风力发电机叶片的自适应多形态偏转调节方法与流程

本发明涉及一种风力发电技术领域，具体涉及风力发电机叶片的自适应多形态偏转调节方法。

背景技术：

风力发电机在发电的过程中，风速将决定叶片转动的快慢，若叶片转动的过快，风力将对叶片产生强烈的冲击力，严重的将导致叶片的损坏，为此，当风力较大时，需要使叶片的迎角减小；当风力较小时，需要使叶片的迎角增大。经研究团队的检索资料发现一种变桨距机构能够有效的解决该问题，其依据风速的变化随时调节桨距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的风能，同时减少风力对叶片的冲击，其采用变桨距控制系统与变速恒频技术相配合，结构较为复杂、成本高昂、给管理人员的检修维护带来诸多不便，因此，更加便捷调整叶片迎角大小以及提高风力发电机的效率是当下风力发电机较为热门的研究方向之一，为此，本团队设计一种结构巧妙、原理简单、调整叶片迎角更加便捷、能够接受雨水势能提升发电效率的风力发电机叶片的变形偏转调节方法。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构巧妙、原理简单、调整叶片迎角更加便捷、能够接受雨水势能提升发电效率的风力发电机叶片的变形偏转调节方法。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

风力发电机叶片的自适应多形态偏转调节方法，其步骤在于：

（一）叶片变形阶段；

s1：当发电环境的风速较大时，调节构件驱动扇叶构件切换至折叠状态，当发电环境的风速较小时，调节构件驱动扇叶构件切换至展开状态，当发电环境为降雨状态时，调节构件驱动扇叶构件切换至半折叠状态且扇叶构件的开口沿顺时针/逆时针方向；

所述的扇叶构件包括两端开口并且轴向水平布置的外筒体，外筒体一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的前盖板一、另一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的后盖板一，外筒体的外圆面上开设有与其径向垂直的安装平面，安装平面设置有三个并且沿外筒体所在圆周方向阵列布置，安装平面上转动设置有沿外筒体径向向外布置的铰接轴，铰接轴一端自由悬置、另一端向外筒体内延伸并且该端为驱动端，铰接轴上套设有矩形扇叶一并且扇叶一沿宽度方向的一边与铰接轴键连接配合，铰接轴上还套设有矩形扇叶二并且矩形扇叶二沿宽度方向的一边与铰接轴转动连接配合，扇叶一与扇叶二相匹配并且共同构成了捕捉风能/雨水重力势能的叶片，当扇叶一与扇叶二之间的夹角为零度时，扇叶构件为折叠状态，当扇叶一与扇叶二之间的夹角为一百八十度时，扇叶构件为展开状态，当扇叶一与扇叶二之间的夹角介于零度与一百八十度之间时，扇叶构件为半折叠状态；

所述扇叶二靠近外筒体一端固定设置有空心轴，空心轴同轴套设于铰接轴的外部并且两者构成转动连接配合；

当同步驱动构件将动力传递至铰接轴的驱动端，铰接轴将带动正向锥齿轮、扇叶一正向转动，传动锥齿轮将正向锥齿轮的动力传递至反向锥齿轮并且带动反向锥齿轮的反向转动，反向锥齿轮将带动空心轴同步转动，此时，扇叶一与扇叶二将同步反向转动切换至折叠状态/半折叠状态/展开状态；

（二）叶片偏转阶段；

s2：偏转控制部件调节折叠状态下的叶片使其迎角减小，偏转控制部件调节展开状态下的叶片使其迎角增大，当发电环境为飓风状态时，偏转控制部件调节叶片使其迎角为零；

所述的偏转控制部件包括同轴设置于外筒体内的主动齿轮二，主动主轮二与后盖板一转动连接配合，后盖板一上同轴转动设置有呈中空布置的控制轴二，控制轴二同轴套设于控制轴一的外部并且两者构成转动连接配合，控制轴二的驱动端向外延伸并且该端连接设置有驱动设备、输出端延伸至外筒体的内部并且与主动齿轮二键连接配合，端盖上设置有与安装筒体同轴布置的套筒，套筒延伸至外筒体的内部并且套筒与外筒体构成转动连接配合，套筒的延伸端同轴固定设置有从动齿轮二，主动齿轮二与从动齿轮二相啮合；

