专利名称：一种风力发电机风向自动跟踪系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电机领域，尤其是水平轴的小型风力发电机，不需要尾舵辅助寻找风向。
背景技术：
面对全球日益加剧的能源危机和环境恶化问题，各国都在大力推动清洁能源的发 展。目前，虽然清洁能源在能源系统中所占的比重还比较低，但由于各国政策的导向，其绝 对数量正在突飞猛进的高速增长当中，并由此带来了巨大的经济效益和社会效益。当前，在清洁能源中首推风能和太阳能。太阳能电池由于成本高，转换效率比较 低，相对来说，风能更具有优势一些，因此风能是目前装机容量最大的新能源系统。对于风 能系统来说，无论是离网工作，还是并网工作，风力发电机都是最主要的部件。自然界中的风并不总是一个方向，而是在不断变化之中，让风机叶轮随时保持迎 风工作状态，能最大限度提高风机的工作效率，可以在单位时间内获得更多的电能。传统 的方式是为风机安装一个尾舵，通过尾舵随风向的偏转来调整风机迎风。这种方式可能导 致风机长时间在风向中心位置左右摆动，跟踪精度低；因尾舵较重，当风速不足以偏转尾舵 时，风向跟踪就出现较大误差甚至完全失效。如何让风机有效自动对风，一直是一个难题。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风力发电机风向自动跟踪系统，智能 寻找风向，自动化程度更高，风向跟踪精度更高；去掉了尾舵，使整个风力发电机体积更小、
重量更轻。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是一种风力发电机风向自动跟踪 系统，包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且与塔架枢接；所述基板上设有驱动机 构、传动机构、控制器、风向标；所述驱动机构与传动机构连接，传动机构与基板连接，所述 风向标可自由旋转，风向标上设有风向传感器，所述基板上设有位置传感器，所述驱动机 构、风向传感器、位置传感器均与控制器连接。基板与支撑发电机组的塔架枢接，基板包括 基板上的风力发电机组、驱动机构、传动机构、控制器、风向标，可跟随基板一起自由的绕塔 架旋转。风向传感器检测风向标的位置偏差，即检测当前的实时风向；位置传感器检测基板 的位置偏差，即检测风力发电机的叶轮方位。风向跟踪系统初始启动时，风向标上的风向传 感器与基板上的位置传感器之间的位置差信号为0，即风向标的指向与叶轮指向相同。由于 风向标非常轻小且可自由旋转，在风吹时，风向标轻易的被吹动，并旋转过一定的角度，风 向传感器捕捉到位置的改变后，向控制器传递信号，由控制器对位置传感器与风向传感器 的信号进行比较，发现风向标位置与基板位置出现偏差，由控制器向驱动机构发出执行命 令，使驱动机构通过传动机构令基板围绕塔架转动一定角度，最后使基板的朝向与风向标 的朝向一致，即发电机叶轮处在最大的迎风面上，完成了风力发电机的风向自动跟踪。作为改进，所述传动机构包括螺杆、套在螺杆上的行程螺母、第一旋转盘、第二旋 转盘、第三旋转盘；驱动机构与螺杆连接，所述三个旋转盘呈三角形分布，第三旋转盘与基 板固定连接，所述第一旋转盘、第二旋转盘、第三旋转盘之间设有皮带连接，行程螺母与所述皮带固定连接。驱动机构接收到来自控制器的执行命令后，驱动螺杆转动，由于螺杆与行 程螺母配套，螺杆的原地旋转使行程螺母可沿着螺杆作前后移动，由于行程螺母与皮带固 定连接，行程螺母在螺杆上移动的同时也带动了皮带的运动。皮带连接了第一旋转盘、第二 旋转盘和第三旋转盘，皮带在运动的时候也带动了旋转盘的旋转，第三旋转盘的旋转也即 是基板的旋转，行程螺母在螺杆上的运动最后达到使发电机叶轮转向的目的。作为改进，所述螺杆始端处设有0度传感器，所述0度传感器与控制器连接。上电 以后，控制器首先控制驱动机构转动，驱动机构带动整套机械装置一起旋转，行程螺母回到 螺杆的初始位置，0度传感器感应到行程螺母位置复原后向控制器反馈停止信号，这时系统 初始化完成，当前发电机叶轮为0度。作为改进，所述螺杆末端处设有360度传感器，所述360度传感器与控制器连接。 行程螺母在螺杆上移动到末端时，360度传感器感应到行程螺母位置后向控制器反馈停止 信号，表示基板已经转过360度，达到最大的旋转角度。作为改进，所述基板上设有风速传感器，所述风速传感器与控制器连接。系统初 始化完成以后，控制器开始跟踪风向，它对风向传感器发回的信号进行采样，并计算当前风 向与发电机叶轮的位置差异。为了避免瞬时误差，控制器对位置差异进行2分钟的平均计 算。