CN101943112B - 一种垂直轴风力机的风轮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风能应用领域，公开了一种垂直轴风力机的风轮装置，包括：转轴(1)、支撑杆(2)以及至少三个叶片(3)；其中，每一个叶片(3)与转轴(1)之间连接至少一个支撑杆(2)；其中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线。本发明可以使垂直轴风力机在较小的风速下能够顺利自起动，有效提高风能利用效率。

Description

一种垂直轴风力机的风轮装置
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风轮装置。
背景技术
一种垂直轴风力机的风轮装置的俯视图如图1所示，该风轮装置包括：转轴(1)、支撑杆(2)以及叶片(3)；其中，支撑杆(2)用于将一个叶片(3)与转轴(1)固定，转轴(1)下端与发电机的传动轴连接(图1未画出)，实现扭矩传递和风能转换；支撑杆(2)的轴线穿过转轴(1)的轴线O。
如图1所示，当风吹过一个叶片(3)时产生空气动力，垂直于风向的力称为升力，即FL；平行于风向的力称为阻力，即FD；一般地，叶片(3)上的升力是阻力的几十倍。垂直轴风力机运行时是顺时针方向旋转的，叶片(3)上的阻力FD始终产生反向扭矩，阻碍垂直轴风力机的旋转。
发明人在实践中发现，升力FL与支撑杆(2)的轴线重合，穿过转轴(1)的轴线O时，力臂为0，不产生正向扭矩，降低了风能利用率。
发明内容
本发明提供一种垂直轴风力机的风轮装置，能够提高风能利用率。
一种垂直轴风力机的风轮装置，包括：
转轴(1)、支撑杆(2)以及至少三个叶片(3)；
其中，每一个叶片(3)与转轴(1)之间连接至少一个支撑杆(2)；
其中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线。
其中，每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间的垂直距离相等。
其中，所述垂直距离的取值范围是：0＜d＜＝R；其中，d表示垂直距离；R表示转轴(1)的半径与支撑杆(2)的半径的差值。
可选地，当每一个叶片(3)与转轴(1)之间仅连接一个支撑杆(2)时，所有的支撑杆(2)均位于垂直转轴(1)的同一个水平面上。
其中，同一个水平面上的任意两个相邻的支撑杆(2)的轴线夹角大小相等。
可选地，每一个支撑杆(2)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的垂直线风力机的风轮装置中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线，即每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间存在一定的距离，这样可以为叶片(3)上产生的升力FL提供较长的力臂，产生正扭矩，使垂直轴风力机在较小的风速下能够顺利自起动，有效提高风能利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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为现有的垂直轴风力机的风轮装置的俯视图；
图2为本发明提供的垂直轴风力机的风轮装置的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
请参阅图2，图2为本发明提供的垂直轴风力机的风轮装置的俯视图。其中，该风轮装置包括：
转轴(1)、支撑杆(2)以及至少三个叶片(3)；
其中，每一个叶片(3)与转轴(1)之间连接至少一个支撑杆(2)；
其中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线。
如图2所示，每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间的垂直距离d是相等的。
其中，垂直距离d的取值范围是：0＜d＜＝R；d表示垂直距离；R表示转轴(1)的半径与支撑杆(2)的半径的差值。
可选地，当每一个叶片(3)与转轴(1)之间仅连接一个支撑杆(2)时，所有的支撑杆(2)均位于垂直转轴(1)的同一个水平面上。其中，同一个水平面上的任意两个相邻的支撑杆(2)的轴线夹角大小相等。
例如，叶片(3)的数量可以为3个，每一个叶片(3)与转轴(1)之间仅连接一个支撑杆(2)，而且三个支撑杆(2)均位于垂直转轴(1)的同一个水平面上。此时，同一个水平面上的任意两个相邻的支撑杆(2)的轴线夹角大小为120°。
又例如，叶片(3)的数量可以为4个，每一个叶片(3)与转轴(1)之间仅连接一个支撑杆(2)，而且四个支撑杆(2)均位于垂直转轴(1)的同一个水平面上。此时，同一个水平面上的任意两个相邻的支撑杆(2)的轴线夹角大小为90°。
本发明中，每一个叶片(3)与转轴(1)之间连接的支撑杆(2)的数量也可以不相同，例如，某一个叶片(3)与转轴(1)之间连接一个支撑杆(2)，而另一个叶片(3)与转轴(1)之间连接两个支撑杆(2)。
本发明中，叶片(3)可以是直叶片，也可以是弯叶片。
本发明中，垂直轴风力机的风轮装置在转动时，每一个支撑杆(2)会收到风力的阻击，为了增强自起动性能，可以在每一个支撑杆(2)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。
如图2所示，当每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间保持一定的距离d时，升力FL的力臂为d，升力FL可以产生正扭矩FL×d，促使风轮在较小的风速下旋转，增强风能利用效果。
本发明提供的垂直线风力机的风轮装置中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线，即每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间存在一定的距离，这样可以为叶片(3)上产生的升力FL提供较长的刀臂，产生正扭矩，使垂直轴风力机在较小的风速下能够顺利自起动，有效提高风能利用效率。
以上对本发明所提供的一种垂直轴风力机的风轮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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种垂直轴风力机的风轮装置，其特征在于，包括：
转轴(1)、支撑杆(2)以及四个叶片(3)；所述叶片(3)是直叶片或弯叶片；
其中，每一个叶片(3)与转轴(1)之间连接至少一个支撑杆(2)；
其中，每一个支撑杆(2)的轴线都不穿过转轴(1)的轴线；
每一个支撑杆(2)的表面铺设线条型的整流蒙皮；
每一个支撑杆(2)的轴线与转轴(1)的轴线之间的垂直距离相等；
所述垂直距离的取值范围是：0＜d＜＝R；其中，d表示垂直距离；R表示转轴(1)的半径与支撑杆(2)的半径的差值；
当每一个叶片(3)与转轴(1)之间仅连接一个支撑杆(2)时，所有的支撑杆(2)均位于垂直转轴(1)的同一个水平面上；
同一个水平面上的任意两个相邻的支撑杆(2)的轴线夹角大小为90°。
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