偏转控制部件在工作过程中，驱动设备驱动控制轴二进行转动，控制轴二将带动主动齿轮二同步转动，主动齿轮二将带动从动齿轮二进行转动，从动齿轮二将带动套筒同步转动，套筒将带动端盖、安装筒体同步转动，从而对扇叶构件的整体偏角进行调整，实现对叶片迎角的自由调节；

（三）发电阶段；

s3：叶片对风能/雨水重力势能进行捕捉，叶片装置的整体将绕着外筒体的轴向转动，外筒体带动转子轴心转动，并且经过变速箱提升转速驱动发电机运转发电；

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述调节构件同轴套设于铰接轴的外部并且位于外筒体与叶片之间，调节构件包括同轴套设于铰接轴上并且开口朝向外筒体布置的安装筒体，安装筒体的外部设置有稳固架，稳固架一端与安装筒体同轴转动连接配合、另一端外筒体上的安装平面固定连接，安装筒体的开口处设置有与其可拆卸连接配合的端盖，端盖与铰接轴转动连接配合，空心轴延伸至安装筒体的内部并且两者之间构成转动连接配合，所述端盖上转动设置有与铰接轴同轴键连接配合的正向锥齿轮，安装筒体的底部转动设置有空心轴同轴键连接配合的反向锥齿轮，正向锥齿轮与反向锥齿轮之间间距布置并且两者之间设置有传动锥齿轮，传动锥齿轮与正向锥齿轮、反向锥齿轮均啮合并且用于将正向锥齿轮的动力传递至反向锥齿轮，传动锥齿轮转动设置于安装筒体的内壁上并且其轴向平行于安装筒体的径向，传动锥齿轮设置有两个并且沿安装筒体的轴向对称布置。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述的同步驱动构件包括同轴设置于外筒体内并且两端开口布置的内筒体，内筒体的一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的前盖板二并且前盖板二与前盖板一转动连接配合、另一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的后盖板二并且后盖板二与后盖板一转动连接配合，后盖板二上转动设置有与内筒体同轴布置的控制轴一，控制轴一的驱动端延伸至外筒体的外部并且该端连接设置动力源，控制轴一的输出端延伸至内筒体的内部并且该端同轴固定设置有主动齿轮一，为了能够将主动齿轮一的动力传递至铰接轴，所述铰接轴的驱动端延伸至内筒体的内部，铰接轴与内筒体转动连接配合，铰接轴的驱动端同轴固定设置有从动齿轮一，主动齿轮一与从动齿轮一相啮合，所述主动齿轮一与从动齿轮一均为锥齿轮。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述调节构件的外部设置有与其匹配的机壳一、机壳二以及机壳三，机壳一、机壳二以及机壳三，相互配合构成闭合空间并且用于对调节构件以及同步驱动构件进行防护。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述偏转控制部件的驱动设备与同步驱动构件的动力源之间设置有调控器，调控器与驱动设备、动力源之间均建立有信号连接。

本发明与现有技术相比的有益效果在于结构巧妙、原理简单，其叶片由铰接连接的两扇叶共同构成，通过铰接轴的转动，调整扇叶的展开与折叠以及调整其迎角大小，提升了叶片迎角调节的便捷性，当遇到降雨天气时，调整两扇叶构成开口沿顺时针/逆时针方向的v型结构，将雨水的重力势能转化为驱动叶片转动的原动力，拓展了叶片捕捉自然能的范畴，提升了风力发电机的效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为本发明的结构示意图。

