用磁力與風力控制垂直軸風力機漿距角

的方法與機構

With a Magnetic Pitch Angle Control

采用磁力與風力來控制垂直軸風力機的漿距角是較簡單效果又好的方法,是本站推出的另一種葉片攻角控制技術,供大家參考。

先通過一個原理模型介紹工作原理。圖1是模型的俯視圖,圖2是模型的立體圖。風力機葉片采用直葉片,也就是所謂H型風輪。在葉片上有葉片轉軸,葉片轉軸位置在葉片的氣動中心前側(對稱翼型的氣動中心與壓力中心均在離葉片前緣1/4葉片弦長位置),葉片轉軸在葉片中弧線上(對稱翼型中弧線與弦線重合),葉片通過轉軸安裝在風輪支架上。

在葉片上固定一塊轉子鐵芯,可隨葉片一同繞軸轉動。在風輪支架上固定一個電磁鐵作為定子,當電磁鐵線圈通上電時,轉子鐵芯被吸向電磁鐵,見圖1、圖2。此時葉片處于原始位置,葉片槳距角為0。改變線圈電流大小就改變定子對轉子的吸引力,電流大作用力就大,電流小作用力就小。

原理模型俯視圖

圖1--原理模型俯視圖

原理模型立體圖

圖2--原理模型立體圖
有風時,在風輪向風側的葉片在風力作用下向風輪內測偏轉,偏轉到風力與電磁鐵吸引力相平衡的角度。在同樣風力下線圈電流大則偏轉角度小,線圈電流小則偏轉角度大。見圖3

向風側葉片在風力與磁力作用下偏轉示意圖

圖3--向風側葉片在風力與磁力作用下偏轉示意圖
而在風輪背風側的葉片在風力作用下向風輪外測偏轉,其偏轉受控原理與向風側的葉片是一樣的。見圖4

背風側葉片在風力與磁力作用下偏轉示意圖

圖4--背風側葉片在風力與磁力作用下偏轉示意圖

以上葉片、葉片轉軸、轉子鐵芯、定子電磁鐵共同組成垂直軸風力機的槳距角控制執(zhí)行機構,靠控制定子電磁鐵電流大小來控制葉片的槳距角,把它簡稱為磁力槳距角控制機構。在風力機起動時,用小電流使葉片偏轉較大角度實現(xiàn)起動。在正常風力下,以大電流穩(wěn)住葉片在原始位置實現(xiàn)高效運轉。當風速超過額定風速時,適當減小電流增大槳距角抑制風輪轉速的上升。風速超過切出風速時,切斷電流,葉片即不受控,隨風擺動,實現(xiàn)強風保護。

下面就一個具體的方案介紹其結構,整個磁力槳距角控制機構的結構類似于盤式電動機。

定子由無鐵心線圈構成,線圈做成扁盤式結構,線圈為兩組,分布在扁盤兩側,見圖5,每組又分主線圈與輔線圈。

定子線圈與阻尼板

圖5--定子線圈與阻尼板
線圈內部繞線走向見圖6。線圈封裝在定子圓盤中,同時封入的還有兩塊阻尼板,封裝材料為絕緣材料,圖7為封裝好的定子圓盤,為看清線圈,圓盤用半透明顯示。與盤式電動機一樣,線圈產生的磁場與定子圓盤面垂直。

定子線圈走向圖

圖6--定子線圈走向圖

封裝定子線圈與阻尼板的定子圓盤

圖7--封裝定子線圈與阻尼板的定子圓盤

磁力槳距角控制機構的轉子由永久磁體與磁軛組成,磁極為扇形,其形狀大小根據定子線圈決定,在圖6中表示了磁極與線圈的對應關系。

在圖8中展現(xiàn)了轉子的下半部分結構,兩個磁極固定在磁軛上,磁軛固定在轉軸上。

轉子的下半部分

圖8--轉子的下半部分
轉子的上半部分結構與下半部分相同,只是磁極向下而已,圖9表示正在向下安裝的轉子上半部分。圖10是已經組裝好的轉子。

組裝中的轉子

圖9--組裝中的轉子

完整的轉子

圖10--完整的轉子
定子圓盤就安裝在上下磁極中間,磁極間的磁力線方向與轉軸平行,見圖11

轉子的磁力線走向

圖11--轉子的磁力線走向
圖12是組裝在一起的定子圓盤與轉子。當定子線圈沒有電流時,轉子不受任何約束力,可任意旋轉;當定子線圈通有電流時,轉子受定子磁場作用力停止在對應主線圈的位置上,在電流不變的情況下定子對轉子的力矩隨偏轉角度增大而增大,力矩也隨電流的大小而改變。

定子圓盤與轉子

圖12--定子圓盤與轉子
把定子安裝在下端蓋內,下端蓋也是機座,下端蓋與風輪支架固定在一起,見圖13。

裝在底座上的定子圓盤與轉子

圖13--裝在底座上的定子圓盤與轉子
圖14是安裝上端蓋后的機構剖面圖。

磁力控制垂直軸風力機漿距角機構剖面圖

圖14--磁力控制垂直軸風力機漿距角機構剖面圖

把磁力控制漿距角機構安裝在風輪上,再把葉片固定在機構的轉軸上,就構成一臺用磁力與風力控制漿距角的垂直軸風力機。

圖15是一臺用磁力與風力控制漿距角的垂直軸風力機概念圖。

磁力控制漿距角的垂直軸風力機

圖15--磁力控制漿距角的垂直軸風力機概念圖
 
 
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