[发明专利]一种自适应风向的垂直轴风力机的控制方法

说明书

本发明公开了一种自适应风向的垂直轴风力机，其中：包括竖直的塔筒结构，塔筒结构上设置水平的转环，转环绕在塔筒结构上并能相对于塔筒结构转动，转环上安装有用于检测转环转动角速度的转速监测器，塔筒结构上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构，每个垂直轴风力机叶片结构均包括叶片、连杆以及叶片角度控制装置，叶片通过叶片角度控制装置与连杆连接，叶片角度控制装置能带动叶片绕叶片自身的竖直中轴自转，信号控制器能接收转速监测器检测到的转环转动角速度以及风向检测装置检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置带动叶片转动，使其中一个叶片始终垂直于风的来流方向。

技术领域

本发明属于风力发电的领域，尤其涉及一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法。

背景技术

作为风能发电的主要构筑物之一，垂直轴风力机面临材料疲劳破坏、无法调节方向和效率不足的问题，严重制约了阻力型垂直轴风力机的发展。

常见的阻力型垂直轴风力机都会面临两个问题，阻力差太小或者无法自适应风向。传统的阻力型垂直轴风力机难以同时解决这两个问题，在增大叶片阻力差的同时，风力机无法自适应风向；而全风向可适应的风力机阻力差太小。升力型的垂直轴风力机则有难以自启动等问题。

因此，本发明公开了一种自适应风向的高阻力差阻力型垂直轴风力机。

发明内容

本发明针对背景技术中提及的不足，提出了一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种自适应风向的垂直轴风力机，其中：包括竖直的塔筒结构，塔筒结构上设置水平的转环，转环绕在塔筒结构上并能相对于塔筒结构转动，转环上安装有用于检测转环转动角速度的转速监测器，塔筒结构上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构，每个垂直轴风力机叶片结构均包括叶片、连杆以及叶片角度控制装置，叶片为轴风力机叶片，叶片竖直设置，叶片通过连杆与转环连接，转环能带动叶片在水平方向上绕塔筒结构转动，叶片角度控制装置安装在连杆上，叶片通过叶片角度控制装置与连杆连接，叶片角度控制装置能带动叶片绕叶片自身的竖直中轴自转，相邻垂直轴风力机叶片结构的叶片之间具有角度和偏转方向均相同的相对偏角，叶片等弧度布设在塔筒结构四周，塔筒结构顶部安装有风向检测装置，风向检测装置用于检测风向，塔筒结构上安装有信号控制器，信号控制器与转速监测器、风向检测装置以及叶片角度控制装置连接，信号控制器能接收转速监测器检测到的转环转动角速度以及风向检测装置检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置带动叶片转动，使其中一个叶片始终垂直于风的来流方向。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的垂直轴风力机叶片结构的数量为四个，相应的，叶片的数量为四个，叶片之间相对偏角为45度。

上述的叶片角度控制装置包括电机、第一齿轮以及第二齿轮，叶片的竖直中轴与第二齿轮的齿轮轴固定连接，电机固定在连杆上，电机的电机轴与第一齿轮的齿轮轴固定连接，第一齿轮和第二齿轮咬合配合，电机的电机轴转动时，能使第一齿轮带动第二齿轮转动，进而使叶片沿其竖直中轴自转。

上述的风向检测装置包括风向标、第三齿轮、第四齿轮以及齿轮转角检测器，第三齿轮和转动地安装在塔筒结构顶部，风向标安装在第三齿轮的上部且风向标的标杆与第三齿轮的齿轮轴固定连接，齿轮转角检测器固定安装在塔筒结构顶部，第四齿轮的齿轮轴与齿轮转角检测器连接，齿轮转角检测器能检测第四齿轮的齿轮轴转角，第三齿轮和第四齿轮咬合配合。

上述的第三齿轮和第四齿轮的尺寸相同。

上述的第一齿轮和第二齿轮的尺寸相同。

上述的信号控制器为单片机，型号为AVR单片机。