图6为本发明的结构示意图。

图7为本发明的内部结构示意图。

图8为叶片装置的局部结构示意图。

图9为叶片装置的局部结构示意图。

图10为叶片装置的局部结构示意图。

图11为扇叶构件的局部结构示意图。

图12为扇叶构件与调节构件的配合图。

图13为扇叶构件与调节构件的配合图。

图14为调节构件的局部结构示意图。

图15为调节构件的内部结构示意图。

图16为同步驱动构件与扇叶构件的配合图。

图17为同步驱动构件与扇叶构件的配合图。

图18为偏转控制部件与叶片装置的配合图。

图19为偏转控制部件与叶片装置的配合图。

图20为转子轴心与叶片装置的配合图。

图21为转子轴心与安装架的配合图。

具体实施方式

风力发电机叶片的自适应多形态偏转调节方法，其步骤在于：

（一）叶片变形阶段；

s1：当发电环境的风速较大时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至折叠状态，当发电环境的风速较小时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至展开状态，当发电环境为降雨状态时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至半折叠状态且扇叶构件110的开口沿顺时针/逆时针方向；

所述的扇叶构件110包括两端开口并且轴向水平布置的外筒体111，外筒体111一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的前盖板一112a、另一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的后盖板一112b，外筒体111的外圆面上开设有与其径向垂直的安装平面，安装平面设置有三个并且沿外筒体111所在圆周方向阵列布置，安装平面上转动设置有沿外筒体111径向向外布置的铰接轴113，铰接轴113一端自由悬置、另一端向外筒体111内延伸并且该端为驱动端，铰接轴113上套设有矩形扇叶一114并且扇叶一114沿宽度方向的一边与铰接轴113键连接配合，铰接轴113上还套设有矩形扇叶二115并且矩形扇叶二15沿宽度方向的一边与铰接轴113转动连接配合，扇叶一114与扇叶二115相匹配并且共同构成了捕捉风能/雨水重力势能的叶片，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角为零度时，扇叶构件110为折叠状态，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角为一百八十度时，扇叶构件110为展开状态，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角介于零度与一百八十度之间时，扇叶构件110为半折叠状态；

所述扇叶二115靠近外筒体111一端固定设置有空心轴116，空心轴116同轴套设于铰接轴113的外部并且两者构成转动连接配合；

所述调节构件120同轴套设于铰接轴113的外部并且位于外筒体111与叶片之间，调节构件120包括同轴套设于铰接轴113上并且开口朝向外筒体111布置的安装筒体121，安装筒体121的外部设置有稳固架141，稳固架141一端与安装筒体121同轴转动连接配合、另一端外筒体111上的安装平面固定连接，安装筒体121的开口处设置有与其可拆卸连接配合的端盖122，端盖122与铰接轴113转动连接配合，空心轴116延伸至安装筒体121的内部并且两者之间构成转动连接配合，所述端盖122上转动设置有与铰接轴113同轴键连接配合的正向锥齿轮123，安装筒体121的底部转动设置有空心轴116同轴键连接配合的反向锥齿轮124，正向锥齿轮123与反向锥齿轮124之间间距布置并且两者之间设置有传动锥齿轮125，传动锥齿轮125与正向锥齿轮123、反向锥齿轮124均啮合并且用于将正向锥齿轮123的动力传递至反向锥齿轮124，传动锥齿轮125转动设置于安装筒体121的内壁上并且其轴向平行于安装筒体121的径向，传动锥齿轮125设置有两个并且沿安装筒体121的轴向对称布置；

当同步驱动构件130将动力传递至铰接轴113的驱动端，铰接轴113将带动正向锥齿轮123、扇叶一114正向转动，传动锥齿轮125将正向锥齿轮123的动力传递至反向锥齿轮124并且带动反向锥齿轮124的反向转动，反向锥齿轮124将带动空心轴116同步转动，此时，扇叶一114与扇叶二115将同步反向转动切换至折叠状态/半折叠状态/展开状态；

（二）叶片偏转阶段；

s2：偏转控制部件200调节折叠状态下的叶片使其迎角减小，偏转控制部件200调节展开状态下的叶片使其迎角增大，当发电环境为飓风状态时，偏转控制部件200调节叶片使其迎角为零；

