CN203285619U - 分段式叶片以及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风力发电机的分段式叶片以及包括这种叶片的风力发电机，特别涉及一种用于垂直轴风力发电机的分段式叶片以及包括这种叶片的风力发电机。本实用新型涉及的分段式叶片，其特征在于，包括：含有主叶片的主叶部件、含有副叶片的副叶部件、至少一个用于结合主叶片和副叶片的铰链以及用于驱动副叶部件旋转的驱动装置。其中，副叶部件还包括固定在副叶片上的副叶转轴，驱动装置通过驱动副叶转轴的旋转而带动副叶片旋转。

Description

分段式叶片以及风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种用于风力发电机的分段式叶片以及包括这种叶片的风力发电机，特别涉及一种用于垂直轴风力发电机的分段式叶片以及包括这种叶片的风力发电机。 

背景技术

通常，垂直轴风力发电机存在启动困难以及在高风速下减速困难的情况。现在垂直轴风力发电机的叶片普遍采用NACA系列对称翼型，如图1所示。这是由于垂直轴风力机运行时翼型上下表面在风力发电机旋转运行时，周期性的成为吸力面与压力面，能够解决一定的问题，但是NACA系列叶片有如下缺点： 

1、气动性能不可控制，调节发电输出功率的工作完全由风力机底座上的变速箱以、主轴中的刹车系统以及电机控制系统完成，因此刹车系统的负担巨大。 

2、启动性能差，在低风速下不具备启动能力，甚至需要电机带动风力机旋转至一定转速后才能正常出力做功。 

而在航空航天领域，分段式翼型应用广泛，例如在飞机叶片翼型尾缘处加装襟翼或是采用多段翼型作为机翼翼型。此结构能够在飞机起飞时调整叶片升阻力，从而为飞机提供更大升力。 

实用新型内容

本实用新型针对目前垂直轴风力发电机启动困难以及在高风速下减速困难的情况，创造性的将分段式叶片引入到垂直轴风力发电机领域，对应 不同风况，不同的控制策略能够达到不同的调节效果，当启动时，增加转速，当风速过大导致风力发电机转速超过额定转速时，减小转速，从而使得风力发电机的气动性能可控制，启动性能好，能保护电机，延长风力发电机的寿命。 

为了实现上述目的，本实用新型采取了以下结构 

<结构1> 

本实用新型涉及的一种分段式叶片，用于风力发电机,包括：含有主叶片的主叶部件、含有副叶片的副叶部件、至少一个用于结合主叶片和副叶片的铰链以及用于驱动副叶片旋转的驱动装置。 

其中，副叶部件还包括：固定在副叶片上的副叶转轴，驱动装置通过驱动副叶转轴的旋转而带动副叶片旋转。 

驱动装置包括：驱动电机、可伸缩杆、固定支座以及固定块， 

驱动电机固定在可伸缩杆上，可伸缩杆的一端固定在固定支座上，固支座固定在主叶片上，可伸缩杆的另一端与固定块的一端连接，而固定块的另一端与副叶转轴固定。 

主叶片和副叶片在与副叶转轴相垂直的截面上的形状是对称翼型。 

当启动风力发电机时，通过启动分段式叶片上的驱动装置，驱动可伸缩杆伸缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，使得副叶片与主叶片之间形成一个夹角，通过调节杆的伸缩量可以调节这个夹角，使这个夹角在小于等于30°时，能够提高风力机发电机的转速，使得风力发电机能够在较低风速下启动；当风力发电机启动后，通过调节驱动装置，使可伸缩杆回到原位，从而使得副叶片回到原位，此时风力发电机的分段式叶片 的性能和普通叶片的性能一致；在高风速时，风力发电机转速也跟着变快，转速会超过额定转速，此时启动分段式叶片上的驱动装置驱动可伸缩杆伸缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，当副叶片与主叶片垂直时，使叶片失速从而降低转速，保护电机；当风力发电机的转速回到额定转速时，通过调节驱动装置，使可伸缩杆缩回到原位，从而使得副叶片回到原位。 

