一种风力发电机及使用方法与流程

本发明涉及风力发电，更具体而言，涉及一种风力发电机及使用方法。

背景技术：

1、风能作为新兴能源，其风力发电技术近年来得到广泛研究与发展。风力发电机作为核心设备，是推动绿色能源转型的关键力量。公开号为cn116104699a的中国发明专利公开了一种行星传动三轴联动同步变桨系统及风力发电机，为了使三个叶片同步变桨，采用行星齿轮驱动机构，在每个叶片根部设置行星锥齿轮，并采用太阳轮锥齿轮同步驱动三个行星锥齿轮实现对三个叶片角度的同步控制。该结构虽然实现了三个叶片在角度调节过程中迎风角度始终相同，但是相比现有技术采用三个电机减速机分别对三个叶片进行控制，质量有较大的增加，增加了装配难度，且制造难度及制造成本均有极大的增加。该风力发电机叶片角度的锁定完全通过驱动电机和减速机进行控制，对驱动电机的扭矩要求较大且易发生改变，导致控制精度不高。

2、公开号为cn114810496a的中国发明专利公开了一种多角度旋转的风力发电系统，通过角度调整机构实现风力发电装置对风向的跟踪并进行转向。该角度调节机构虽然能实现对机舱和叶片角度的调节，但是未单独设置锁定结构，机舱与塔杆之间的相对位置仅仅依靠偏航电机以及锥齿轮之间的啮合进行控制，当出现强风时，机舱和叶片位置难以保持，易发生事故。且该风力发电系统无法对叶片的工作角度进行调节，局限性较大。

3、公开号为cn116641836a的中国发明专利公开了一种叶片角度可调的水平轴风力发电机，采用轨道槽与定位块配合实现对叶片角度的调节，虽然可实现角度的变换，但是该结构通过弧形的定位槽对定位块进行驱动，再通过定位块上的调节凸起与调节槽配合实现对叶片角度的调节，定位槽与定位块之间、定位块与调节槽之间为线接触或点接触，且其方案的实现依赖于连接部件之间发生相对滑动，定位精度难以保证，定位槽与定位块之间、定位块与调节槽之间的滑动配合也易造成磨损，影响使用寿命；叶片工作时通常为重载工况，当叶片受到较大扭矩时，动力叶片的工作角度也难以维持。

4、公开号为cn220227069u的中国实用新型专利公开一种叶片及风力发电机组，通过在叶片本体上设置副风机组件，利用叶片本体旋转时产生的风力，带动副风机组件的副叶轮转动，用于副风机组件的风力发电，从而将叶片本体旋转时产生的风力利用起来。尽管该结构在一定程度上确实能够提升发电效率，但叶片本体作为主发电组件，却存在着一定的局限性。由于叶片本体的工作角度无法进行调整，因此难以实现最佳的风电转化效率。更为严重的是，当风力过于强劲时，叶片易因转动过快而引发过载现象。

5、因此，有必要对现有技术进行改进。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的不足，提供一种方便控制、成本低、叶片角度控制精准的风力发电机及使用方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种风力发电机，包括底架，底架上端转动设置有机舱，机舱与底架之间设置有回转驱动机构，机舱前端设置有叶片结构，叶片结构包括安装轴、叶片和叶片控制机构，叶片设置有三个并分别转动插设在安装轴上，安装轴靠近机舱的一端固定连接有风轮轴；所述叶片控制机构包括转动设置在机舱内的齿圈，齿圈与风轮轴同轴设置，叶片靠近安装轴的一端固定连接有调节杆，齿圈沿周向均布有三个连接座，连接座与调节杆之间通过连杆连接，连杆的两端分别与相应的连接座、调节杆球铰接，机舱内设置有角度控制电机，角度控制电机的电机轴连接有同步轴，主动小齿轮滑动设置在同步轴上并与同步轴花键配合，主动小齿轮与齿圈啮合，同步轴的两侧均设置有轴承座，轴承座与机舱固定连接，主动小齿轮一端固连有花键轴，靠近花键轴的轴承座上固定设置有定位块，定位块内孔设置有与花键轴相配合的花键孔，主动小齿轮连接有调节花键轴与定位块相对位置的牵引机构。

