CN106032791A - 一种升力互补型垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种升力互补型垂直轴风力发电机，由风轮、盘式发电机、主轴以及连接件组成。所述的风轮为组合式风轮，即将Savonius式风轮和Darrieus式风轮相结合；所述的Savonius式风轮包括两个微S形叶片和固定叶片的上、下圆形托板，两个微S形叶片平行对应分布在圆形托板上，且关于风轮的中心轴呈中心对称，上、下圆形托板的外板面各有4条加强筋，互成90°夹角；所述的Darrieus式风轮为Darrieus式φ型风轮，包括三个的弧形板，所述的弧形板包括位于中段的圆弧部及位于圆弧部两端的直线部。本发明充分发挥两类风轮的优点，并在Savonius式风轮的基础上进行了改进，采用两个相对平行的微S型叶片，增加风轮受风面积，提高风轮发电效率。

Description

一种升力互补型垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其是一种升力互补型垂直轴风力发电机。
背景技术
目前市场上主流的风力发电机型是水平轴风力发电机，其优点是叶尖速比较大，风轮转速快，发电效率高；其缺点在于，内部结构复杂，运输和安装成本较高，并且噪音污染大。与此相反的是，垂直轴风力发电机结构简单、成本低廉，但由于原始的垂直轴风力发电机的叶尖速比很小，风能利用率偏低，垂直轴风力发电机一直未被重视，直到20世纪Savonius型风轮和Darrieus型风轮的出现。
Savonius型风轮为阻力型风轮，优点是启动转矩大，几乎能在任何风速下自启动，电能转化设备简单，能够安装在建筑物的表面；缺点在于叶片不对称性导致气流对风轮产生侧向推力，造成过多损耗，影响发电效率和安全性。
Darrieus式风轮为升力型风轮，缺点是自启动性能差，需要外力提供启动转矩将风轮拖动旋转至一定转速，使叶片表面的升力完全能够提供转动力矩，在升力作用下，带动发电机旋转发电。虽然Darrieus升力型风轮启动困难，但是一旦运行，转速要远远高于Savonius阻力型风轮，整体的风能利用率更高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种升力互补型垂直轴风力发电机，采用Savonius阻力型风轮结合Darrieus升力型风轮，并在Savonius型风轮的基础上进行了改进，采用两个相对平行的微S型叶片，增加风轮受风面积，提高风轮发电效率。
本发明的技术方案：
一种升阻互补型垂直轴风力发电机，由风轮、盘式发电机、主轴以及连接件组成，所述的风轮为组合式风轮，即将Savonius式风轮和Darrieus式风轮相结合。
所述的Savonius式风轮包括两个微S形叶片和固定叶片的上、下圆形托板，两个微S形叶片平行对应分布在圆形托板上，且关于风轮的中心轴呈中心对称；
所述的Savonius式风轮上、下圆形托板的外板面各有4条加强筋，加强筋在圆形托板的外板面上均匀间隔发射状设置，互成90°夹角；
所述的Savonius式风轮微S形叶片与上、下圆形托板铆接；
所述的Savonius式风轮上、下圆形托板的边缘折起形成折边。
所述的Darrieus式风轮为Darrieus式φ型风轮；
所述的Darrieus式φ型风轮包括三个的弧形板，所述的弧形板包括位于中段的圆弧部及位于圆弧部两端的直线部，弧形板的两个直线部外端头分别固定连接在风力发电机的主轴上；
所述的弧形板为合金塑胶件，内设玻璃纤维中间层。
所述的盘式发电机的转子采用无铁芯结构，线圈封装在绝缘材料内，压成盘状；
所述的盘式发电机的永磁体为十六块扇形永磁体磁极，N磁极与S磁极围绕圆钢板中心交替均匀分布。
本发明鉴于Savonius式风轮和Darrieus式风轮各自的优缺点，Savonius式风轮低风速易启动但发电效率低，Darrieus式风轮发电效率高但低风速启动困难，将Savonius式风轮和Darrieus式风轮相结合，充分发挥两类风轮的优点，并在Savonius式风轮的基础上进行了改进，叶片根部不相连，便于空气流动，增设风轮挡风片，改变风场的流向，增加风轮的受风面积，从而整体上提高改进后风轮的发电效率。
附图说明
图1为本发明立体示意图。
11-Savonius式风轮微S形叶片；12-Savonius式风轮上圆形托板；13-Savonius式风轮下圆形托板；14-Savonius式风轮加强筋；15-Savonius式风轮上、下圆形托板折边；21-弧形板；211-弧形板圆弧部；212-弧形板直线部；3-主轴；4-盘式发电机；5-连接件。
图2为Savonius式风轮剖视图。
图3为盘式发电机永磁体排列示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明是一种升阻互补型垂直轴风力发电机，如图1所示，由风轮、主轴3、盘式发电机4以及连接件5组成，所述的风轮为组合式风轮，即将Savonius式风轮1和Darrieus式风轮2相结合。
所述的Savonius式风轮1包括两个微S形叶片11和固定叶片的上、下圆形托板12、13；参照图2，两个微S形叶片11平行对应分布在圆形托板上，且关于风轮的中心轴呈中心对称；
所述的Savonius式风轮1微S形叶片11与上、下圆形托板12、13铆接；
优选的，所述的上圆形托板12和下圆形托板13的边缘折起形成折边15，加强上圆形托板12和下圆形托板13自身的强度，防止其在风况较大时变形损坏。
优选的，所述的上圆形托板12的上板面和下圆形托板13的下表面各设置有4条加强筋14，加强筋14在圆形托板的外板面上均匀间隔发射状设置，参考图1。在叶片使用的铝合金板厚度降低时，加强筋14用于加强上圆形托板12和下圆形托板13的强度。
所述的Darrieus式风轮2为Darrieus式φ型风轮；
所述的Darrieus式φ型风轮2包括三个的弧形板21，所述的弧形板包括位于中段的圆弧部211及位于圆弧部两端的直线部212，弧形板的两个直线部外端头分别固定连接在风力发电机的主轴上；
优选的，弧形板21为合金塑胶件，内设玻璃纤维中间层。
所述的盘式发电机的转子采用无铁芯结构，线圈封装在绝缘材料内，压成盘状；
所述的盘式发电机的永磁体为十六块扇形永磁体磁极，N磁极与S磁极围绕圆钢板中心交替均匀分布，参照图3。

