本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(vawt)的應(yīng)用中，扇葉相位的精確控制對(duì)于提高發(fā)電效率和改善風(fēng)機(jī)啟動(dòng)性能來說至關(guān)重要。現(xiàn)有技術(shù)主要依賴于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)扇葉相位的調(diào)節(jié)。例如，一些研究側(cè)重于空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)兩方面的力學(xué)性能研究，以改善vawt的氣動(dòng)性能和啟動(dòng)特性。然而，這些技術(shù)普遍存在氣動(dòng)性能不如水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(hawt)。此外，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)慢，且在長(zhǎng)期運(yùn)行中易受磨損和腐蝕的影響，維護(hù)成本較高。同時(shí)在電控系統(tǒng)方面，電子齒輪箱技術(shù)提供了一種高精度、寬傳動(dòng)比范圍的傳動(dòng)解決方案，可以代替機(jī)械傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的傳動(dòng)關(guān)系。但是，這種技術(shù)在齒輪加工機(jī)床內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)與其它要求同步運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域雖有應(yīng)用前景，但在風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)方面的應(yīng)用還相對(duì)有限，且可能存在成本和復(fù)雜性問題。在現(xiàn)有的技術(shù)中，一種智能垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制算法已被提出，該技術(shù)通過變槳裝置連接柔性扇葉，并在旋轉(zhuǎn)主軸的底端通過傳動(dòng)調(diào)速組件與發(fā)電機(jī)的輸入軸傳動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。然而，這些技術(shù)大多依賴于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如變槳裝置和傳動(dòng)調(diào)速組件，這些結(jié)構(gòu)不僅增加了系統(tǒng)的重量和體積，而且由于其機(jī)械性質(zhì)，響應(yīng)速度慢，精確度有限，且在長(zhǎng)期運(yùn)行中易受磨損和腐蝕的影響，維護(hù)成本較高。因此，有必要開發(fā)一種新型的針對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片相位自適應(yīng)調(diào)節(jié)的電控系統(tǒng)，以克服上述缺陷，實(shí)現(xiàn)更高效、更精確、更可靠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、響應(yīng)迅速、精確度高、維護(hù)成本低，并且能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的電控系統(tǒng)，通過機(jī)械齒輪傳動(dòng)的方式調(diào)節(jié)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扇葉相位,使其能夠處于良好的迎風(fēng)位置，改善其啟動(dòng)性能，提高其發(fā)電效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，包括：

4、風(fēng)向感知模塊，安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)頂部，以直接接觸風(fēng)流；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)向變化，并形成對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理模塊；

5、信號(hào)處理模塊，接收來自風(fēng)向感知模塊的模擬信號(hào)，并將其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后提取風(fēng)向角度，計(jì)算出電機(jī)的控制指令后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，接收來自信號(hào)處理模塊的控制指令，將控制指令轉(zhuǎn)換為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)模塊工作；

7、齒輪傳動(dòng)模塊，包括依次傳動(dòng)相連的電樞齒輪、轉(zhuǎn)向齒盤、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)向齒輪，所述轉(zhuǎn)矩先經(jīng)電樞齒輪傳遞至轉(zhuǎn)向齒盤，再經(jīng)傳動(dòng)齒輪最終傳遞至轉(zhuǎn)向齒輪，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)扇葉相位的調(diào)整。

8、進(jìn)一步地，系統(tǒng)啟動(dòng)前，校準(zhǔn)風(fēng)向感知模塊以確保輸出結(jié)果與實(shí)際風(fēng)向一致。

9、進(jìn)一步地，風(fēng)向感知模塊通過內(nèi)部的風(fēng)向標(biāo)和尾翼結(jié)構(gòu)感受到風(fēng)的推力，使傳感器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)通過非接觸式磁傳感技術(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

10、進(jìn)一步地，信號(hào)處理模塊還包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和數(shù)字化處理以消除多余干擾。

11、進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：

12、承重外筒，用于支撐和固定風(fēng)力發(fā)電機(jī)；

13、主軸，豎直分布在承重外筒中央，用于接收發(fā)電機(jī)扇葉捕捉的風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩；