2分钟后，控制器检测风速，如果风速过低预设值时，系统将不进行自动跟踪；如风速达 到设定的速度，表示自然界具有一定的风速，那么控制器将再次控制驱动机构带动整套机 械装置旋转，直到叶轮处于迎风时停止，这时，发电机位置与当前风向是一致的，发电机对 风结束。作为改进，发电机叶轮上设有速度传感器，所述速度传感器与控制器连接。发电机 转速过快，即叶轮旋转速度高于预设值时，控制器控制驱动机构使发电机从当前位置旋转 30度脱离风向，从而降低发电机的转速。该状态维持2分钟后再次检测，如叶轮转速仍然过 快，控制器再次控制驱动机构使发电机再次旋转60度，此时叶轮与当前风向成90度角，叶 轮迎风面最小，该状态停止3分钟后恢复。作为改进，发电机上设有温度传感器，所述温度传感器与控制连接。发电机工作温 度过高时，控制器控制驱动机构使发电机旋转90度脱离风向，使发电机转速下降，从而达 到使发电机降温的目的，该状态维持10分钟后恢复。作为改进，所述驱动机构为直流电机。本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是1)控制器利用代表当前风向的风向传感器与代表发电机位置的位置传感器之间 的位置偏差，对发电机的位置进行调整，该种风向自动跟踪系统具有风向跟踪精确，自动化 程度高的优点；2)设置了风速传感器，使风向自动跟踪系统在一定风速范围内才得到启用，既确 保了系统的稳定性，又保护了发电机组的安全；3)叶轮上的速度传感器和发电机上的温度传感器都是对系统以及整个发电机组 的保护。
图1为水平轴风力发电机外观示意图；[0021]图2为本实用新型结构示意图；图3为风向自动跟踪系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书对本实用新型作进一步说明。如图1至3所示，一种风力发电机风向自动跟踪系统，包括基板3、塔架4。所述基板3套在所述塔架4上，且与塔架4枢接，基板3可绕塔架4自由旋转。所述基板3上设有 驱动机构、传动机构、控制器17、风向标5。本实施例中，所述驱动机构为稳定性更好的直流 电机7 ；所述传动机构包括螺杆8、套在螺杆8上的行程螺母9、第一旋转盘10、第二旋转盘 11、第三旋转盘12。第一旋转盘10位于螺杆8的始端，第二旋转盘11位于螺杆8的末端， 第三旋转盘12套在塔架4上且与基板3固定连接，三个旋转盘呈三角形分布。在第一旋转 盘10、第二旋转盘11、第三旋转盘12之间设有皮带16连接，通过皮带16的拉动，三个旋转 盘10、11、12可自由的旋转。直流电机7通过一个齿轮变速箱与螺杆8连接，直流电机7直 接驱动螺杆8旋转。所述风向标5可自由旋转，风向标5上设有风向传感器(未标示)，所 述基板3上设有位置传感器13，所述直流电机7、风向传感器、位置传感器13均与控制器17 连接。基板3与支撑发电机组的塔架4枢接，基板3包括基板3上的整套机械装置，包括风 力发电机组、驱动机构、传动机构、控制器17、风向标5，可跟随基板3 —起自由的绕塔架4 旋转。风向传感器检测风向标5的位置偏差，即检测当前的实时风向；位置传感器13通过 检测行程螺母9的位置从而检测到基板3的位置偏差，即检测风力发电机的叶轮1方位。风 向跟踪系统初始启动时，控制器17首先驱动直流电机7转动，由直流电机7带动整套机械 装置一起旋转，行程螺母9回到螺杆8的初始位置，0度传感器感14应到行程螺母9位置复 原后向控制器17反馈停止信号，这时系统初始化完成，当前发电机叶轮1为0度。风向标 5上的风向传感器与基板3上的位置传感器13之间的位置差信号为0，即风向标5的指向 与叶轮1指向相同。风向自动跟踪系统启用后，由于风向标5非常轻小且可自由旋转，在风 吹时，风向标5轻易的被吹动，并旋转过一定的角度，风向传感器捕捉到位置的改变后，向 控制器17传递信号，由控制器17对位置传感器13与风向传感器的信号进行比较，检测到 风向标5位置与基板3位置出现偏差时，控制器17驱动直流电机7。直流电机7的转动带 动了螺杆8转动，由于螺杆8与行程螺母9配套，螺杆8的原地旋转使行程螺母9可沿着螺 杆8作前后移动，由于行程螺母9与皮带16固定连接，行程螺母9在螺杆8上移动的同时 也带动了皮带16的运动。皮带16连接了第一旋转盘10、第二旋转盘11和第三旋转盘12， 皮带16在运动的时候也带动了旋转盘的旋转，第三旋转盘12的旋转也即是基板3的旋转， 行程螺母9在螺杆8上的运动最后达到使发电机叶轮1转向的目的，最后使基板3的朝向 与风向标5的朝向一致，即发电机叶轮1处在最大的迎风面上，完成了风力发电机的风向自
