CN101943108B - 一种垂直轴风力机的自起动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及风能应用领域，公开了一种垂直轴风力机的自起动装置。其中，一种自起动装置包括：转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；所述叶片(2)为直叶片；所述支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；其中，所述叶片(2)的数量至少为二片，而且每一片所述叶片(2)与所述转轴(1)之间至少连接一根所述支撑杆(3)；所述转轴(1)下端连接发电机的传动轴。本发明实施例可以改善Φ型、H型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。

Description

一种垂直轴风力机的自起动装置
技术领域
本发明涉及风能应用领域，特别涉及一种垂直轴风力机的自起动装置。
背景技术
目前，应用比较广泛的垂直轴风力机主要有三种不同的结构，分别是S型结构、Φ型结构以及H型结构。其中，S型垂直轴风力机主要利用空气动力的阻力做功，称为阻力型风力机；Φ型、H型垂直轴风力机主要利用翼型产生的空气动力的升力做功，称为升力型风力机。
请参阅图1，图1为现有的一种S型垂直轴风力机的结构示意图。其中，S型垂直轴风力机由两片半圆柱面形状的叶片和转轴组成，其中，转轴下端与发电机的传动轴连接，实现扭矩传递和风能转换。S型垂直轴风力机是典型的阻力型风力机，其风能利用效率较差，优点是起动转矩较大，完全可以自起动。
请参阅图2，图2为现有的一种Φ型垂直轴风力机的结构示意图。其中，Φ型垂直轴风力机由三片弯月形状的叶片、三根支撑杆以及转轴组成，其中，每一根支撑杆用于固定一片叶片，每一片叶片的两端与转轴固定，转轴下端与发电机的传动轴连接，实现扭矩传递和风能转换。图2所示的Φ型垂直轴风力机在转动过程中，每一片叶片所产生的扭矩并不一致，有的叶片还产生的反方向的扭矩，因此，Φ型垂直轴风力机不能自起动。
请参阅图3，图3为现有的一种H型垂直轴风力机的结构示意图。其中，H型风力机由三片直叶片、六根支撑杆以及转轴组成，其中，每二根支撑杆用于固定一片叶片，转轴下端与发电机的传动轴连接，实现扭矩传递和风能转换。图3所示的H型垂直轴风力机自起动性能比Φ型垂直轴风力机稍好，但相对于S型垂直轴风力机和水平轴风力机仍然较差。
发明人在实践中发现，Φ型、H型垂直轴风力机的自起动性能较差，降低了风能利用效率。
发明内容
本发明实施例中提供了一种垂直轴风力机的自起动装置，用于改善Φ型、H型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。
一种垂直轴风力机的自起动装置，包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
所述叶片(2)为直叶片；所述支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，所述叶片(2)的数量至少为二片，而且每一片所述叶片(2)与所述转轴(1)之间至少连接一根所述支撑杆(3)；
所述转轴(1)下端连接发电机的传动轴。
可选地，每一根所述支撑杆(3)的迎风面呈凹槽形状，背风面呈“＞”形状。
可选地，所述叶片(2)的数量为三片，而且每一片所述叶片(2)与所述转轴(1)之间连接二根所述支撑杆(3)；其中，三根所述支撑杆(3)位于同一水平面，另三根所述支撑杆(3)位于另一水平面。
其中，从同一水平面的每一根所述支撑杆(3)的迎风面指向下一根所述支撑杆(3)的背风面的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向。
其中，两个水平面之间的距离小于或等于所述叶片(2)的长度。
优选地，每一根所述支撑杆(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
一种垂直轴风力机的自起动装置，包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
所述叶片(2)呈弯月形状；所述支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，每一片所述叶片(2)的两端固定连接所述转轴(1)，而且每一片所述叶片(2)的内边缘与所述转轴(1)之间至少连接一根所述支撑杆(3)；
所述转轴(1)下端连接发电机的传动轴。
可选地，每一根所述支撑杆(3)的迎风面呈凹槽形状，背风面呈“＞”形状。
可选地，所述叶片(2)的数量为三片，而且每一片所述叶片(2)与所述转轴(1)之间连接一根所述支撑杆(3)；其中，三根所述支撑杆(3)位于同一水平面。
其中，从每一根所述支撑杆(3)的迎风面指向下一根支撑杆(3)的背风面的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向。
优选地，每一根所述支撑杆(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的垂直轴风力机的自起动装置中，充分利用了固定连接在转轴(1)和叶片(2)之间的支撑杆(3)，将支撑杆(3)设计成横截面呈前凹后尖形状，使得较小的风进入支撑杆(3)凹面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。从而，本发明实施例可以改善Φ型、H型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的一种S型垂直轴风力机的结构示意图；