所述的偏转控制部件200包括同轴设置于外筒体111内的主动齿轮二202，主动主轮二202与后盖板一112b转动连接配合，后盖板一112b上同轴转动设置有呈中空布置的控制轴二201，控制轴二201同轴套设于控制轴一133的外部并且两者构成转动连接配合，控制轴二201的驱动端向外延伸并且该端连接设置有驱动设备、输出端延伸至外筒体111的内部并且与主动齿轮二202键连接配合，端盖122上设置有与安装筒体121同轴布置的套筒，套筒延伸至外筒体111的内部并且套筒与外筒体111构成转动连接配合，套筒的延伸端同轴固定设置有从动齿轮二203，主动齿轮二202与从动齿轮二203相啮合；

所述偏转控制部件200的驱动设备与同步驱动构件130的动力源之间设置有调控器，调控器与驱动设备、动力源之间均建立有信号连接；

偏转控制部件200在工作过程中，驱动设备驱动控制轴二201进行转动，控制轴二201将带动主动齿轮二202同步转动，主动齿轮二202将带动从动齿轮二203进行转动，从动齿轮二203将带动套筒同步转动，套筒将带动端盖122、安装筒体121同步转动，从而对扇叶构件110的整体偏角进行调整，实现对叶片迎角的自由调节；

（三）发电阶段；

s3：叶片对风能/雨水重力势能进行捕捉，叶片装置100的整体将绕着外筒体111的轴向转动，外筒体111带动转子轴心300转动，并且经过变速箱提升转速驱动发电机运转发电；

转子轴心300呈中空布置并且同轴套设于控制轴二201的外部，转子轴心300与控制轴二201转动连接配合，转子轴心300的驱动端与后盖板一112b固定连接、转子轴心300的输出端经变速箱与发电机连接，所述转子轴心300的外部同轴转动设置有呈筒状布置的安装架400。

应用于风力发电的可变式风轮，其包括用于捕捉风能、雨水重力势能并且转化驱动自身旋转的叶片装置100、用于接受叶片装置100的转动势能并且传递至发电机的转子轴心300，转子轴心300与安装架400转动连接配合并且转子轴心300与叶片装置100固定连接，所述的叶片装置100包括扇叶构件110、调节构件120以及用于对调节构件120提供动力的同步驱动构件130，扇叶构件110设置成可相互切换的展开折叠状态、半折叠状态以及展开状态，调节构件120用于驱动扇叶构件110在折叠状态、半折叠状态以及展开状态之间相互切换，所述叶片装置100还包括用于调整扇叶构件110与风向构成迎角的偏转控制部件200。

用户在使用过程中，扇叶构件110根据风速的自行调整并且使其能够捕捉额定的风能，当发电环境的风速较大时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至折叠状态并且偏转控制部件200调节扇叶构件110使其迎角减小，减小自然风与扇叶构件110的接触面积以及对其冲击力；当发电环境的风速较小时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至展开状态并且偏转控制部件200调节扇叶构件110使其迎角增大，增大自然风与扇叶构件110的接触面积以及对其冲击力；当发电环境为飓风状态时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至折叠状态并且偏转控制部件200调节扇叶构件110使其迎角为零，自然风对扇叶构件110的冲击力可忽略，扇叶构件110处于自我保护状态；当发电环境为降雨状态时，调节构件120驱动扇叶构件110切换至半折叠状态并且偏转控制部件200调节扇叶构件110使其开口沿顺时针/逆时针，此时，扇叶构件110对雨水的重力势能进行捕捉发电，在特殊情况的风雨结合环境下，扇叶构件110能够对雨水的重力势能以及风能进行同时捕捉。