下面以对称翼型叶片为例说明原因：如图11、12、13所示的是副叶片与主叶片的夹角从0°到30°的范围内气流的变化，从图13中可以看到，当主叶片与副叶片的夹角在30°时，叶片尾缘处出现了失速涡，这是由于副叶片摆角过大引起的。失速涡的出现使得原本翼型周围层流边界层被打破，导致其阻力上升。当副叶片摆角进一步增加时，翼型气动性能将会是一个瞬态的情况，即翼型的升阻力会随着时间的变化而改变，这是由于翼型尾缘的失速涡生成，脱落再生成的周期变化引起的，因此静态数值计算的升阻力在副叶30°摆角之后只能提供定性判断的价值。 

以下是实验数据： 

当主叶片与副叶片之间的夹角为0°时，升力系数C_l＝0，阻力系数C_d＝0.016； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为5°时，升力系数C_l＝0.22，阻力系数C_d＝0.018； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为10°时，升力系数C_l＝0.39，阻力系数C_d＝0.02； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为20°时，升力系数C_l＝0.63，阻力系数 C_d＝0.053； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为30°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.085； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为40°时，升力系数C_l＝0.72，阻力系数C_d＝0.102； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为50°时，升力系数C_l＝0.76，阻力系数C_d＝0.153； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为70°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.352； 

当主叶片与副叶片之间的夹角为90°时，升力系数C_l＝0.65，阻力系数C_d＝0.563； 

升力系数和阻力系数是指升力或阻力除以他们所受合力得到的值，升力系数越大代表升力越大，阻力系数越大代表阻力越大，而叶片的受力为升力和阻力之差，如果升力大于阻力则叶片可以转动。从数据中可以看到，当夹角在0°时，阻力系数大于升力系数，此时叶片旋转困难，而在30°以内变化时，其升力系数明显升高，而阻力力系数虽然也在上升，但其总体小于升力系数一个数量级，所以叶片容易旋转。但是随着夹角超过30°，升力系数上升的趋势减弱，但阻力系数依旧加速增大，所以起到减速的作用，当夹角达到90°时，阻力系数达到最大值，与升力系数相当，此时对于垂直轴风力机，副叶的存在就像挡风板一样使得转速降低，此时减速的效果最好。 

进一步的，本实用新型的分段式叶片还可以具有这样的特征：其中， 主叶片和副叶片之间采用的铰链是舵面铰链。 

进一步的，本实用新型的分段式叶片还可以具有这样的特征：主叶片与副叶片之间采用两个铰链相连接，一个铰链位于副叶片的顶端，另一个铰链位于副叶片的底端。 

进一步的，本实用新型的分段式叶片还可以具有这样的特征：可伸缩杆是通过液压驱动的方式来运动的。 

进一步的，本实用新型的分段式叶片还可以具有这样的特征：可伸缩杆是通过气压驱动的方式来运动的。 

<结构2> 

本实用新型涉及的一种包含这种分段式叶片的风力发电机，包括固定在地面上的支柱，固定在支柱上的转轴和绕转轴在水平面内旋转的风轮组件，其中：风轮组件包括，至少两个旋转部件，旋转部件包括：叶片，至少一个连接杆，连接杆的一端与所述转轴固定，另一端与所述叶片固定，其特征在于：叶片是分段式叶片，包括：含有主叶片的主叶部件、含有副叶片的副叶部件、至少一个用于结合主叶片和副叶片的铰链以及用于驱动副叶片旋转的驱动装置， 