图2为现有的一种Φ型垂直轴风力机的结构示意图；
图3为现有的一种H型垂直轴风力机的结构示意图；
图4为本发明提供的一种垂直轴风力机的自起动装置的结构示意图；
图5为本发明提供的支撑杆(3)与叶片(2)连接处的放大图；
图6为本发明提供的一种支撑杆(3)的横截面示意图；
图7为本发明提供的另一种垂直轴风力机的自起动装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种垂直轴风力机的自起动装置，充分利用了固定连接在转轴(1)和叶片(2)之间的支撑杆(3)，将支撑杆(3)设计成横截面呈前凹后尖形状，使得较小的风进入支撑杆(3)凹面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。从而，可以改善Φ型、H型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图4，图4为本发明实施例一中提供的一种垂直轴风力机的自起动装置的结构示意图。如图4所示，该自起动装置可以包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
其中，叶片(2)为直叶片；支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，叶片(2)的数量至少为二片，而且每一片叶片(2)与转轴(1)之间至少连接一根支撑杆(3)；
其中，转轴(1)下端连接发电机的传动轴，实现扭矩传递和风能转换。
本发明实施例一中，叶片(2)可以是一整片的叶片，也可以是由多段叶片连接构成。
本发明实施例一中，每一根支撑杆(3)可以被设计成迎风面呈凹槽形状，而背风面呈“＞”形状，使得每一根支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状。请一并参阅图5，图5为支撑杆(3)与叶片(2)连接处的放大图，其中，A-A表示截取支撑杆(3)横截面。图6表示的是截取的支撑杆(3)横截面示意图，从图6可以看出，支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状，其中，迎风面(4)呈凹槽形状，背风面(5)呈“＞”形状。
当较小的风从各个方向进入每一根支撑杆(3)的呈凹槽形状的迎风面(4)后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。特别是，在支撑杆(3)的呈凹槽形状的迎风面(4)的面积越大时，垂直轴风力机自起动性能越强。从而，本发明实施例提供的自起动装置可以使H型垂直轴风力机在风速较小的情况下也能够顺利自起动，降低对自自动风速的要求，提高风能利用效率。
如图4所示，本发明实施例一中，叶片(2)的数量可以为三片，而且每一根叶片(2)与转轴(1)之间连接二根支撑杆(3)；其中，上面的三根支撑杆(3)位于同一水平面，下面的另三根支撑杆(3)位于另一水平面。
其中，两个水平面之间的距离小于或等于叶片(2)的长度，本发明实施例一中每一片叶片(2)的尺寸可以相同。
其中，从同一水平面的每一根支撑杆(3)的迎风面(4)指向下一根支撑杆(3)的背风面(5)的连线方向为逆时针方向或顺时针方向。
本发明实施例一中，叶片(2)的数量也可以多于三片，每一片叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量也可以多于二根，每一片叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量也可以不相同，例如，某一叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量为二根，而另一叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量为三根。本发明实施例一不作限定。只需要每一根支撑杆(3)的迎风面(4)指向下一根支撑杆(3)的背风面(5)的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向即可。
本发明实施例一中，每一根支撑杆(3)的一端垂直连接转轴(1)，另一端垂直连接一片叶片(2)，使每一片叶片(2)与转轴(1)平行。
本发明实施例一中，垂直轴风力机在转动时，每一根支撑杆(3)的背风面(5)会收到风力的阻击，为了增强自起动性能，可以在每一根支撑杆(3)的表面(包括迎风面和背风面)铺设线条型的整流蒙皮。其中，线条型的整流蒙皮可以起到减小风阻力的作用，提高风能利用效率。
本发明实施例一中提供了一种垂直轴风力机的自起动装置，充分利用了固定连接在转轴(1)和叶片(2)之间的支撑杆(3)，将支撑杆(3)设计成横截面呈前凹后尖形状，使得较小的风进入支撑杆(3)凹面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。从而，可以改善H型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。
实施例二：