4、为了方便对机舱和底架进行锁定，底架外壁上端固定连接有固定环ⅰ，机舱底部固定设置有固定环ⅱ，固定环ⅰ与固定环ⅱ同轴设置，固定环ⅰ沿周向均布有至少两个滑动插孔，滑动插孔内滑动设置有定位杆，底架内固定设置有驱动电机，驱动电机的电机轴上固定设置有曲柄，曲柄远离驱动电机的一端与定位杆之间通过中间杆连接，中间杆的两端分别与曲柄、定位杆铰接，固定环ⅱ沿周向均布有多个供定位杆插入的定位孔。

5、为了防止定位杆无法插入定位孔，所述定位杆端部设置有插孔，插孔内滑动设置有顶杆，插孔内底部固定设置有导向杆，导向杆的外侧套接有弹簧，弹簧的两端分别与顶杆、插孔固连，顶杆靠近插孔的一端设置有与导向杆配合的限位开关。当限位开关被导向杆按压时，说明定位杆未正确插入，此时驱动电机暂停驱动，通过偏航电机缓慢带动机舱转动，直至限位开关被释放，偏航电机暂停驱动，驱动电机继续驱动定位杆插入定位孔中，实现锁定。

6、优选的，所述回转驱动机构包括蜗轮、蜗杆和偏航电机，底架上端延伸至机舱内并与蜗轮固定连接，机舱内转动设置有与蜗轮配合的蜗杆，偏航电机的电机轴与蜗杆固定连接。

7、优选的，机舱内设置有发电机，风轮轴连接有行星齿轮增速箱，行星齿轮增速箱的输出轴通过联轴器与发电机的电机轴连接。

8、为了对齿圈进行锁定，进而锁定叶片角度，所述牵引机构包括直线驱动器，直线驱动器固定设置在其中一个轴承座上，主动小齿轮远离花键轴的一端转动设置有推拉环，推拉环通过推拉杆与直线驱动器的驱动端连接。

9、优选的，还包括控制柜，所述角度控制电机、直线驱动器、偏航电机、驱动电机、限位开关均与控制柜电连接。

10、一种风力发电机的操作方法，采用上述的风力发电机，包括以下步骤：

11、s1、初始状态下，花键轴位于定位块中，通过花键轴与定位块配合对主动小齿轮进行锁定，进而锁定齿圈和叶片；当需要对叶片角度进行调节时，直线驱动器通过推拉环带动主动小齿轮运动进而使花键轴离开定位块，实现对齿圈解锁，启动角度控制电机，带动主动小齿轮转动进而带动齿圈转动，三个连杆同步推动调节杆转动，进而带动叶片相对安装轴转动，实现对叶片角度调节；

12、s2、叶片调节至设定角度后，直线驱动器推动推拉环运动，进而使花键轴插入定位块中，实现对主动小齿轮的锁定，进而锁定齿圈和叶片；

13、s3、当需要对机舱角度进行调节时，先通过驱动电机对机舱进行解锁，驱动电机带动曲柄转动，进而通过中间杆带动定位杆离开定位孔；通过回转驱动机构带动机舱相对底架转动；当机舱转动至设定角度后，驱动电机反向转动带动定位杆插入定位孔中，实现对机舱、底架的锁定。

14、本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：

15、1、本发明利用角度控制电机、齿圈和连杆结构实现单一电机同时带动三个叶片进行转动，相比现有技术，在保证三个叶片角度同步调节的基础上，本发明结构简单，生产成本和安装成本均远低于行星齿轮驱动机构。本发明还设置有齿圈锁定机构，通过直线驱动器带动主动小齿轮滑动，既可带动齿圈旋转，又可对齿圈进行锁定，相比驱动电机直接锁定，可靠性更高，成本更低。

16、2、本发明设置有机舱锁定结构，利用定位杆对机舱进行锁定，可防止风力过大时机舱相对底架无序转动。通过特殊设置的定位杆，可避免定位杆无法插入定位孔的情况发生，提高机舱锁定结构的可靠性。