上该端的两侧，风速传感器800用于对风速进行检测，当风速超过额定风速时，控制器730控制驱动电机740运行，驱动电机740驱动曲柄机构750的两个执行端转动，使两个尾舵板720进行转动，且转动后的两个尾舵板720之间形成的夹角变大，增大了尾舵700的受风面积，提高了气动力，由于尾舵杆600受到的气动力超过其自身重力，因此尾舵杆600会沿风向垂直偏转，直到力矩再次达到平衡，整机处于稳定状态，此时与风轮200轴向相比，尾舵杆600处于风轮200轴向的斜上方；反之同理。
49.在一个实施例中，两个尾舵板720通过转轴760转动安装在安装架710上，曲柄机构750的两个执行端分别与两个转轴760传动连接，两个转轴760转动方向相反。
50.具体的，尾舵板720通过转轴760转动安装在安装架710上，曲柄机构750的执行端与转轴760传动连接，能够保证曲柄机构750的驱动端被驱动时，执行端能够带动尾舵板720转动。
51.如图4所示，在一个实施例中，曲柄机构750包括固定架751、摆动杆754、第一连杆758、两个第二连杆759和曲柄755；固定架751固定在安装架710内，固定架751顶面开设有第二滑槽752，固定架751朝向尾舵杆600的一端开设有第三滑槽753，第三滑槽753与第二滑槽752连通；摆动杆754一端转动安装于安装架710内，另一端穿过第三滑槽753位于第二滑槽752内；第一连杆758通过第二滑块757滑动安装在第二滑槽752内，并与摆动杆754的位于第二滑槽752内的一端转动连接；第一连杆758的两端分别通过两个第二连杆759与两个转轴760传动连接；曲柄755一端与驱动电机740的驱动轴传动连接，另一端通过第一滑块756与摆动杆754滑动连接。
52.具体的，当驱动电机740的驱动轴转动时，曲柄755受驱动轴转动影响产生同步转动，曲柄755一端的第一滑块756在摆动杆754上滑动，并且滑动的同时摆动杆754会产生转动，带动第一连杆758向第二滑槽752一端移动，由于第一连杆758的两端分别通过两个第二连杆759与转轴760传动连接，因此当第一连杆758转动时，受第一连杆758影响第二连杆759
也会发生转动，从而带动转轴760转动，使两个尾舵板720发生偏转从而改变尾舵700的受风面积，起到根据风速大小调节尾舵700受风面积，对风轮200的朝向及稳定运行进行控制的效果。
53.在一个实施例中，第一连杆758的两端凸出于第二滑槽752。第一连杆758呈弧形结构设置，且第一连杆758的弧度与摆动杆754转动弧度相同。
54.需要说明的是，第二连杆759可采用伸缩式结构，具体伸缩方式可选用常规两管套接。此设置方式能够避免第二连杆759转动过程中第一连杆758与转轴760之间距离产生变化，从而导致第二连杆759无法自由转动。
55.在一个实施例中，偏心架300与支撑塔架100之间还安装有偏航计数齿轮400。
56.具体的，偏航计数齿轮400能够对风轮200的转动角度进行检测，从而计算风向。
57.如图2所示，在一个实施例中，偏转机构500包括偏转架510和斜铰轴520；偏转架510具有三个平板，三个平板首尾依次连接，构成一个开口，尾舵杆600的一端位于开口内，位于最上方的平板上开设有第一滑槽511；斜铰轴520一端安装在最下方的平板上，另一端贯穿尾舵杆600的一端，并活动卡接在第一滑槽511内。
58.具体的，当风速超过额定风速时，由于尾舵杆600受到的气动力超过其自身重力，因此尾舵杆600会沿风向垂直偏转，直到力矩再次达到平衡，整机处于稳定状态，此时与风轮200轴向相比，尾舵杆600处于风轮200轴向的斜上方；当风速小于额定风速时，曲柄机构750的驱动端反向驱动两个执行端转动，从而对与执行端连接的尾舵板720进行偏转，减小尾舵700受风面积，降低其气动力，此时尾舵杆600受到的气动力小于其自身重力，从而回落至原位，在回落的过程中由于尾舵杆600与斜铰轴520的连接方式，会使得风轮200偏转至与风向对应状态。
59.在一个实施例中，斜铰轴520的一端通过回弹机构与偏转架510连接。其中回弹机构可采用弹簧、弹性片或其他能够使斜铰轴520回位或偏转的零件或机构。
