文 献 综 述
一.垂直轴风力发电机概述
当今世界，在所有新能源中，风能资源无疑是最具发展前景的一个。根据Emerging Energy Research机构的估计，在2020年之前，1MW以下的中小型风电市场将呈现稳定发展的趋势[1]。至2020年，中小型风力机市场的占有率将达到12％---35％。在我国，76％的风电场都是低风速场[2]。这些风速场的年平均风速是3-5rn／s。低速风力发电场的特点是风力小、风速不稳定、随季节变化性较大。正是因为这样的特点，所以垂直轴风力发电机得到广泛的应用。并且随着人们对环境保护的问题越来越重视，清洁无污染的风力资源将会被人们不断的研究并加以利用。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机启动风速低，同时，垂直轴风力发电机可以接受360°方向中任何方向的来风，不需要特别的迎风装置，发电机的主轴一直朝着设计的方向转动。正因为这样的特性，所以垂直轴风力机无需对风系统，简化了风轮结构，从而做到了任何方向的来风都能发电。它的风能利用率更高，不会产生噪声，大风时减速、停机都非常容易，效果较好，具有更加广阔的市场应用前景。[3]
垂直轴风力发电机的风轮转动轴是垂直布置的。叶片围绕转动轴360度转动，与水平轴风力发电机相比具有几个突出优点：(1)其转动与风向无关，所以它无需设计对风装置，风轮机塔架结构设计生产相对简单；(2)风力发电机传动机构和控制器等装置不用安装在高空，安装维护等工作方便；(3)叶片形状结构简单，容易制造，设计生产成本低。
二.风力发电增速器国内外发展和研究状况
目前在风电增速器的研究领域中，由于轮系具备传动比恒定、且其增速比在一定范围内具有较高的传动效率等优点，常被用作为风机的增速机构。目前国内外对风电增速器的研究在以下三个方面的问题已经取得了较好的研究成果。
其一是对齿轮系统的动力学分析研究，即便是在考虑啮合误差和时变啮合刚度等内部激励的条件下，仍可通过有限元法建立完整的齿轮箱动力学模型求解和分析其响应特性，降低齿轮传动系统的噪声、提高传动系统的可靠性。Kahraman[4]在考虑直齿轮传动的间隙非线性因素以及时变啮合刚度的基础上，建立了传动系统的三自由度弯-扭耦合模型，得到了系统的非线性时变响应，并将响应与通过有限元模型计算所得的结果进行了对比。Velex 和Maatar[5]就轮齿的加工误差和装配误差对啮合齿轮副振动噪声的影响进行了研究，结果表明啮合齿轮副的振动噪声主要受轮齿齿廓误差的幅值和相位的影响。同时也与齿轮基节误差、安装偏心、压力角误差以及齿向误差有关。李润方等[6]在考虑啮合误差和时变啮合刚度等内部激励的基础上，利用有限元法建立了包括传动轴、齿轮副和箱体等构件的完整齿轮箱动力学模型，求取并且分析了模型的动态响应，最后将动态响应与实际减速器实验结果进行了对比，二者吻合良好。
其二是在对风力发电机齿轮箱的分析研究上，通过利用计算机辅助分析软件结合疲劳分析理论对增速箱的设计方案进行细化和改进。乔印虎等[7]阐述了风力发电齿轮箱的构造以及对齿轮箱进行三维建模和优化的过程，对括齿轮箱的结构和工作过程进行了分析。李杰等[8]通过建立箱体的有限单元计算模型，获得了在重力载荷、轴承载荷及内齿圈轮齿啮合载荷单独作用下，齿轮箱体的应力分布规律和位移变化情况。于双江等[9]考虑了主轴系统对主机架强度的影响 ，采用杆件单元代替主轴承的滚动体，并利用 ANSYS Workbench对风力发电机组主机架进行了强度分析，ANSYS Workbench是一种最新的协同仿真分析应用平台[10]，分析结果表明机架应力满足强度要求，并在此基础上提供机架设计修改意见，为新型机架的结构设计提供了依据。
其三是对轮系的传动效率的研究上，通过结合图论的知识，获得了完整的轮系效率的计算方法。林建德[11]以图论为基础，对2K-H 轮系进行了系统化的传动比、传动效率与自锁的分析，以此作为2K-H 轮系分析与设计的依据。陈立锋等[12]采用复接头图画表示法和基本回路方法对定轴轮系和2K-H行星轮系的传动效率进行分析研究，建立了定轴轮系和行星轮系的传动效率方程式，并计算了1.5MW 风力发电机传动系统的效率，为风力发电机组齿轮传动系统的设计提供理论参考。肖大伟[13]将图论的基本原理同周转轮系的常用分析方法相结合，对周转轮系进行了结构分析、运动分析、力矩分析和效率计算。同时，提出了一种特殊的关联矩阵来描述周转轮系的图，为编制一套通用程序和用比较系统的方法进行周转轮系的计算机辅助分析提供了理论依据。
除了以上三个方面，对于增速器中行星齿轮传动系统，利用有限元法对各齿轮进行了弯曲应力的研究。Kyung-Eun Ko[14]等人通过有限元分析的方法得出了中空太阳轮中弯曲应力与轮缘厚度、齿根圆角半径等因素的具体关系，从而方便于更好设计和制造行星齿轮传动系统。
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