其中，副叶部件还包括：固定在副叶片上的副叶转轴，副叶转轴与所述支柱平行。驱动装置通过驱动副叶转轴的旋转而带动副叶片旋转。 

驱动装置包括： 

驱动电机、可伸缩杆、固定支座以及固定块， 

驱动电机固定在可伸缩杆上，可伸缩杆的一端固定在固定支座上，可 伸缩杆的另一端与固定块的一端连接，固定块的另一端与副叶转轴固定，固定支座固定在主叶片上。 

当启动风力发电机时，通过启动分段式叶片上的驱动装置，驱动可伸缩杆伸缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，使得副叶片与主叶片之间形成一个夹角，通过调节杆的伸缩量可以调节这个夹角，使这个夹角在小于等于30°时，能够使叶片的升力提高，因此能够提高风力机发电机的转速，使得风力发电机能够在较低风速下启动；当风力发电机启动后，通过调节驱动装置，使可伸缩杆回到原位，从而使得副叶片回到原位，此时风力发电机的分段式叶片的性能和普通叶片的性能一致；在高风速时，风力发电机转速也跟着变快，转速会超过额定转速，此时启动分段式叶片上的驱动装置驱动可伸缩杆伸缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，调整杆的伸缩量使得副叶片与主叶片的夹角大于30°时，会降低转速，当副叶片与主叶片垂直时，使叶片失速，从而保护电机；当风力发电机的转速回到额定转速时，通过调节驱动装置，使可伸缩杆缩回到原位，从而使得副叶片回到原位。 

下面以对称翼型叶片为例说明原因：如图11、12、13所示的是副叶片与主叶片的夹角从0°到30°的范围内气流的变化，当主叶片与副叶片的夹角在30°时，叶片尾缘处出现了失速涡，这是由于副叶片摆角过大引起的。失速涡的出现使得原本翼型周围层流边界层被打破，导致其阻力上升。当副叶片摆角进一步增加时，翼型气动性能将会是一个瞬态的情况，即翼型的升阻力会随着时间的变化而改变，这是由于翼型尾缘的失速涡生成，脱落再生成的周期变化引起的，因此静态数值计算的升阻力在副叶30°摆 角之后只能提供定性判断的价值。 

以下是实验数据： 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为0°时，升力系数C_l＝0，阻力系数C_d＝0.016； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为5°时，升力系数C_l＝0.22，阻力系数C_d＝0.018； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为10°时，升力系数C_l＝0.39，阻力系数C_d＝0.02； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为20°时，升力系数C_l＝0.63，阻力系数C_d＝0.053； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为30°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.085； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为40°时，升力系数C_l＝0.72，阻力系数C_d＝0.102； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为50°时，升力系数C_l＝0.76，阻力系数C_d＝0.153； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为70°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.352； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为90°时，升力系数C_l＝0.65，阻力系数C_d＝0.563； 

升力系数和阻力系数是指升力或阻力除以他们所受合力得到的值，升力系数越大代表升力越大，阻力系数越大代表阻力越大，而叶片的受力为 升力和阻力之差，如果升力大于阻力则叶片可以转动。从数据中可以看到，当夹角在0°时，阻力系数大于升力系数，此时叶片旋转困难，而在30°以内变化时，其升力系数明显升高，而阻力力系数虽然也在上升，但其总体小于升力系数一个数量级，所以叶片容易旋转。但是随着夹角超过30°，升力系数上升的趋势减弱，但阻力系数依旧加速增大，所以起到减速的作用，当夹角达到90°时，阻力系数达到最大值，与升力系数相当，此时对于垂直轴风力机，副叶的存在就像挡风板一样使得转速降低，此时减速的效果最好。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：主叶片和副叶片之间采用的铰链是舵面铰链。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：可伸缩杆是通过液压驱动的方式来运动的。 

进一步的，本实用新型的分段式叶片还可以具有这样的特征：可伸缩杆是通过气压驱动的方式来运动的。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：还包括用于控制驱动装置的控制装置，控制装置的输出端与驱动装置相连接，控制装置通过输出指令控制驱动装置。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：控制装置安装在支柱上。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：还包括：用于检测发电机转速的检测仪，检测仪与控制装置的输入端相连接，检测仪将信号传输给所述控制装置。 

进一步的，本实用新型的风力发电机还可以具有这样的特征：检测仪安装在所述风力发电机的支柱上。 

启动时，检测仪将检测到的风力发电机的转速发送给控制装置，如果转速小于额定转速，控制装置发出指令给驱动装置，驱动杆收缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，在0°到30°的范围内，风力发电机的转速增大；如果检测仪检测到的转速达到额定转速，控制装置就会发出指令给驱动装置，驱动杆通过收缩回到原位，从而带动副叶转轴旋转回到原位，从而带动副叶片转动回到原位，此时，与普通叶片的性能一致；如果检测到的转速大于额定转速，控制装置发送指令给驱动装置，驱动杆收缩，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动，大于30°时，会降低转速，当90度时效果最好；当检测仪检测到的转速回到额定转速时，控制装置发处指令给驱动装置，驱动杆通过伸缩回到原位，带动副叶转轴旋转，从而带动副叶片转动回到原位。 

