可变轴向型风力发电机技术领域
本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及一种可变轴向型风力发电机。
背景技术
目前，一般的风力发电机分为水平轴发电机和垂直轴发电机两种类型。垂直轴风力发电机塔架设计简单，发电机和变速箱能安装在地上，易于维护和维修，但有着只适应小风力，不适合大规模使用等缺点，其技术仍不成熟。而水平轴风力发电机技术虽较成熟，效率相对高一点，但也有明显的缺点：最主要的是风力过大时，必须停止转动，不能工作，否则将被损坏。如何将两种类型的风力发电机结合起来实为必要。
因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能使轴向随着风力大小改变，以适应更大风力范围的风力发电机。
为解决上述技术问题，本发明的可变轴向型风力发电机，它包括风力发电机主体和蜗轮蜗杆传动机构，所述风力发电机主体包括机舱、位于机舱前端的导流罩和位于机舱后端的尾翼，所述机舱内安装有发电机、齿轮箱和风轮轴，所述发电机通过齿轮箱带动风轮轴旋转，所述导流罩安装于风轮轴前端，所述风轮轴带动导流罩上的叶片旋转；所述蜗轮蜗杆传动机构包括偏航电机、减速器、蜗杆和蜗轮，所述偏航电机通过减速器带动蜗杆旋转，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述涡轮套设于风力发电机回转轴上，所述风力发电机回转轴顶部与风力发电机主体连接，所述蜗杆的底座固定于传动箱内，所述传动箱固定于塔架上。
进一步的，所述塔架顶端设置倾角传感器，所述机舱顶部安装有风速传感器，所述塔架底部的基座内安装有控制器，所述控制器控制倾角传感器、风速传感器、偏航电机和发电机工作。
本发明的有益效果：将水平轴和垂直轴风力发电机结合，能自动调节轴向，通过风速传感器测量，根据风速大小自动控制涡轮蜗杆自动调节轴向，改变迎风面积，从而适应更广的风力范围，该装置稳定性好，实现更有效的动平衡。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明蜗轮蜗杆传动机构的结构示意图。
图3为本发明的电路原理图。
其中：1、机舱，2、导流罩，3、尾翼，4、发电机，5、齿轮箱，6、风轮轴，7、控制器，8、叶片，9、偏航电机，10、减速器，11、蜗杆，12、蜗轮，13、风力发电机回转轴，14、传动箱，15、底座，16、塔架，17、倾角传感器，18、风速传感器，19、基座。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
如图1至3所示，本发明的可变轴向型风力发电机，它包括风力发电机主体和蜗轮蜗杆传动机构，风力发电机主体包括机舱1、位于机舱1前端的导流罩2和位于机舱1后端的尾翼3，机舱1内安装有发电机4、齿轮箱5和风轮轴6，发电机4通过齿轮箱5带动风轮轴6旋转，导流罩2安装于风轮轴6前端，导流罩2上设有叶片8，风轮轴6带动导流罩2上的叶片8旋转；蜗轮蜗杆传动机构包括偏航电机9、减速器10、蜗杆11和蜗轮12，偏航电机9通过减速器10带动蜗杆11旋转，蜗杆11与蜗轮12啮合，涡轮12套设于风力发电机回转轴13上，风力发电机回转轴13顶部与风力发电机主体连接，蜗杆11的底座15固定于传动箱14内，传动箱14固定于塔架16上。塔架16顶端设置倾角传感器17，机舱1顶部安装有风速传感器18，塔架16底部的基座19内安装有控制器7，控制器7控制倾角传感器17、风速传感器18、偏航电机9和发电机4工作。
控制器7包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航电机。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
蜗轮蜗杆传动机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。其结构特点是：可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑；两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。
风从正面吹来时，吹动风叶，由风速传感器18测出风速大小，控制器7得到风速大小信号，如果太大，控制器7控制偏航电机9的转轴旋转，然后通过蜗轮蜗杆结构带动风力发电机整体旋转。
通过实验和计算，得出了风速大小与转动角度之间的关系式和对应关系。
风能计算公式为：
E=1/2（ρtsυ3cosθ）；
式中：ρ———空气密度（千克/米3）；
υ———风速（米/秒）；
t———时间（秒）；
S———截面面积（米2）；
θ———轴向在竖直方向偏转的角度。
由风能公式可以看出,风能主要与风速、风所流经的面积、空气密度三个因素有关,其关系如下：（1）风能（E）的大小与风速的立方（υ3）成正比。也就是说，影响风能的最大因素是风速；（2）风能（E）的大小与风所流经的面积（s）成正比。对于风力发电机来说，就是风能与风力发电机的风轮旋转时的扫掠面积成正比。由于通常用风轮直径作为风力发电机的主要参数,所以风能大小与风轮直径的平方成正比。（3）风能（E）的大小与空气密度（ρ）成正比。空气密度是指单位体积（m3）所容纳空气的质量（千克）。因此，计算风能时,必须要知道空气密度ρ值。空气密度ρ值与空气的湿度、温度和海拔高度有关，可以从相关的资料中查到。
水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
因此，结合水平轴和垂直轴型风力发电机的特点，以普通水平轴风力发电机为原型，其头部采用涡轮蜗杆结构，通过风力检测和自动控制原理，由电机带动其旋转，能通过测定风速进行自动控制，自由改变有效迎风面积，拓宽发电机适应的风速范围，提高其风能利用率，从而在一定程度上有效防止因风力过大而造成的风力发电装置的损坏。