CN110594091A - 一种高效垂直轴风力发电机及其叶片 - Google Patents

一种高效垂直轴风力发电机及其叶片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效垂直轴风力发电机及其叶片，涉及风力发电技术领域，高效垂直轴风力发电机叶片在背风状态时的受风面的面积小于所述叶片在迎风状态时迎风面的面积，叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了叶片背风时对其余叶片的旋转造成的阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率，高效垂直轴风力发电机包括上述叶片，通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。

Description

一种高效垂直轴风力发电机及其叶片
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种高效垂直轴风力发电机及其叶片。
背景技术
目前市面上的垂直轴风力发电机存在以下不足：反向阻力大、采用压差发电、对风力的利用效率较低，对风力的利用效率较低；叶片迎风面的面积等于背风面的面积，叶片在背风的时候会对垂直轴的旋转造成阻力，影响了风能转换的效率。
如图1所示的现有的一种典型的垂直轴风力发电机的叶轮结构，包括中心轴41、若干支架42及叶片43，支架42连接中心轴41与叶片43，工作时，风吹动多个叶片通过支架驱动中心轴旋转，以进行发电，其叶片的结构固定，即叶片的迎风面和背风面面积相同，当风从同一个方向吹入时，位于背风面的叶片会对其他叶片的旋转造成阻力。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高效垂直轴风力发电机及其叶片，该叶片在背风时背风面的面积小于在迎风时迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种高效垂直轴风力发电机叶片，所述叶片在背风状态时的受风面的面积小于所述叶片在迎风状态时迎风面的面积。
上述结构中，叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述叶片的形状为半圆柱体壳体、半球形壳体或多勾弧面。
叶片的形式并不局限于某一种，针对各种不同形状的叶片均可对其进行泄压设计，提高了本申请的实用性。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述叶片的形状为半圆柱体壳体，所述半圆柱体壳体为圆柱体壳体沿其轴向一分为二的形状，所述半圆柱体壳体包括一个半圆弧面和分别位于半圆弧面两端的两个半圆端面，所述半圆弧面上设有泄压结构。
半圆柱体壳体形状的叶片是将泄压结构设置在半圆弧面，通过在半圆弧面上进行泄压，使得叶片的迎风面的面积大于背风面的面积，提高了风能的利用效率。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述泄压机构包括泄压窗和自开合泄压片，所述半圆弧面上设有两个安装杆，所述安装杆平行于所述半圆弧面的轴线，所述自开合泄压片可转动的安装在安装杆上，所述半圆弧面上对应自开合泄压片开有泄压窗，所述自开合泄压片在所述叶片迎风时转动关闭所述泄压窗，所述自开合泄压片在所述叶片背风时转动打开所述泄压窗。
通过设置自开合泄压片和泄压窗，使得在迎风的时候，风将自开合泄压片吹动使其压在泄压窗处，在背风的时候，风将自开合泄压片吹动使其向半圆柱体壳体内部进行翻转，使得半圆弧面上形成缺口，减小背风面积。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述叶片的迎风面上设有纵向副翼，所述纵向副翼与叶片连接处设有缺口。
纵向副翼的设置，在迎风时，纵向副翼能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述迎风叶片的迎风面上设有横向副翼，所述横向副翼垂直于纵向副翼设置。
横向副翼的设置，在迎风时，横向副翼能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差，同时横向副翼的设置加强了纵向副翼与叶片的连接结构强度，使得叶片的强度更高，提高了叶片的使用寿命。
作为上述的高效垂直轴风力发电机叶片的优选技术方案，所述横向副翼和纵向副翼均为弧面板，该板的弧面朝向远离垂直轴的方向。
将横向副翼和纵向副翼设置成弧面板，进一步的增大了叶片的迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率。
另一方面，本发明还提供了一种高效垂直轴风力发电机，包括上述任一项所述的高效垂直轴风力发电机叶片。
通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。