实用新型效果 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果： 

本实用新型针对目前垂直轴风力发电机启动困难以及在高风速下减速困难的情况，创造性的将分段式叶片引入到垂直轴风力发电机领域，解决了过去的风力发电机的气动性能无法控制，启动性能不好，容易损坏等问题，使得风力发电机的气动性能可以控制，启动性能好，能够保护电机，延长风力发电机的使用寿命。 

附图说明

图1是现有技术NACA型叶片的截面形状示意图； 

图2是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的立体图； 

图3是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的主视图； 

图4是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的俯视图； 

图5是本实用新型涉及的分段式叶片的立体图； 

图6是本实用新型涉及的分段式叶片的主视图； 

图7是图6的分段式叶片没有旋转时在A面的截面图； 

图8是图6的分段式叶片旋转以后在A面的截面图； 

图9是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的立体图； 

图10是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的俯视图； 

图11是本实用新型涉及的分段式叶片主叶片和副叶片夹角是0°时的空气流线分布图； 

图12是本实用新型涉及的分段式叶片主叶片和副叶片夹角是10°时的空气流线分布图； 

图13是本实用新型涉及的分段式叶片主叶片和副叶片夹角是30°时的空气流线分布图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

实施方式一 

图2是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的立体图； 

图3是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的主视图； 

图4是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的俯视图； 

如图2、3、4所示，本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机包括：固定在地面上的支柱4，固定在支柱4上的转轴2和绕转轴在水平面内旋转的风轮组件，风轮组件包括三个旋转部件，每个旋转部件包括：叶片1，两个连接杆3，连接杆3的一端与转轴2固定，另一端与叶片1固定； 

图5是本实用新型涉及的分段式叶片的立体图； 

图6是本实用新型涉及的分段式叶片的主视图； 

图7是图6分段式叶片在A面的截面图； 

图8是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的立体图； 

图9是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的俯视图。 

如图5、6、7所示：本实用新型涉及的分段式叶片包括：含有主叶片11的主叶部件、含有副叶片12的副叶部件、用于结合主叶片11和副叶片12的两个铰链14以及用于驱动副叶片12旋转的液压驱动装置，两个铰链14均为舵面铰链，分别位于副叶片12的顶端和底端，将副叶片12与主叶片11相结合。 

副叶部件还含有固定在副叶片12上的副叶转轴7，液压驱动装置通过驱动副叶转轴7的旋转而带动副叶片12旋转。 

如图7、8、9所示：液压驱动装置包括： 

驱动电机9、可伸缩的液压杆8、固定支座10以及固定块13， 

驱动电机9固定在液压杆8上，液压杆8的一端固定在固定支座10上，液压杆8的另一端与固定块13的一端连接，固定块13的另一端与副叶转轴7固定，固定支座10固定在主叶片上11上。 

副叶转轴7与支柱4平行，主叶片11和副叶片12在与副叶转轴7相 垂直的截面上的形状均是对称翼型。 

如图2、3所示：本实用新型涉及的风力发电机还包括用于控制驱动装置的控制装置5，控制装置5是可存贮可编程的控制装置。控制装置5的输出端与液压控制装置中的驱动电机9相连接，控制装置5通过输出指令来控制液压驱动装置，控制装置5安装在支柱4上。 

另外，本实用新型的风力发电机还包括用于检测发电机转速的检测仪6，检测仪6与控制装置5的输入端相连接，检测仪6将信号传输给控制装置5，检测仪6和控制装置5一起安装在风力发电机的支柱4上。 

