[发明专利]垂直风力发电机叶片组及风力发电可变绕线结合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直式风力发电机叶片组的改进及风力发电机可变绕线的方法。

背景技术

一般而言，风力发电机的叶片组通常分为水平轴风叶片(HAWT)及垂直轴风叶片(VAWT)两类，此二者均可以有效地将风能转化为风叶片的动能。因为水平轴风叶片早于15世纪时便已应用于欧洲的，所以其于市场的占有率较大。自从60年代晚期空气动力学的进展以来，建造风叶片的技术也有显著地进步。现今水平轴风叶片的技术已可达到5MW的动力输出规模，以及由风力转化为电力的40％转化效率。

然而，风力发电中却有如下问题。即，风力发电如果不是以平均风速4m/s的风在一年内要吹动2000小时以上，即不符合事业的盈亏核算。尤其大型发电机中，如果没有风速在7m/s以上的吹送风，则风车不会旋转。由于风由地上到较高的位置风速会较快，因此对水平轴风叶片式风力发电机而言，必须要加长其风叶片的长度，同时要架高塔部。在此种情况下，所述型式风力发电机具有风叶片的韧性、搬运、设置成本、保养、及设置场所等大问题。此外，水平轴风叶片式风力发电机的风叶片必需对准迎风面。但由于季风的风向常随着季节的转变而各有不同，并不固定，当风向改变而风叶片无法调节改变来对应时，风叶片经常受到偏斜风向的推力勉强运转，容易使风叶片因不正常的受力而受伤损坏。与水平轴风叶片相比较，垂直轴风叶片式风力发电机的风叶片因为可选择迎风面的方向，所以其具有更为宽广的应用。

在单一风向的情况下，对垂直轴风叶片式风力发电机而言，只有迎风面半边的风叶片是直接被气流作第一次接触，背风面半边的风叶片是被气流作第二次接触，而且迎风面半边风叶片的攻角，随转动的位置随时改变，不能维持在最佳的攻角，发挥风力发电机最大的功能。所以对垂直轴风叶片式风力发电机而言，如果风叶片能随风力发电机的转动而转动，使得风叶片能在较大的范围内发挥最大的功用，也可大大提高风力发电机的功能。

此外，当陆域中风资源较丰富的场所将逐渐用尽时，往后可能选择作为风场的地方只有两种地方，一是离岸(近海沿岸、远海)，另一就是风资源较贫乏(平均风速较小)的场所。在离岸建立风场，虽然风资源充沛，且海上建筑浮塔技术也已成熟，但成本非常大。在风资源较贫乏处建立风场，首先必须要克服的是使风车可在低速较易启动的技术，其障碍在于克服风车本身的转动惯量与发电机所需的启动扭距。所以在风力发电机设计上如何运用其它辅助设备，使风车在低速时也能提供额外的扭矩，实为必需的手段。

又，对风力发电，或不是风力发电而言，如果驱动源的转速不是恒定的，那么所带动的发电机所发的电也会随着驱动源的转速而变化，时而电压很低，时而电压非常高，所以如果能改变线圈的绕线结合方式，在不同的转速之下，使用不同的线圈接合，可使发电机所发的电在一个限定的范围内，这样才不会造成不可预期的不幸。

有鉴于此，申请人于是提供一种垂直式风力发电叶片组及风力发电机可变绕线结合的方法，以改进上述现有技术的众多缺失。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种垂直式风力发电机的叶片组改进，所述叶片组支承于一使一发电机旋转的垂直轴，所述叶片组包含一旋转支架，及复数个设于所述旋转支架上的垂直式叶片，所述叶片各有一垂直旋转轴，且以可枢转的方式设置于旋转支架，各叶片另外设有一可调式连杆，其可连结至所述旋转支架上，以使各叶片可绕其垂直旋转轴转动，并维持各叶片与迎风面间的最佳攻角。

本发明的另一目的是提供一种改进的垂直式风力发电机的叶片组，所述垂直式风力发电机具有一垂直固定轴及一垂直转动轴，所述叶片组各以一连杆组以可枢转的方式支承于所述垂直转动轴上，所述叶片组相对于所述平行连杆组及所述连杆组相对于所述垂直转动轴均可枢转，所述垂直固定轴及所述垂直转动轴间设一可滑动套筒，所述垂直转动轴形成有一轴向长槽，一拉杆以其一端枢接于所述连杆组，并以其另一端穿过垂直转动轴的轴向长槽而枢接于所述可滑动套筒，以使所述可滑动套筒可与垂直转动轴同步转动，且可相对所述叶片组滑动而拉动所述连杆组，使得可在强风时改变垂直轴风车的转动直径，进而减低强风时被吹坏的可能性。

本发明的另一目的是提供一种两阶段式风力发电机可变绕线的方法，所述风力发电机在运转时具有一转速ω及所产生的一电压V，所述风力发电机具有两对绕线圈数大致相同的线圈，其包含下列步骤：