微型风力发电机的扭力弹簧被动变浆型机构

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1. 扭力弹簧在微型风力发电机被动变浆型机构上的应用的技术及经济意义
　　由将风能转换为机械能的风叶经过调速机构驱动风力发电机旋转形成发电，当前的风叶主流技术要求风叶能在低风速下就能启动（3s/m），能承受高于25s/m 狂风的破坏，能在高于额定风速的条件下，风叶有调整风轮转速的功能。风力发电机在风叶系统的设计上通常分为定浆型和变浆型两大系列，由于定浆型风叶系统结构简单，所以被普遍采纳，变浆型风叶系统由于结构复杂，仅在大型风力发电机风叶系统中才有采用。由于微型风力发电机（1000 瓦以下功率段）的体积及空间所限，到目前国内尚未发现将变浆机构装置设计于微型风力发电机的产品中。
　　微型风力发电机将变浆型机构应用于风轮设计上将对提升我国微型及小型风力发电机的技术档次，特别是提高普及风力发电机（风光互补）路灯的可靠性和安全性具有重大的意义。中国风电材料设备网
　　被动变浆型风轮在超风速气象条件下，风叶可随风速的大小自动改变叶片的迎风角度，其迎风角度随风力的改变可成线性状态调整，测试证明：被动变浆型风轮的叶片不仅仅可以捕捉小风气候条件下的风能用来发电，而且可以在超风速气象条件下，随着风叶迎风角度的减小，风轮翼面受力投影面积因此随着减少，风轮不仅能继续保持迎风状态，同时速度也可保持额定风速，使机组保持了连续发电，风轮最大程度利用了风能，而无需像定浆型风轮那样为保护机组安全，系统启动侧偏程序。本技术的实施和采用，将使微型风力发电机在国内同类型的产品中，质量、技术水平处于领先水平。
　　2. 机构特点
　　不同于定浆型风叶的安装结构，变浆型风叶不是一次固定于风轮轮毂，而将风叶的叶柄安装连接于可联动转动的风轮轮毂径向呈星形分布的传动轴，传动系的末端连接弹簧确定转角位置（风叶的原始迎风角），弹簧另一端固定于轮毂。风叶受风翼面在超风速风力的作用下产生转动，从而改变风叶翼面的迎风角度。改变风叶翼面的迎风角度后，其受风投影翼面的面积减小，受风面减少后，其接受的风力转动力矩也相适应减小。风叶受风翼面在超风速风力的作用下产生转动后驱动弹簧、储存转动力矩能量，当风力减小，弹簧释放能量，将转动力矩反向回传给风叶，使风叶成比例的复位，直至回复到原始固定的状态。

　　3. 机构的先进性
　　变浆传动原理：本实用新型驱动风叶迎风角的原动力就是风力，弹簧扭力将风轮极限风力设计为额定风速的1.1 倍，在此技术条件下，风力发电机都可以不必进行变浆，当气象风力大于此值，在过风速风力的推动下，风叶将克服原设计扭力弹簧的扭转力发生偏转，从而改变风叶的原始安装迎风角；设计为了使三风叶变浆同步，将三风叶设置在一围绕一中心圆锥齿轮的分度圆上。由于弹簧力与改变扭转角保持的线性关系，风叶的迎角也随风力的大小成线性状态的改变；
　　风力发电机的转速与风力成正比关系，风力越大转速越高，但改变风叶的迎风角后，可对风叶的受风面积进行调整，从而改变风叶实际的受风面积，达到风叶调整风力发电机输入风力后的转速。风力发电机风轮可以在1.1 倍额定风速以下保持最佳迎风角，但由于迎风角随风力加大而改变时，输入风轮的有效风力却能保持在额定风力，风力发电机的转速保持不变，风力发电机的效率得到了提高。