启动风力发电机时，检测仪6将检测到的风力发电机的转速发送给控制装置5，如果转速小于额定转速，控制装置5就会发出指令给液压驱动装置，驱动电机9驱动液压杆8伸长，通过带动副叶转轴7的顺时针旋转，从而带动副叶片12顺时针转动，使得副叶片12与主叶片11之间形成一个夹角，通过改变液压杆8的伸缩量来调节这个夹角，使这个夹角在小于等于30°时，能够提高风力机发电机的转速，使得风力发电机能够在较低风速下启动；当检测仪6检测到的转速达到额定转速时，控制装置5发出指令给液压驱动装置，驱动电机9带动杆8缩短回到原位，通过带动副叶转轴7逆时针旋转回到原位，从而带动副叶片12也逆时针转动回到原位；在高风速时，风力发电机转速也跟着变快，转速会超过额定转速，如果检测仪6检测到的转速大于额定转速，控制装置5发出指令给液压驱动装置，驱动电机9驱动液压杆8伸长，通过带动副叶转轴7顺时针旋转，从而带动副叶片12顺时针转动。通过改变液压杆8的伸缩量来调节副叶片12与主叶片11之间的夹角，当这个夹角大于30°时，风力发电机的转速减小， 当副叶片12与主叶片11垂直时，减速效果最好，起到保护电机的作用；当检测仪6检测到的转速回到额定转速时，控制装置5发出指令给液压驱动装置，驱动电机9带动液压杆8缩短回到原位，通过带动副叶转轴7逆时针旋转，从而带动副叶片12逆时针转动回到原位。 

下面以对称翼型叶片为例说明原因：如图11、12、13所示的是副叶片12与主叶片11的夹角从0°到30°的范围内气流的变化。从图13中可以看出，当副叶片12与主叶片11的夹角在30°时，叶片尾缘处出现了失速涡，这是由于副叶片摆角过大引起的。失速涡的出现使得原本翼型周围层流边界层被打破，导致其阻力上升。当副叶片摆角进一步增加时，翼型气动性能将会是一个瞬态的情况，即翼型的升阻力会随着时间的变化而改变，这是由于翼型尾缘的失速涡生成，脱落再生成的周期变化引起的，因此静态数值计算的升阻力在副叶30°摆角之后只能提供定性判断的价值。 

以下是实验数据： 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为0°时，升力系数C_l＝0，阻力系数C_d＝0.016； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为5°时，升力系数C_l＝0.22，阻力系数C_d＝0.018； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为10°时，升力系数C_l＝0.39，阻力系数C_d＝0.02； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为20°时，升力系数C_l＝0.63，阻力系数C_d＝0.053； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为30°时，升力系数C_l＝0.73，阻 力系数C_d＝0.085； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为40°时，升力系数C_l＝0.72，阻力系数C_d＝0.102； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为50°时，升力系数C_l＝0.76，阻力系数C_d＝0.153； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为70°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.352； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为90°时，升力系数C_l＝0.65，阻力系数C_d＝0.563； 

升力系数和阻力系数是指升力或阻力除以他们所受合力得到的值，升力系数越大代表升力越大，阻力系数越大代表阻力越大，而叶片的受力为升力和阻力之差，如果升力大于阻力则叶片可以转动。从数据中可以看到，当夹角在0°时，阻力系数大于升力系数，此时叶片旋转困难，而在30°以内变化时，其升力系数明显升高，而阻力力系数虽然也在上升，但其总体小于升力系数一个数量级，所以叶片容易旋转。但是随着夹角超过30°，升力系数上升的趋势减弱，但阻力系数依旧加速增大，所以起到减速的作用，当夹角达到90°时，阻力系数达到最大值，与升力系数相当，此时对于垂直轴风力机，副叶的存在就像挡风板一样使得转速降低，此时减速的效果最好。 

实施方式二 

图2是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的立体图； 

图3是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的主视图； 

图4是本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机的俯视图； 

如图2、3、4所示，本实用新型涉及的含有分段式叶片的风力发电机包括：固定在地面上的支柱4，固定在支柱4上的转轴2和绕转轴在水平面内旋转的风轮组件，风轮组件包括三个旋转部件，每个旋转部件包括：叶片1，两个连接杆3，连接杆3的一端与转轴2固定，另一端与叶片1固定； 

图5是本实用新型涉及的分段式叶片的立体图； 

图6是本实用新型涉及的分段式叶片的主视图； 

图7是图6分段式叶片在A面的截面图； 

图8是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的立体图； 

图9是本实用新型涉及的分段式叶片的驱动装置的俯视图。 

如图5、6、7所示：本实用新型涉及的分段式叶片包括：含有主叶片11的主叶部件、含有副叶片12的副叶部件、用于结合主叶片11和副叶片12的两个铰链14以及用于驱动副叶片12旋转的气压驱动装置。其中，两个铰链14均为舵面铰链，其中一个铰链14到副叶片12的顶端的距离和另一个铰链14到副叶片12底端的距离相等。 

