[发明专利]一种垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于发电的风力机。

背景技术

垂直轴风力发电机分为阻力型和升力型两类：阻力型风力机启动性能好，但是适合在低尖速比下运行；升力型风力机气动性能好，风能利用率较高，但是其启动性能差，甚至在不能自启动。两类风力机的缺陷限制了垂直轴风力机的广泛应用，对垂直轴风力机的自启动性能和风能利用率的研究，以及风力机环境适应性与工作范围的研究成为重点。

针对上述问题，人们提出了多种方案，以申请号为200920261028.5的实用新型专利“升阻力混合型垂直轴风力机”最具有代表性，其采用H型Darrius风机与S型风机组合，通过升阻力型风机的组合在一定程度上改善了风力机的启动性能，但是存在S型叶片加工复杂，成本高的缺点，而且随着风速的提高S型叶片对风力机的运行产生很大影响，降低了风能利用率，即虽然提高了风力机低风速工作范围，但限制了高风速的使用，且定桨距技术下风能利用率较低。这使得此项发明功耗大、不适用于高风速场合、成本高。

实用新型专利ZL200820017859.3通过改变叶片翼型气动力外形，改变了风力机的气动参数，虽然改善了垂直轴风力机的启动性能，但是翼型气动力外形的变化，对高尖速比下风力机的发电效率有很大影响，而且特殊的叶片翼型无疑增加了风力机成本。实用新型专利200820091137.2“垂直轴半活半固组合型叶片风车”，由于只有一个叶片活动，结构上看似简单，但未能充分利用风力机风场资源，且加剧了固定叶片与活动叶片间湍流现象，恶化了叶片受力环境，提高了对叶片强度和刚度的要求，加剧风力机的振动，影响整体性能，实用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供降低启动风速、拓宽工作范围、提高发电效率的一种垂直轴风力机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种垂直轴风力机，其特征是：包括风力机塔架、风力机主轴、发电机、风速风向传感器、升力型叶片、阻力型叶片、升力型伺服电机、阻力型驱动电机、风轮，风力机主轴与风力机塔架相连，发电机安装在风力机塔架上并与风力机主轴相连，风轮安装在风力机主轴上，风轮上分别安装升力型叶片和阻力型叶片，升力型叶片安装升力型伺服电机，阻力型叶片安装阻力型驱动电机，风力机主轴上安装主轴位置编码器和导电滑环，风速风向传感器通过风向风速连接板安装在风力机主轴顶部。

本发明还可以包括：

1、阻力型叶片与升力型叶片在风轮上的安装半径分别为R_D、R_L，R_D/R_L＝3/10。

2、由阻力型叶片、升力型叶片、风轮组成的机构共有三组，每组之间夹角均为120度。

3、升力型叶片和阻力型叶片均采用两端支撑形式，升力型叶片转动中心布置在距叶片前缘的1/4处。

4、阻力型叶片包括两个半叶片，两个半叶片轴通过传动比为1的齿轮啮合，两个半叶片闭合拼成完整的翼型，俯视垂直轴风力机时，阻力型叶片在方位角130度由闭合转为张开，在方位角190度时叶片张开到最大位置，在方位角270度至315度之间实现闭合。

本发明的优势在于：本发明叶片为对称结构，风力相对于叶片转轴产生的力矩为0，叶片所受的气动力矩与叶片转动方向一致，降低了电机消耗，降低了启动风速，提高了启动性能和风能利用率，应用场合广。

附图说明

图1是本发明的三维整体效果图；

图2是本发明的主视图；

图3是垂直轴风力机升力与阻力型叶片状态示意图；

图4是本发明垂直轴风力机升力型叶片变桨距规律；

图5是风力机信息采集装置。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，本发明的风力机主轴5与风力机塔架1通过法兰连接并与地面固定，风轮3绕风力机主轴5旋转，发电机2安装在风力机主轴5下部，风轮3通过链条将风轮旋转运动传递到发电机2；风速风向传感器7位于风力机主轴5顶部，主轴位置编码器11和导电滑环12套装在风力机主轴5上，并位于风速风向传感器7下面，防雨罩6套装在主轴位置编码器11和导电滑环12外围，以保证传感器正常使用；升力型叶片10和阻力型叶片8安装在风轮3上，阻力型驱动电机4安装在阻力型叶片顶部，升力型伺服电机9安装在升力型叶片顶部。风速风向传感器7和主轴位置编码器11将采集信息经导电滑环12传递给控制器，实现变桨距控制。