所述的扇叶构件110包括两端开口并且轴向水平布置的外筒体111，外筒体111一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的前盖板一112a、另一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的后盖板一112b，外筒体111的外圆面上开设有与其径向垂直的安装平面，安装平面设置有三个并且沿外筒体111所在圆周方向阵列布置，安装平面上转动设置有沿外筒体111径向向外布置的铰接轴113，铰接轴113一端自由悬置、另一端向外筒体111内延伸并且该端为驱动端，铰接轴113上套设有矩形扇叶一114并且扇叶一114沿宽度方向的一边与铰接轴113键连接配合，铰接轴113上还套设有矩形扇叶二115并且矩形扇叶二15沿宽度方向的一边与铰接轴113转动连接配合，扇叶一114与扇叶二115相匹配并且共同构成了捕捉风能/雨水重力势能的叶片，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角为零度时，扇叶构件110为折叠状态，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角为一百八十度时，扇叶构件110为展开状态，当扇叶一114与扇叶二115之间的夹角介于零度与一百八十度之间时，扇叶构件110为半折叠状态。

为了能够调节扇叶一114与扇叶二115之间的夹角，所述扇叶二115靠近外筒体111一端固定设置有空心轴116，空心轴116同轴套设于铰接轴113的外部并且两者构成转动连接配合，通过驱动空心轴116与铰接轴113反向转动，实现对扇叶一114与扇叶二115之间铰接的调节。

为了能够驱动空心轴116与铰接轴113反向转动，所述调节构件120同轴套设于铰接轴113的外部并且位于外筒体111与叶片之间，调节构件120包括同轴套设于铰接轴113上并且开口朝向外筒体111布置的安装筒体121，安装筒体121的外部设置有稳固架141，稳固架141一端与安装筒体121同轴转动连接配合、另一端外筒体111上的安装平面固定连接，安装筒体121的开口处设置有与其可拆卸连接配合的端盖122，端盖122与铰接轴113转动连接配合，空心轴116延伸至安装筒体121的内部并且两者之间构成转动连接配合，所述端盖122上转动设置有与铰接轴113同轴键连接配合的正向锥齿轮123，安装筒体121的底部转动设置有空心轴116同轴键连接配合的反向锥齿轮124，正向锥齿轮123与反向锥齿轮124之间间距布置并且两者之间设置有传动锥齿轮125，传动锥齿轮125与正向锥齿轮123、反向锥齿轮124均啮合并且用于将正向锥齿轮123的动力传递至反向锥齿轮124。

具体的，传动锥齿轮125转动设置于安装筒体121的内壁上并且其轴向平行于安装筒体121的径向，传动锥齿轮125设置有两个并且沿安装筒体121的轴向对称布置，为了便于用户对扇叶一114与扇叶二115之间角度的调节，需要保证铰接轴113与空心轴116同步反向转动，因此，所述正向锥齿轮123与反向锥齿轮124等大。

当同步驱动构件130将动力传递至铰接轴113的驱动端，铰接轴113将带动正向锥齿轮123、扇叶一114正向转动，传动锥齿轮125将正向锥齿轮123的动力传递至反向锥齿轮124并且带动反向锥齿轮124的反向转动，反向锥齿轮124将带动空心轴116同步转动，此时，扇叶一114与扇叶二115将同步反向转动切换至折叠状态/半折叠状态/展开状态。

所述的同步驱动构件130包括同轴设置于外筒体111内并且两端开口布置的内筒体131，内筒体131的一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的前盖板二132a并且前盖板二132a与前盖板一112a转动连接配合、另一端开口处设置有与其可拆卸连接配合的后盖板二132b并且后盖板二132b与后盖板一112b转动连接配合，后盖板二132b上转动设置有与内筒体131同轴布置的控制轴一133，控制轴一133的驱动端延伸至外筒体111的外部并且该端连接设置动力源，控制轴一133的输出端延伸至内筒体131的内部并且该端同轴固定设置有主动齿轮一134，为了能够将主动齿轮一134的动力传递至铰接轴113，所述铰接轴113的驱动端延伸至内筒体131的内部，铰接轴113与内筒体131转动连接配合，铰接轴113的驱动端同轴固定设置有从动齿轮一135，主动齿轮一134与从动齿轮一135相啮合。

具体的，由于控制轴一133与铰接轴113相互垂直，在动力由控制轴一133传递至铰接轴113的过程中需要换向处理，因此，所述主动齿轮一134与从动齿轮一135均为锥齿轮。