副叶部件还包括固定在副叶片12上的副叶转轴7，气压驱动装置通过驱动副叶转轴7旋转而带动副叶片12旋转。 

如图7、8、9所示：气压驱动装置包括： 

驱动电机9、可伸缩的气动杆8、固定支座7以及固定块13， 

驱动电机9固定在气动杆8上，气动杆8的一端固定在固定支座10上， 气动杆8的另一端与固定块13的一端连接，固定块13的另一端与副叶转轴7固定，固定支座7固定在主叶片上11。 

副叶转轴7与支柱4平行，主叶片11和副叶片12在与副叶转轴7相垂直的截面上的形状是对称翼型。 

如图2、3所示：本实用新型涉及的风力发电机还包括用于控制驱动装置的控制装置5，控制装置5是可存贮可编程的控制装置。控制装置5的输出端与气压驱动装置中的驱动电机9相连接，控制装置5通过输出指令来控制气压驱动装置，控制装置5安装在支柱4上。 

另外，本实用新型的风力发电机还包括用于检测发电机转速的检测仪6，检测仪6与控制装置5的输入端相连接，将信号传输给控制装置5，检测仪6和控制装置5一起安装在风力发电机的支柱4上。 

启动风力发电机时，检测仪6将检测到的风力发电机的转速发送给控制装置5，如果转速小于额定转速，控制装置5发出指令给气压驱动装置，驱动电机9驱动气动杆8缩短，通过带动副叶转轴7的逆时针旋转，从而带动副叶片12也逆时针转动，使得副叶片12与主叶片11之间形成一个夹角，通过改变气动杆8的伸缩量来调节这个夹角，使这个夹角在小于等于30°时，能够提高风力机发电机的转速，使得风力发电机能够在较低风速下启动；当检测仪6检测到的转速达到额定转速，控制装置5发出指令给驱动装置，驱动电机9带动气动杆8伸长回到原位，通过带动副叶转轴7顺时针旋转回到原位，从而带动副叶片12也顺时针转动回到原位；在高风速时，风力发电机转速也跟着变快，转速会超过额定转速，如果检测仪6检测到的转速大于额定转速，控制装置5发出指令给气压驱动装置，驱动 电机9驱动气动杆8缩短，通过带动副叶转轴7的逆时针旋转，从而带动副叶片12也逆时针转动，使得副叶片12与主叶片11之间形成一个夹角，通过改变气动杆8的伸缩量来调节这个夹角，使这个夹角在大于30°时，能够降低风力发电机的转速，当副叶片12与主叶片11垂直时，降速效果最好，起到保护电机的作用；当检测仪6检测到的转速回到额定转速时，控制装置5发出指令给气压驱动装置，驱动电机9带动气动杆8伸长回到原位，通过带动副叶转轴7顺时针旋转回到原位，从而带动副叶片12也顺时针转动回到原位。 

下面以对称翼型叶片为例说明原因：如图11、12、13所示的是副叶片12与主叶片11的夹角从0°到30°的范围内气流的变化。从图13中可以看出，当副叶片12与主叶片11的夹角在30°时，叶片尾缘处出现了失速涡，这是由于副叶片摆角过大引起的。失速涡的出现使得原本翼型周围层流边界层被打破，导致其阻力上升。当副叶片摆角进一步增加时，翼型气动性能将会是一个瞬态的情况，即翼型的升阻力会随着时间的变化而改变，这是由于翼型尾缘的失速涡生成，脱落再生成的周期变化引起的，因此静态数值计算的升阻力在副叶30°摆角之后只能提供定性判断的价值。 

以下是实验数据： 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为0°时，升力系数C_l＝0，阻力系数C_d＝0.016； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为5°时，升力系数C_l＝0.22，阻力系数C_d＝0.018； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为10°时，升力系数C_l＝0.39，阻 力系数C_d＝0.02； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为20°时，升力系数C_l＝0.63，阻力系数C_d＝0.053； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为30°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.085； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为40°时，升力系数C_l＝0.72，阻力系数C_d＝0.102； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为50°时，升力系数C_l＝0.76，阻力系数C_d＝0.153； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为70°时，升力系数C_l＝0.73，阻力系数C_d＝0.352； 