足艮S宗。本实用新型的风向跟踪系统还包括一系列的保护子系统所述螺杆8末端处设有360度传感器15，所述360度传感器15与控制器17连接。 行程螺母9在螺杆8上移动到末端时，360度传感器15感应到行程螺母9位置后向控制器 17反馈停止信号，表示基板3已经转过360度，达到最大的旋转角度，保护了传动机构的免 受损坏。[0027]所述基板3上设有风速传感器，所述风速传感器与控制器17连接。系统初始化完 成以后，控制器17开始跟踪风向，它对风向传感器发回的信号进行采样，并计算当前风向 与发电机叶轮1的位置差异。为了避免瞬时误差，控制器17对位置差异进行2分钟的平均 计算。2分钟后，控制器17检测风速，如果风速过低预设值时，系统将不进行自动跟踪；如风 速达到设定的速度，表示自然界具有一定的风速，那么控制器17将再次驱动直流电机7带 动整套机械装置旋转，直到叶轮1处于迎风时停止，这时，发电机2位置与当前风向是一致 的，发电机2对风结束。发电机叶轮1上设有速度传感器(未标示)，所述速度传感器与控制器17连接。 发电机2转速过快，即叶轮1旋转速度高于预设值时，控制器17驱动直流电机7使发电机 2从当前位置旋转30度脱离风向，从而降低发电机2的转速。该状态维持2分钟后再次检 测，如叶轮1转速仍然过快，控制器17再次驱动直流电机7使发电机2再次旋转60度，此 时叶轮1与当前风向成90度角，叶轮1迎风面最小 ，该状态停止3分钟后恢复。发电机2上设有温度传感器(未标示)，所述温度传感器与控制器17连接。发电 机2工作温度过高时，控制器17驱动直流电机使发电机2旋转90度脱离风向，使发电机2 转速下降，从而达到使发电机2降温的目的，该状态维持10分钟后恢复。本实用新型的风向自动跟踪系统中，控制器利用代表当前风向的风向传感器与代 表发电机位置的位置传感器之间的位置偏差，对发电机的位置进行调整，该种风向自动跟 踪系统具有风向跟踪精确，自动化程度高的优点；设置了风速传感器，使风向自动跟踪系统 在一定风速范围内才得到启用，既确保了系统的稳定性，又保护了发电机组的安全；叶轮上 的速度传感器和发电机上的温度传感器都是对系统以及整个发电机组的保护。凡具有本实用新型所述结构且只是作形式或参数修改的，均属于本实用新型的保 护范畴。
权利要求一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且与塔架枢接；所述基板上设有驱动机构、传动机构、控制器、风向标；所述驱动机构与传动机构连接，传动机构与基板连接，所述风向标可自由旋转，风向标上设有风向传感器，所述基板上设有位置传感器，所述驱动机构、风向传感器、位置传感器均与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于所述传动 机构包括螺杆、套在螺杆上的行程螺母、第一旋转盘、第二旋转盘、第三旋转盘；驱动机构与 螺杆连接，所述三个旋转盘呈三角形分布，第三旋转盘与基板固定连接，所述第一旋转盘、 第二旋转盘、第三旋转盘之间设有皮带连接，行程螺母与所述皮带固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于所述螺杆 始端处设有O度传感器，所述O度传感器与控制器连接。
4.根据权利要求2所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于所述螺杆 末端处设有360度传感器，所述360度传感器与控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于所述基板 上设有风速传感器，所述风速传感器与控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于发电机叶 轮上设有速度传感器，所述速度传感器与控制器连接。
7.根据权利要求1所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于发电机上 设有温度传感器，所述温度传感器与控制器连接。
8.根据权利要求1所述的一种风力发电机风向自动跟踪系统，其特征在于所述驱动 机构为直流电机。
专利摘要一种风力发电机风向自动跟踪系统，包括基板、塔架，所述基板套在所述塔架上，且与塔架枢接；所述基板上设有驱动机构、传动机构、控制器、风向标；所述驱动机构与传动机构连接，传动机构与基板连接，所述风向标可自由旋转，风向标上设有风向传感器，所述基板上设有位置传感器，所述驱动机构、风向传感器、位置传感器均与控制器连接。本实用新型的风向自动跟踪系统，智能寻找风向，自动化程度更高，风向跟踪精度更高；去掉了尾舵，使整个风力发电机体积更小、重量更轻。
文档编号F03D7/04GK201574881SQ200920194050
公开日2010年9月8日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者李欣华 申请人:李欣华