60.上述风力发电机在达到新的平衡的过程中，尾舵700响应速度快、方向稳定性更好，能够根据风向对风轮200的迎风角度进行调整，使风轮200能够接收较多的风能，从而更多的将风能转换为电能，提高发电效率，降低风力发电的成本，同时由于该风力发电机运行更稳定，因此能够对运行过程中的振动和噪声进行有效的降低。同时由于尾舵700的形状采用的是半差动尾舵，不同于现有的单尾舵和差动尾舵，其响应速度快，具有较小的垂直振动，可以充分接触风流，对于风向的判断更灵敏，能够充分发挥尾翼的作用。
61.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种风力发电机，其特征在于，包括：风轮；偏心架，所述风轮通过所述偏心架安装在支撑塔架上；尾舵杆，一端通过偏转机构与所述风轮连接，所述尾舵杆可绕所述偏转机构的斜铰轴偏转，且常态下所述尾舵杆与所述风轮位于同一轴向；尾舵，与所述尾舵杆的远离所述风轮的一端连接，所述尾舵包括曲柄机构和两个尾舵板；所述曲柄机构具有一个驱动端和两个执行端，两个所述执行端分别连接两个尾舵板，所述驱动端用于对两个执行端进行驱动，从而使尾舵板偏转并改变尾舵的受风面积。2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述尾舵还包括：安装架，与所述尾舵杆的远离所述风轮的一端连接，所述安装架上安装有风速传感器；控制器，与所述风速传感器电连接；驱动电机，与所述控制器电连接；所述曲柄机构的驱动端与所述驱动电机的驱动轴传动连接。3.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，两个所述尾舵板通过转轴转动安装在所述安装架上，所述曲柄机构的两个执行端分别与两个所述转轴传动连接。4.根据权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，两个所述转轴转动方向相反。5.根据权利要求4所述的风力发电机，其特征在于，所述曲柄机构包括：固定架，固定在所述安装架内，所述固定架顶面开设有第二滑槽，所述固定架朝向所述尾舵杆的一端开设有第三滑槽，所述第三滑槽与所述第二滑槽连通；摆动杆，一端转动安装于所述安装架内，另一端穿过所述第三滑槽位于所述第二滑槽内；第一连杆，通过第二滑块滑动安装在所述第二滑槽内，并与所述摆动杆的位于所述第二滑槽内的一端转动连接；两个第二连杆，所述第一连杆的两端分别通过两个所述第二连杆与两个所述转轴传动连接；曲柄，一端与所述驱动电机的驱动轴传动连接，另一端通过第一滑块与所述摆动杆滑动连接。6.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述第一连杆的两端凸出于所述第二滑槽。7.根据权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，所述第一连杆呈弧形结构设置，且所述第一连杆的弧度与所述摆动杆转动弧度相同。8.根据权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，所述偏心架与所述支撑塔架之间还安装有偏航计数齿轮。9.根据权利要求8所述的风力发电机，其特征在于，所述偏转机构包括：偏转架，具有三个平板，三个所述平板首尾依次连接，构成一个开口，所述尾舵杆的一端位于所述开口内，位于最上方的所述平板上开设有第一滑槽；斜铰轴，一端安装在最下方的所述平板上，另一端贯穿所述尾舵杆的一端，并活动卡接在所述第一滑槽内。10.根据权利要求9所述的风力发电机，其特征在于，所述斜铰轴的一端通过回弹机构
与所述偏转架连接。

技术总结
本发明涉及一种风力发电机，包括风轮、偏心架、尾舵杆和尾舵；风轮通过偏心架安装在支撑塔架上；尾舵杆一端通过偏转机构与风轮连接，尾舵杆可绕偏转机构的斜铰轴偏转，且常态下尾舵杆与风轮位于同一轴向；尾舵与尾舵杆的远离风轮的一端连接，尾舵包括曲柄机构和两个尾舵板；曲柄机构具有一个驱动端和两个执行端，两个执行端分别连接两个尾舵板，驱动端用于对两个执行端进行驱动，从而使尾舵板偏转并改变尾舵的受风面积。该风力发电机能够根据风速大小对风轮的偏转进行不同方式的控制，从而使得风力发电机风电转换效率更高，运行更稳定。定。定。


技术研发人员：李保华 孙雪 代元军 刘雄飞 温彩凤 王聪 石坤举
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/5/31