当主叶片11与副叶片12之间的夹角为90°时，升力系数C_l＝0.65，阻力系数C_d＝0.563； 

升力系数和阻力系数是指升力或阻力除以他们所受合力得到的值，升力系数越大代表升力越大，阻力系数越大代表阻力越大，而叶片的受力为升力和阻力之差，如果升力大于阻力则叶片可以转动。从数据中可以看到，当夹角在0°时，阻力系数大于升力系数，此时叶片旋转困难，而在30°以内变化时，其升力系数明显升高，而阻力力系数虽然也在上升，但其总体小于升力系数一个数量级，所以叶片容易旋转。但是随着夹角超过30°，升力系数上升的趋势减弱，但阻力系数依旧加速增大，所以起到减速的作用，当夹角达到90°时，阻力系数达到最大值，与升力系数相当，此时对于垂直轴风力机，副叶的存在就像挡风板一样使得转速降低，此时减速的 效果最好。 

本实用新型并不以上述实施方式为限，基于本实用新型的宗旨还可以进行各种变形，这些均不应从本实用新型的范围中排除。 

Claims (10)

1.一种分段式叶片，用于风力发电机，其特征在于，包括： 

含有主叶片的主叶部件、含有副叶片的副叶部件、至少一个用于结合所述主叶片和所述副叶片的铰链以及用于驱动所述副叶部件旋转的驱动装置， 

其中，所述副叶部件还包括： 

固定在所述副叶片上的副叶转轴， 

所述驱动装置通过驱动所述副叶转轴的旋转而带动所述副叶片旋转。 

2.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于： 

其中，所述驱动装置包括： 

驱动电机、可伸缩杆、固定支座以及固定块， 

所述驱动电机固定在所述可伸缩杆上， 

所述可伸缩杆的一端固定在所述固定支座上，所述固定支座固定在所述主叶片上； 

所述可伸缩杆的另一端与所述固定块的一端连接，所述固定块的另一端与所述副叶转轴固定。 

3.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于： 

其中，所述铰链是舵面铰链。 

4.根据权利要求2所述的分段式叶片，其特征在于： 

其中，所述可伸缩杆是通过液压驱动的方式被驱动的。 

5.一种风力发电机，包括：固定在地面上的支柱、固定在支柱上的转轴以及绕转轴在水平面内旋转的风轮组件， 

其中，所述风轮组件包括：至少两个旋转部件， 

所述旋转部件包括：叶片，至少一个连接杆， 

所述连接杆的一端与所述转轴固定，另一端与所述叶片固定， 

其特征在于： 

所述叶片是分段式叶片，包括： 

含有主叶片的主叶部件、含有副叶片的副叶部件、至少一个用于结合所述主叶片和所述副叶片的铰链以及用于驱动所述副叶部件旋转的驱动装置， 

所述副叶部件还包括： 

固定在所述副叶片上的副叶转轴，所述副叶转轴与所述支柱平行， 

所述驱动装置通过驱动所述副叶转轴的旋转而带动所述副叶片旋转。 

6.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于： 

其中，所述驱动装置包括： 

驱动电机、可伸缩杆、固定支座以及固定块， 

所述驱动电机固定在所述可伸缩杆上， 

所述可伸缩杆的一端固定在所述固定支座上，所述固定支座固定在所述主叶片上； 

所述可伸缩杆的另一端与所述固定块的一端连接，所述固定块的另一端与所述副叶转轴固定。 

7.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于： 

其中，所述铰链是舵面铰链。 

8.根据权利要求6所述的风力发电机，其特征在于： 

其中，所述可伸缩杆是通过液压驱动的方式被驱动的。 

9.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于：还包括： 

用于控制所述驱动装置的控制装置，所述控制装置的输出端与所述驱动装置相连接，通过输出指令控制所述驱动装置。 

10.根据权利要求9所述的风力发电机，其特征在于：还包括： 

用于检测发电机转速的检测仪，所述检测仪与所述控制装置的输入端相连接，将信号传输给所述控制装置。 

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