14、主軸連桿，分別連接主軸與發(fā)電機(jī)扇葉，以傳遞發(fā)電機(jī)扇葉捕捉的風(fēng)能至主軸。

15、進(jìn)一步地，電樞齒輪分布在承重外筒內(nèi)部，與承重外筒頂部的轉(zhuǎn)向齒盤傳動(dòng)相連，轉(zhuǎn)向齒輪同軸線分布在發(fā)電機(jī)扇葉轉(zhuǎn)軸底部，傳動(dòng)齒輪數(shù)量為二，兩個(gè)傳動(dòng)齒輪分別與轉(zhuǎn)向齒盤、轉(zhuǎn)向齒輪嚙合傳動(dòng)，并通過傳動(dòng)軸同軸相連。

16、進(jìn)一步地，還包括設(shè)置在承重外筒周側(cè)的電樞軸，電樞軸外端連接電機(jī)，該電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞軸內(nèi)端與電樞齒輪傳動(dòng)連接。

17、進(jìn)一步地，還包括：發(fā)電機(jī)組，與主軸相連，用于接收來自主軸的扭矩并進(jìn)行發(fā)電。

18、進(jìn)一步地，還包括：電力輸出軸，與發(fā)電機(jī)組相連，用于最終的電力輸出。

19、進(jìn)一步地，具體工作流程包括：

20、設(shè)置發(fā)電機(jī)扇葉初始相位，通過發(fā)電機(jī)扇葉進(jìn)行風(fēng)能捕捉，并由主軸連桿帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

21、風(fēng)向感知模塊形成對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理模塊；

22、信號(hào)處理模塊對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后提取風(fēng)向角度，計(jì)算出電機(jī)的控制指令后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

23、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊將控制指令轉(zhuǎn)換為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩，通過齒輪傳動(dòng)模塊進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)扇葉相位的調(diào)整，直至發(fā)電完成。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、1、本發(fā)明通過電子元件感知風(fēng)向信息，顯著提高了系統(tǒng)對(duì)風(fēng)向變化的響應(yīng)速度，從而更快地調(diào)整扇葉相位至迎風(fēng)位置，提高發(fā)電效率。

26、2、本發(fā)明采用機(jī)械齒輪傳動(dòng)的方式來調(diào)節(jié)葉片相位，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和耐用性，且環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，能在各種工況下穩(wěn)定工作。

技術(shù)特征：

1.一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)啟動(dòng)前，校準(zhǔn)風(fēng)向感知模塊以確保輸出結(jié)果與實(shí)際風(fēng)向一致。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：風(fēng)向感知模塊通過內(nèi)部的風(fēng)向標(biāo)和尾翼結(jié)構(gòu)感受到風(fēng)的推力，使傳感器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)通過非接觸式磁傳感技術(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：信號(hào)處理模塊還包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和數(shù)字化處理以消除多余干擾。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：電樞齒輪分布在承重外筒內(nèi)部，與承重外筒頂部的轉(zhuǎn)向齒盤傳動(dòng)相連，轉(zhuǎn)向齒輪同軸線分布在發(fā)電機(jī)扇葉轉(zhuǎn)軸底部，傳動(dòng)齒輪數(shù)量為二，兩個(gè)傳動(dòng)齒輪分別與轉(zhuǎn)向齒盤、轉(zhuǎn)向齒輪嚙合傳動(dòng)，并通過傳動(dòng)軸同軸相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：還包括設(shè)置在承重外筒周側(cè)的電樞軸，電樞軸外端連接電機(jī)，該電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞軸內(nèi)端與電樞齒輪傳動(dòng)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，還包括：發(fā)電機(jī)組，與主軸相連，用于接收來自主軸的扭矩并進(jìn)行發(fā)電。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，還包括：電力輸出軸，與發(fā)電機(jī)組相連，用于最終的電力輸出。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，具體工作流程包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位調(diào)節(jié)的電控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，包括：風(fēng)向感知模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)向變化，并形成對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理模塊；信號(hào)處理模塊，接收來自風(fēng)向感知模塊的模擬信號(hào)，并將其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后提取風(fēng)向角度，計(jì)算出電機(jī)的控制指令后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，將控制指令轉(zhuǎn)換為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)模塊工作，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)扇葉相位的調(diào)整。本發(fā)明本發(fā)明通過將先進(jìn)的電控系統(tǒng)與機(jī)械齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉相位的精確控制。這種集成設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，同時(shí)保持了機(jī)械傳動(dòng)的高效率。

技術(shù)研發(fā)人員：汪陳芳,劉伯文,尹歡,汪樹志,王岳川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8