有益效果在于：
1、本申请中的叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率；
2、叶片的形式并不局限于某一种，针对各种不同形状的叶片均可对其进行泄压设计，提高了本申请的实用性；
3、半圆柱体壳体形状的叶片是将泄压结构设置在半圆弧面，通过在半圆弧面上进行泄压，使得叶片的迎风面的面积大于背风面的面积，提高了风能的利用效率；
4、通过设置自开合泄压片和泄压窗，使得在迎风的时候，风将自开合泄压片吹动使其压在泄压窗处，在背风的时候，风将自开合泄压片吹动使其向半圆柱体壳体内部进行翻转，使得半圆弧面上形成缺口，减小背风面积；
5、纵向副翼的设置，在迎风时，纵向副翼能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差；
6、横向副翼的设置，在迎风时，横向副翼能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差，同时横向副翼的设置加强了纵向副翼与叶片的连接结构强度，使得叶片的强度更高，提高了叶片的使用寿命；
7、将横向副翼和纵向副翼设置成弧面板，进一步的增大了叶片的迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率；
8、通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。
附图说明
图1是现有技术中垂直轴风力发电机的叶轮结构示意图；
图2是本发明实施例1的第一视角的整体结构示意图；
图3是本发明实施例1的第二视角的整体结构示意图；
图4是本发明实施例1的第三视角拆离了部分外罩体的结构示意图；
图5是本发明实施例1的第二视角拆离了部分外罩体的结构示意图；
图6是本发明实施例2的第一视角的整体结构示意图；
图7是本发明实施例2的第二视角的整体结构示意图；
图8是本发明实施例2的第三视角的整体结构示意图；
图9是本发明实施例3的整体结构示意图。
附图标记：
图1中的附图标记：
41、中心轴；42、支架；43、叶片。
图2至图9中的附图标记：
10、叶片体；11、泄压窗；20、自开合泄压片；30、纵向副翼；31、横向副翼。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：
如图2-图5所示，本实施例提供了一种高效垂直轴风力发电机叶片，叶片在背风状态时的受风面的面积小于叶片在迎风状态时迎风面的面积。
上述结构中，叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率。
在本实施例中，叶片包括半圆柱体壳体状的叶片体10。叶片的形式并不局限于某一种，针对各种不同形状的叶片均可对其进行泄压设计，提高了本申请的实用性。
叶片体10为圆柱体壳体沿其轴向一分为二的形状，叶片体10包括一个半圆弧面和分别位于半圆弧面两端的两个半圆端面，半圆弧面上设有泄压结构。本实施例的叶片体10将泄压结构设置在半圆弧面，通过在半圆弧面上进行泄压，使得叶片的迎风面的面积大于背风面的面积，提高了风能的利用效率。
泄压机构包括泄压窗11和自开合泄压片20，半圆弧面上设有两个安装杆，安装杆平行于半圆弧面的轴线，自开合泄压片20可转动的安装在安装杆上，半圆弧面上对应自开合泄压片20开有泄压窗11，自开合泄压片20在叶片迎风时转动关闭泄压窗11，自开合泄压片20在叶片背风时转动打开泄压窗11。
通过设置自开合泄压片20和泄压窗11，使得在背风的时候，风将自开合泄压片20吹动使其向半圆柱体壳体内部进行翻转，使得半圆弧面上形成缺口，减小背风面积，叶片从背风缓慢转向迎风的时候，风将自开合泄压片20吹动使其压在泄压窗11处，关闭泄压窗11，增大了迎风面。
叶片体10的迎风面上设有纵向副翼30，纵向副翼30与叶片体10的连接处设有缺口。
纵向副翼30的设置，在迎风时，纵向副翼30能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差。
缺口的设置，是因为在从背风缓慢转向迎风的时候，风首先会吹向叶片体10的其中一侧的自开合泄压片20处，将其中一侧的自开合泄压片20吹动后，由于纵向副翼30的设置，很难将另一侧的自开合泄压片20也吹动，设置缺口后，其中一侧的自开合泄压片20被吹动时，由于缺口的存在，在叶片体10内会形成涡流，将另一侧的自开合泄压片20也吹动。
迎风叶片的迎风面上设有横向副翼31，横向副翼31垂直于纵向副翼30设置。
横向副翼31的设置，在迎风时，横向副翼31能够进一步的提高迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率，在不增大背风面的同时增大了迎风面的面积，进一步增大了迎风面与背风面的面积差，同时横向副翼31的设置加强了纵向副翼30与叶片的连接结构强度，使得叶片的强度更高，提高了叶片的使用寿命。
横向副翼31和纵向副翼30均为弧面板，该板的弧面朝向远离垂直轴的方向。