同步驱动构件130在工作过程中的具体表现为，动力源将驱动控制轴一133转动，控制轴一133将带动主动齿轮一134同步转动，主动齿轮一134将带动从动齿轮一135转动，从动齿轮一135将带动铰接轴113进行转动，实现对调节构件120提供动力。

为了对叶片装置100进行保护，所述调节构件120的外部设置有与其匹配的机壳一142、机壳二143以及机壳三144，机壳一142、机壳二143以及机壳三144，相互配合构成闭合空间并且用于对调节构件120以及同步驱动构件130进行防护，采取本方案的意义在于，结构巧妙、避免户外天气对叶片装置100造成破坏，延长叶片装置100的使用寿命。

在风速较大/风速较小/飓风天气状态/降雨天气状态，首先需要调节扇叶构件110的状态，而后由偏转控制部件200对叶片的迎角进行调整，本方案，通过驱动安装筒体121的自转，实现对扇叶构件110整体的偏角进行调整，为此，所述的偏转控制部件200包括同轴设置于外筒体111内的主动齿轮二202，主动主轮二202与后盖板一112b转动连接配合，后盖板一112b上同轴转动设置有呈中空布置的控制轴二201，控制轴二201同轴套设于控制轴一133的外部并且两者构成转动连接配合，控制轴二201的驱动端向外延伸并且该端连接设置有驱动设备、输出端延伸至外筒体111的内部并且与主动齿轮二202键连接配合，端盖122上设置有与安装筒体121同轴布置的套筒，套筒延伸至外筒体111的内部并且套筒与外筒体111构成转动连接配合，套筒的延伸端同轴固定设置有从动齿轮二203，主动齿轮二202与从动齿轮二203相啮合。

在通过驱动安装筒体121转动实现对扇叶构件110整体偏角进行调整时，安装筒体121将带动传动锥齿轮125绕着安装筒体121的轴线公转，传动齿轮125将带动正向锥齿轮123与反向锥齿轮124反向转动，进而使预先调整完毕的扇叶构件110的状态发生改变，因此，在偏转控制部件200工作过程中，需要使叶片构件110维持当前状态，为此，所述偏转控制部件200的驱动设备与同步驱动构件130的动力源之间设置有调控器，调控器与驱动设备、动力源之间均建立有信号连接，当偏转控制部件200调整叶片迎角的过程中，调控器将信号传递至动力源并且使动力源启动，调节构件120接受同步驱动构件130的动力并且驱使扇叶构件110进行偏转补偿，使扇叶构件110维持当下状态。

具体的，由于控制轴二201的轴向与套筒的轴向相互垂直，为了便于控制轴二201的动力能够顺利传递至套筒上，所述主动齿轮二202与从动齿轮二203均为锥齿轮。

偏转控制部件200在工作过程中的具体表现为，驱动设备驱动控制轴二201进行转动，控制轴二201将带动主动齿轮二202同步转动，主动齿轮二202将带动从动齿轮二203进行转动，从动齿轮二203将带动套筒同步转动，套筒将带动端盖122、安装筒体121同步转动，从而对扇叶构件110的整体偏角进行调整，实现对叶片迎角的自由调节。

叶片对风能/雨水重力势能进行捕捉，叶片装置100的整体将绕着外筒体111的轴向转动，为了将该转动势能传递至发电机，转子轴心300呈中空布置并且同轴套设于控制轴二201的外部，转子轴心300与控制轴二201转动连接配合，转子轴心300的驱动端与后盖板一112b固定连接、转子轴心300的输出端经变速箱与发电机连接，为了对叶片装置100进行安装，所述转子轴心300的外部同轴固定设置有呈筒状布置的安装架400，转子轴心300与安装架400转动连接配合。

发电过程中，叶片对风能/雨水重力势能进行捕捉，叶片装置100的整体将绕着外筒体111的轴向转动，后盖板一112b将带动转子轴心300同步转动，转子轴心300经过变速箱提升转速并且驱动发电机运转发电。