CN101846040B - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电机，具体说是一种垂直轴风力发电机，主要由与地面垂直的垂直轴(8)、发电机(7)、轮毂(5)、(6)和叶片组成，具有一定翼型的直叶片(1)与垂直轴平行且绕垂直轴等距分布，轮毂(5)、(6)与直叶片(1)的连接采用与水平方向成一定夹角具有一定翼型能产生升力提供转动力矩的支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)。支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)绕其固定支撑轴(9)转动一限定角度并随风速变化自动变浆距。把原来产生空气阻力的支撑臂变为产生升力提供转动力矩的叶片，增加了风力发电机的转动力矩和扫风面积，提高了风力发电机的发电功率。由于支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)和悬臂叶片(4)自动变浆距功能，解决了大功率升力型垂直轴风力发电机低风速无法自行启动的难题，使所述的垂直轴风力发电机适应的风速范围加宽了，增加了垂直轴风力发电机的发电量。

Description

一种垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机，具体说是一种垂直轴风力发电机。
背景技术
风力发电机分为水平轴和垂直轴两种，水平轴风力发电机的旋转轴与地面平行，叶面迎风旋转。小型水平轴风力发电机旋转时噪音大，影响人们正常休息。大型水平轴风力发电机制造复杂，单机售价高，影响了并网电价。垂直轴风力发电机旋转轴与地面垂直，分为阻力型和升力型两种，阻力型风力发电机启动性能好，但发电效率低，升力型风力发电机发电效率高，但启动性能差。在垂直轴风力发电机叶片与轮毂的连接技术中，也有只是为了减少空气阻力和定位安装方便而采用具有一定流线型的结构连接，其效果只是减小空气阻力而不增加转动力矩。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种垂直轴风力发电机
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力发电机主要由与地面垂直的垂直轴、发电机、轮毂和叶片组成，其特点在于具有一定翼型的直叶片与垂直轴平行且绕垂直轴等距分布，轮毂与直叶片的连接采用与水平方向成一定夹角具有一定翼型能产生升力提供转动力矩的支撑叶片、斜拉叶片。
在上述垂直轴风力发电机中，所述的与垂直轴平行且绕垂直轴等距分布的直叶片与支撑叶片、斜拉叶片和轮毂成三角形连接。为了使支撑叶片、斜拉叶片获得更大升力，支撑叶片、斜拉叶片在安装时与水平方向的夹角为45度左右。直叶片、支撑叶片和斜拉叶片主要采用对称翼型，且在安装时叶片的翼弦线与其旋转圆弧上每一点切线夹角为0度。
在支撑叶片、斜拉叶片中设有固定支撑轴，支撑叶片、斜拉叶片绕其固定支撑轴转动一限定角度，在固定支撑轴的轴向上设有起定位作用的长条筋板用来限定支撑叶片、斜拉叶片绕其固定支撑轴转动的角度。支撑叶片、斜拉叶片与固定支撑轴配合的孔为靠近叶片前缘的偏心孔，在偏心孔靠近叶片后缘一侧开有与长条筋板配合起定位作用的上斜面、下斜面。当所述的垂直轴风力发电机停止或低速转动时，在重力和弹力作用下叶片的上斜面与长条筋板的上表面靠紧定位，这时支撑叶片、斜拉叶片与其旋转圆弧面产生45度左右的夹角。当旋转速度达到一定值时，在离心力作用下，支撑叶片、斜拉叶片会绕固定支撑轴逆时针转动一角度，这时长条筋板的下表面与叶片的下斜面靠紧定位，使支撑叶片、斜拉叶片与其旋转圆弧面产生的夹角为0度。如同水平轴风力发电机变浆距功能一样，当所述的垂直轴风力发电机在停止或低速转动时，支撑叶片、斜拉叶片在重力和弹力作用下会与旋转圆弧面产生一设定的夹角，当其进入高速旋转时，在离心力作用下夹角会自然调整到0度，从而达到低风速启动，自动变浆距的目的。
本发明的有益效果是：在上述垂直轴风力发电机中，由于所述的轮毂与直叶片的连接采用了能产生升力具有一定翼型的叶片，把原来产生空气阻力的支撑臂变为产生升力的叶片，增加了风力发电机的转动力矩，同时也增加了每组叶片的扫风面积，提高了风力发电机的发电功率。又由于支撑叶片、斜拉叶片自动变浆距功能，解决了大功率升力型垂直轴风力发电机低风速无法自行启动的难题，使所述的垂直轴风力发电机适应的风速范围加宽了，增加了垂直轴风力发电机的发电量。
附图说明
以下结合附图以实施例具体说明。
图1示本发明大功率垂直轴风力发电机主视图
图2示图1俯视图
图3示本发明小功率垂直轴风力发电机主视图
图4示图3俯视图
图5示本发明增加悬臂叶片大功率垂直轴风力发电机主视图
图6示图5俯视图
图7示本发明叶片横截面结构示意图
图中，1-直叶片；2-支撑叶片；3-斜拉叶片；4-悬臂叶片；5-上轮毂；6-下轮毂；7-电机；8-垂直轴；9-固定支撑轴；10-上斜面；11-下斜面；12-偏心孔；13-长条筋板。
具体实施方式
参照附图，一种垂直轴风力发电机主要由与地面垂直的垂直轴(8)、发电机(7)、轮毂(5)、(6)和叶片组成，其特点在于具有一定翼型的直叶片(1)与垂直轴平行且绕垂直轴等距分布，轮毂(5)、(6)与直叶片(1)的连接采用与水平方向成一定夹角具有一定翼型能产生升力提供转动力矩的支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)。
直叶片(1)与支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)和轮毂(5)、(6)成三角形连接。支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)在安装时与水平方向的夹角为45度左右。直叶片(1)、支撑叶片(2)和斜拉叶片(3)主要采用对称翼型，且在安装时叶片的翼弦线与其旋转圆弧上每一点切线夹角为0度。
在支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)中设有固定支撑轴(9)，支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)绕其固定支撑轴(9)转动一限定角度，在固定支撑轴(9)的轴向上设有起定位作用的长条筋板(13)用来限定支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)绕其固定支撑轴(9)转动的角度。支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)与固定支撑轴(9)配合的孔为靠近叶片前缘的偏心孔(12)，在偏心孔(12)靠近叶片后缘一侧开有与长条筋板(13)配合起定位作用的上斜面(10)、下斜面(11)。当所述的垂直轴风力发电机停止或低速转动时，在重力和弹力作用下叶片的上斜面(10)与长条筋板(13)的上表面靠紧定位，这时支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)与其旋转圆弧面产生45度左右的夹角。当旋转速度达到一定值时，在离心力作用下，支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)会绕固定支撑轴(9)逆时针转动一角度，这时长条筋板(13)的下表面与叶片的下斜面(11)靠紧定位，使支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)与其旋转圆弧面产生的夹角为0度，从而达到低风速启动自动变浆距的目的。为了增大所述垂直轴风力发电机扫风面积，在上轮毂(5)处设有与水平方向成45度左右夹角的悬臂叶片(4)并在其翼端设有小翼。
在实施中，发电机组设在风力发电机的垂直轴上，采用至少两组绕垂直轴等距分布的叶片。叶片(1)、(2)、(3)、(4)主要采用NACA0012、NACA0018对称翼型，并用轻质材料制成。安装时叶片的翼弦线与其旋转圆弧上每一点切线的夹角为0度，为使支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)和悬臂叶片(4)产生最大升力和转动力矩，在安装时使其与水平方向的夹角为45度左右。为了达到最佳空气动力学效果，小功率垂直轴风力发电机采用图3所示结构，选三组叶片为最佳方案。对大功率垂直轴风力发电机组采用图5所示结构，选两组叶片为最佳方案。由于在图5上轮毂(5)处设有悬臂叶片(4)，增大了高空位置的扫风面积，能明显提高整机的发电功率。选用两组叶片还便于大型垂直轴风力发电机的吊装和遇到超强风速时将两组叶片调整到与风向一致的位置，达到顺桨的目的。