Claims (9)

1.一种升力互补型垂直轴风力发电机，由风轮、盘式发电机、主轴以及连接件组成，其特征在于：所述的风轮为组合式风轮，即将Savonius式风轮和Darrieus式风轮相结合；所述的Savonius式风轮包括两个微S形叶片和固定叶片的上、下圆形托板，两个微S形叶片平行对应分布在圆形托板上；所述的Darrieus式风轮为Darrieus式φ型风轮Darrieus式风轮通过连接件与主轴连接。
2.如权利要求1所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的Savonius式风轮两个微S形叶片关于风轮的中心轴呈中心对称。
3.如权利要求1所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的Savonius式风轮上、下圆形托板的外板面各有4条加强筋，加强筋在圆形托板的外板面上均匀间隔发射状设置，互成90°夹角。
4.如权利要求1所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的Savonius式风轮微S形叶片与上、下圆形托板铆接。
5.如权利要求1所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的Savonius式风轮上、下圆形托板的边缘折起形成折边。
6.如权利要求1所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的Darrieus式φ型风轮包括三个的弧形板，所述的弧形板包括位于中段的圆弧部及位于圆弧部两端的直线部，弧形板的两个直线部外端头通过连接件固定在风力发电机的主轴上。
7.如权利要求6所述的升力互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的弧形板为合金塑胶件，内设玻璃纤维中间层。
8.如权利要求1所述的升阻互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的盘式发电机的转子采用无铁芯结构，线圈封装在绝缘材料内，压成盘状。
9.如权利要求8所述的升阻互补型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的盘式发电机的永磁体为十六块扇形永磁体磁极，N磁极与S磁极围绕圆钢板中心交替均匀分布。
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