请参阅图7，图7为本发明实施例二中提供的另一种垂直轴风力机的自起动装置的结构示意图。如图7所示，该自起动装置可以包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
其中，叶片(2)呈弯月形状；支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，每一片叶片(2)的两端固定连接转轴(1)，而且每一片叶片(2)的内边缘与转轴(1)之间至少连接一根支撑杆(3)；
其中，转轴(1)下端连接发电机的传动轴，实现扭矩传递和风能转换。
本发明实施例二中，叶片(2)可以是一整片的叶片弯曲构成，也可以是多段叶片连接构成的呈弯月形状的叶片。
本发明实施例二中，每一根支撑杆(3)可以被设计成迎风面呈凹槽形状，而背风面呈“＞”形状，使得每一根支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状。其中，每一根支撑杆(3)的横截面示意图和图6相同，本发明实施例二不作复述。
如图7所示，本发明实施例二中，叶片(2)的数量为三片，而且每一片叶片(2)与转轴(1)之间连接一根支撑杆(3)；其中，三根支撑杆(3)位于同一水平面。
其中，从每一根支撑杆(3)的迎风面(4)指向下一根支撑杆(3)的背风面(5)的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向。
本发明实施例二中，叶片(2)的数量也可以多于三片，每一片叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量也可以多于一根，每一片叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量也可以不相同，例如，某一叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量为一根，而另一叶片(2)与转轴(1)之间连接的支撑杆(3)的数量为二根。本发明实施例二不作限定。只需要每一根支撑杆(3)的迎风面(4)指向下一根支撑杆(3)的背风面(5)的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向即可。
本发明实施例二中，垂直轴风力机在转动时，每一根支撑杆(3)的背风面(5)会收到风力的阻击，为了增强自起动性能，可以在每一根支撑杆(3)的表面(包括迎风面和背风面)铺设线条型的整流蒙皮。其中，线条型的整流蒙皮可以起到减小风阻力的作用，提高风能利用效率。
本发明实施例二中提供了一种垂直轴风力机的自起动装置，充分利用了固定连接在转轴(1)和叶片(2)之间的支撑杆(3)，将支撑杆(3)设计成横截面呈前凹后尖形状，使得较小的风进入支撑杆(3)凹面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。从而，可以改善Φ型垂直轴风力机的自起动性能，提高风能利用效率。
本发明实施例中，支撑杆(3)的呈凹槽形状的迎风面(4)以及背风面(5)的曲线、曲面形状需要根据整机摩擦力矩大小评估情况和支撑杆(3)本身的结构特点，运用空气动力学理论进行精确计算，使设计更加合理而且有效实现自起动功能。
以上对本发明中提供的一种垂直轴风力机的自起动装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种垂直轴风力机的自起动装置，其特征在于，包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
所述叶片(2)为直叶片；所述支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，所述叶片(2)的数量为三片，而且每一片所述叶片(2)与所述转轴(1)之间连接二根所述支撑杆(3)；
所述转轴(1)下端连接发电机的传动轴；
每一根所述支撑杆(3)的迎风面呈凹槽形状，背风面呈“＞”形状；
其中，三根所述支撑杆(3)位于同一水平面，另三根所述支撑杆(3)位于另一水平面；
从同一水平面的每一根所述支撑杆(3)的迎风面指向下一根所述支撑杆(3)的背风面的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向；
两个水平面之间的距离小于或等于所述叶片(2)的长度；
每一根所述支撑杆(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
2.一种垂直轴风力机的自起动装置，其特征在于，包括：
转轴(1)、叶片(2)以及支撑杆(3)；
所述叶片(2)呈弯月形状；所述支撑杆(3)的横截面呈前凹后尖形状；
其中，每一片所述叶片(2)的两端固定连接所述转轴(1)，而且每一片所述叶片(2)的内边缘与所述转轴(1)之间连接一根所述支撑杆(3)；
所述转轴(1)下端连接发电机的传动轴每一根所述支撑杆(3)的迎风面呈凹槽形状，背风面呈“＞”形状；
所述叶片(2)的数量为三片，其中，三根所述支撑杆(3)位于同一水平面，从每一根所述支撑杆(3)的迎风面指向下一根支撑杆(3)的背风面的连线方向均为逆时针方向或顺时针方向，每一根所述支撑杆(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
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