Claims (7)

1.一种垂直轴风力发电机主要由与地面垂直的垂直轴(8)、发电机(7)、轮毂(5)、(6)和叶片组成，其特征在于具有一定翼型的直叶片(1)与垂直轴平行且绕垂直轴等距分布，轮毂(5)、(6)与直叶片(1)的连接采用与水平方向成一定夹角具有一定翼型能产生升力提供转动力矩的支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)，且支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)绕其固定支撑轴(9)转动，固定支撑轴(9)的轴向上设有起定位作用的长条筋板(13)，支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)与固定支撑轴(9)配合的孔为靠近叶片前缘的偏心孔(12)，在偏心孔(12)靠近叶片后缘一侧开有与长条筋板(13)配合起定位作用的上斜面(10)、下斜面(11)。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于支撑叶片(2)、斜拉叶片(3)绕其固定支撑轴(9)转动一限定角度并随风速变化自动变浆距。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于上轮毂(5)处设有与水平方向成45度左右夹角的悬臂叶片(4)。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于悬臂叶片(4)绕其固定支撑轴(9)转动一限定角度并随风速变化自动变浆距，悬臂叶片(4)的翼端设有小翼。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于绕垂直轴等距分布的直叶片(1)可绕其固定轴(9)转动一限定角度并随风速变化自动变浆距。
6.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于叶片(1)、(2)、(3)、(4)均采用对称翼型，且叶片(1)、(2)、(3)、(4)的翼弦线与其旋转圆弧上每一点的切线夹角为0度。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于将其设置在船、机动车上做为驱动能源。
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