将横向副翼31和纵向副翼30设置成弧面板，进一步的增大了叶片的迎风面的面积，进一步的提高了对风能的利用效率。
本实施例还提供了一种高效垂直轴风力发电机，包括上述的形状为半圆柱体壳体的高效垂直轴风力发电机叶片。
通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。
实施例2：
如图6、图7和图8所示，本实施例提供了一种高效垂直轴风力发电机叶片另外的实施方式，叶片在背风状态时的受风面的面积小于叶片在迎风状态时迎风面的面积。叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率。
在本实施例中，叶片包括形状为多勾弧面的叶片体10。其包括了一个弧面板和两个设置在弧面板上的多个勾状结构，其勾状结构上设置有泄压窗11和自开合泄压片20。自开合泄压片20可转动的与该勾状结构连接。
多个勾状结构能够在迎风时对风进行拦截，增大了风推动垂直轴旋转的力，增大了风能的利用效率，在背风时，自开合泄压片20被风从背面吹动翻转，打开泄压窗11，叶片的背风面更小，使得背风时多个勾状结构受到的风力更小，在叶片从背风缓慢转向迎风的过程中，风会将自开合泄压片20吹动翻转，使其压在泄压窗11处，增大了迎风面。
本实施例还提供了一种高效垂直轴风力发电机，包括上述的形状为多勾弧面的高效垂直轴风力发电机叶片。
通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。
实施例3：
如图9所示，本实施例提供了一种高效垂直轴风力发电机叶片另外的实施方式，叶片在背风状态时的受风面的面积小于叶片在迎风状态时迎风面的面积。叶片背风面的面积小于迎风面的面积，减小了在叶片背风时叶片产生的旋转阻力，使得风能的利用效率更高，提高了发电的效率。
在本实施例中，叶片包括形状为半球形壳体的叶片体10。叶片体10包括了一个半球壳体和设置在半球壳体上的泄压窗11和自开合泄压片20，自开合泄压片20可转动的与该半球壳体连接。
本实施例中的叶片在背风时，自开合泄压片20被风从背面吹动，向叶片体10内部翻转，打开泄压窗11，叶片的背风面变小，叶片在从背风方向旋转至迎风方向的过程中，风逐渐从叶片的背部吹入变为从叶片的正面吹入，此处，叶片体10的球体内部方向为叶片的正面，反之为叶片的背面，叶片的旋转过程中，风吹入叶片体10的内部，将自开合泄压片20吹动翻转，自开合泄压片20被压在泄压窗11上，关闭泄压窗11。
本实施例还提供了一种高效垂直轴风力发电机，包括上述的形状为半球形壳体的高效垂直轴风力发电机叶片。
通过改进发电机叶片的结构，风力发电机的发电效率得到了提升，风能的利用效率更高。
在本实施例中，叶片体10的内部还可设置纵向副翼30和横向副翼31，以加强叶片的结构强度，同时能够在迎风时增大叶片的迎风面积，且对自开合泄压片20也有限位的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片在背风状态时的受风面的面积小于所述叶片在迎风状态时迎风面的面积。
2.根据权利要求1所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片的形状为半圆柱体壳体、半球形壳体或多勾弧面。
3.根据权利要求2所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片的形状为半圆柱体壳体，所述半圆柱体壳体为圆柱体壳体沿其轴向一分为二的形状，所述半圆柱体壳体包括一个半圆弧面和分别位于半圆弧面两端的两个半圆端面，所述半圆弧面上设有泄压结构。
4.根据权利要求3所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述泄压机构包括泄压窗和自开合泄压片，自开合泄压片可转动的安装在半圆弧面上，所述半圆弧面上对应自开合泄压片开有泄压窗，所述自开合泄压片在所述叶片迎风时转动关闭所述泄压窗，所述自开合泄压片在所述叶片背风时转动打开所述泄压窗。
5.根据权利要求1所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片的迎风面上设有纵向副翼。
6.根据权利要求5所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述迎风叶片的迎风面上设有横向副翼，所述横向副翼垂直于纵向副翼设置。
7.根据权利要求6所述的高效垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述横向副翼和纵向副翼均为弧面板。
8.一种高效垂直轴风力发电机，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的高效垂直轴风力发电机叶片。
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