CN102678455A - 一种风轮叶片可调速的垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及垂直轴风力发电机。目前在垂直轴风力发电机的风叶失速上还没有很好的控制方法，只能通过发电机的电磁刹车及手动刹车来控制风叶的失速，这就加大了发电机的体积及成本，及造成失速状态下功率输出的极大损失。本发明通过改变叶片攻角的方式，调节风叶的风速。它是用简单的调速装置控制风叶的摆动，以此改变风叶的攻角去消除风叶的失速。本发明不再需要额外的控制器，结构简单，成本低廉。

Description

一种风轮叶片可调速的垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机，具体为一种应用于离网型垂直轴风力发电机。
背景技术
风力发动机目前分为垂直式和水平式发动机；相对于水平轴风力发电机，由于垂直式风力发电电机体积小、安装方便、启动风速小、风向改变时适应力强，其具有效率高、风能利用率高、静音、维修成本低等优势，目前得到了广泛的开发和利用。无论是阻力型还是升力型垂直轴风力发电机组其风轮叶片都是固定的，在超过额定风速以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机收到的冲击，从而保证风力机安全不受损害。否则，失速将引起叶片震动，叶片动力失速是非线性颤振，将会引起很大的动应力，造成叶片疲劳破坏，影响风力机运行安全性和可靠性。但目前现有技术的垂直轴风力发电机在风叶失速上还没有很好的控制方法，只能通过发电机的电磁刹车及手动刹车来控制风叶的失速，这就在加大发电机的体积及成本的同时，还造成了失速状态下功率输出的损失。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种改进型垂直轴风力发电机，通过改变叶片攻角来改善风轮的运行性能，适应风速的变化、调节风速与风力发电机负荷间的关系。这样解决了目前垂直轴风力发电机叶片失速的问题，使风力发电机能在较宽的风速范围内工作，在高风速段依然能保持功率的平稳输出。极大地提高了风力发电机的整体发电效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直的主轴，发电装置、升力叶片，所述升力叶片为机翼状结构，并通过连杆、轮毂与主轴相连且绕主轴等距分布，所述升力叶片上还安装有调节风叶攻角的调速装置。
本发明的进一步改进为：所述每片升力叶片上安装有调节风叶攻角的调速装置。本发明的升力风叶采用了机翼状结构，其目的是为了充分利用机翼的启动特性，利用机翼的升力特性来推动风轮的旋转。本发明在机翼上安装有调节风叶攻角的调速装置，这本案例的调速装置为球铰接头。安装在升力风叶的上下端，离叶片前缘1/4叶片弦长前的位置上，这样可保证叶片在任何角度风对叶片的作用力合力的作用点在转轴的后方，能使叶片随风摆动。
附图说明
图1为本发明的组装结构图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明球铰接头的结构图；
图中：1为主轴；2为升力叶片；3为连杆；4为轮毂；5为发电装置；6：调速装置；7连接轴。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步描述，该实施例仅用于解释本发明，并不够成对本发明保护范围的限定。
参考图1所示：本发明涉及一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直的主轴1，安装在主轴1下面的发电装置5，连接在主轴1上的上、下轮毂4，三块机翼状结构的升力叶片2，所述三块升力叶片2通过连杆3绕主轴1等距分布；每块升力叶片2对应着上、下两组连杆3，每组连杆3为两根，其分别连接升力叶片2和轮毂4，所述每组的两根连接3撑开形成角度β，而角度β选择在30度-60度之间，以此可以提高连杆的整体承受力；所述下轮毂通过连盘与发电装置5连接，当升力叶片2旋转带动轮毂旋转，从而通过连盘使发电装置启动运行。
参考图2所示：本图为发明的俯视图。在升力叶片2旋转当中，当风速超过其额定风速时，调速装置将开始调节攻角a，使升力叶片2开始左右摆动。风速越大，其攻角a将变得越大，升力叶片2的摆动幅度也随之扩大，攻角a的最大角度为±15度。
参考图3所示：本案为风速调节球铰接机构图。在球面部使用高精度的軸承用钢球，通过模压铸造将钢球包起来，在保持柄被成形后，通过特殊焊接将连杆与球链接在一起。另外，在外圈外径部加工了辊轧螺丝，可简单地安装在连接杆3上，只要将螺丝拧紧就可达到没有間隙的结实的固定。
本发明的工作原理为：风轮在旋转当中，当风速超过其额定风速时，安装在风叶上的调速装置将开始调节攻角a，使叶片开始左右摆动。风速越大，其攻角a将变得越大，叶片的摆动幅度也随之扩大，攻角a的最大角度为±15度。风叶的调速，就避免了大迎角下风叶的失速状态。
经计算，由于本结构去掉了发电机内电磁刹车装置，可以将垂直轴发电机的成本减少15％，由于避免了风叶的失速，保证风机在高风速段依然能保持功率的平稳输出，这样可以使发电能力整体提高40％左右。

Claims (3)

1.一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直的主轴，发电装置、升力叶片，其特征在于：所述升力叶片为机翼状结构，并通过连杆、轮毂与主轴相连且绕主轴等距分布，所述升力叶片上还安装有调节风叶风速的调速装置。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：通过安装在风叶上的调速装置，使叶片随风左右摆动成一定的角度，最大角度，所述α角度为±15度。
3.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机，其调速装置特征在于：能使叶片发生摆动的机械或者微机控制的装置。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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