垂直轴风力发电机启动保护装置

摘要

本发明公开了一种垂直轴风力发电机启动装置，包括风轮主轴和风轮，发电机叶片与叶片支撑板的外端固定连接，当发电机叶片转动时，叶片支撑板的内端向风轮主轴传递扭矩，进而驱动风轮主轴转动，叶片支撑板的内端固定于空套轴承座上，空套轴承座又通过轴承安装于风轮主轴上，另有风速自适应离合器控制空套轴承座向风轮主轴传输动力，其主动部与空套轴承座固定连接，其从动部与风轮主轴同步转动，还能沿风轮主轴轴线方向移动，使风速自适应离合器包括主动部和从动部相互离合，当主动部与从动部结合并同步转动，向风轮主轴传输扭矩，进而驱动发电机主轴转动，使垂直轴风力发电机启动。本发明具有提高风能利用效率，优化垂直轴风力发电机的自启动性能。

主权项

一种垂直轴风力发电机启动保护装置，包括风轮主轴（11）和风轮（13），所述风轮主轴（11）通过联轴器（3）和发电机（2）主轴同轴固定连接，风轮驱动所述风轮主轴（11）转动，使所述发电机（2）启动，风轮至少包括两片发电机叶片（1），并围绕所述风轮主轴（11）均匀分布，所述发电机叶片（1）与叶片支撑板（4）的外端固定连接，当所述发电机叶片（1）转动时，所述叶片支撑板（4）的内端向所述风轮主轴（11）传递扭矩，进而驱动所述风轮主轴（11）转动，其特征在于：所述叶片支撑板（4）的内端固定于所述风轮（13）的外缘上，轴承座（10）通过螺钉固定在所述风轮（11）上，至少一个轴承（12）安装于所述风轮主轴（11）上，所述轴承座（10）与所述轴承（12）的外圈固定连接，所述轴承（12）的内圈与所述风轮主轴（11）紧固装配连接，所述轴承（12）限制所述轴承座（10）沿所述风轮主轴（11）进行轴向移动，另有风速自适应离合器通过套筒（17）向所述风轮主轴（11）传输动力，所述套筒（17）用螺钉固定在所述风轮（13）上，所述风速自适应离合器为摩擦离合器，包括主动部和从动部，所述风速自适应离合器的主动部为外摩擦片（15），所外摩擦片（15）在套筒（17）内沿风轮主轴（11）的轴向滑动，所外摩擦片（15）通过所述套筒（17）与所述风轮（13）同步转动连接，所述风速自适应离合器的从动部为内摩擦片（14），所述内摩擦片（14）与所述风轮主轴（11）同步转动连接，通过控制压紧机构使所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）进行离合，所述压紧机构又包括压紧力输出机构和压紧力传递机构，当压紧力输出机构生成的压紧力通过压紧力传递机构使所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互结合并形成摩擦副时，所述风轮（13）将动力传递给所述风轮主轴（11），当风速较低时，即当所述发电机叶片（1）在风力作用下低于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互分离，此时所述叶片支撑板（4）和所述风轮主轴（11）之间无动力传输，而当所述发电机叶片（1）在风力作用下达到或高于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互结合并同步转动，此时所述叶片（1）支撑板即通过所述风速自适应离合器的主动部和从动部向所述风轮主轴（11）传输扭矩，进而驱动所述发电机（2）主轴转动，当有风速更大时，且不超过所述发电机（2）最高转速时，所述发电机叶片（1）在风力作用下，带动所述风轮（13）高速转动，由于此时所述风速自适应离合器处于结合传力状态，带动所述风轮主轴（11）保持高速转动，而当超过所述发电机（2）最高转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互分离，使所述风轮主轴（11）和所述风轮（13）之间无动力传输， 当所述风轮（13）的转速降低时，低于所述发电机（2）最高转速时，且高于所述发电机（2）启动的最低额定转速时，所述外摩擦片（15）与所述内摩擦片（14）相互结合形成摩擦副进行同步转动，此时所述叶片（1）支撑板通过所述风速自适应离合器的主动部和从动部向所述风轮主轴（11）传输扭矩，进而驱动所述发电机（2）主轴转动，使所述发电机（2）启动；所述压紧力输出机构由至少两组飞球机构，每组所述飞球机构包括一根拨杆（6）、一个飞球（7）、两根连杆（8）和两个连杆座（9）组成，所述连杆座（9）分别固定设置在所述风轮（13）上和所述拨杆（6）的外伸端，每根所述连杆（8）的两端分别与所述连杆座（9）和所述飞球（7）铰接，所述拨杆（6）的固定端空套在所述压紧力传递机构的压力接受组件上，当所述风轮（13）转动时，所述连杆（8）带动所述飞球（7）和所述拨杆（6）转动，所述飞球（7）离心径向向外运动，其离心力随着转速升高而增大，由于所述风轮（13）轴向固定，从而使所述飞球（7）通过所述连杆（8）带动两根所述拨杆（6）上下开合运动，即驱动所述压紧力传递机构的压力接受组件沿着所述风轮主轴（11）的轴向移动；所述压紧力传递机构为推力球机构，由钢球（21）、滑套（22）、压紧套（19）、压紧板（16）和固定套（5）组成，所述滑套（22）为所述压紧力传递机构的压力接受组件，所述滑套（22）面向所述钢球（21）的内凹柱面包括柱面圆滑过渡的上端内锥面和下端内锥面两部分，所述固定套（5）与所述风轮主轴（11）固定嵌套连接在一起，所述固定套（5）的顶端具有面向所述滑套（22）内凹柱面的径向倒角斜面，所述压紧套（19）通过滑动副（20）与所述风轮主轴（11）滑动连接，所述压紧套（19）的底端也具有面向所述滑套（22）内凹柱面的径向倒角斜面，所述固定套（5）的径向倒角斜面和所述压紧套（19）的径向倒角斜面形成形状可开合变化的锥面槽，所述压紧板（16）的一端与所述压紧套（19）的顶端固定连接，所述压紧板（16）的另一端直接支撑所述外摩擦片（15），当所述飞球机构驱动所述滑套（22）沿着所述风轮主轴（11）的轴向向上移动时，所述滑套（22）的上端内锥面将所述钢球（21）沿着所述固定套（5）的径向倒角斜面推入所述锥面槽内，并将所述钢球（21）挤压到所述压紧套（19）的径向倒角斜面上，从而迫使所述压紧套（19）向上移动，推动所述外摩擦片（15）向上升起并与所述内摩擦片（14）靠拢，当所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互结合并压紧时，所述滑套（22）的小直径内圆柱面与所述钢球（21）接触，二者间作用力垂直于所述滑套（22）内表面，从而产生自锁，当所述风轮（13）达到更高转速时，超过所述发电机（2）最高转速时，所述飞球机构带动所述滑套（22）继续向上运动，所述钢球（21）在所述压紧套（19）重力作用下进入所述滑套（22）的下端内锥面，所述滑套（22）开始下移，此时所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）相互分离，所述风轮（13）与所述风轮主轴（11）之间不传递动力，当所述风轮（13）转速降低时，所述滑套（22）在自身重力作用下向下运动，再将所述钢球（21）压向所述压紧套（19）的径向倒角斜面，将所述外摩擦片（15）和所述内摩擦片（14）压紧，从而所述风轮（13）与所述风轮主轴（11）之间传递动力。