[发明专利]垂直轴风力发电机的叶片结构、风轮及发电机装置

说明书

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种能有效提高升力型垂直轴风力发电机效率的叶片结构，及采用该叶片结构的风轮和垂直轴风力发电机装置。

背景技术

为了更好的利用风能，人们设计了多种形式的风力发电系统，从结构形式上看主要有风力机旋转轴在空间为水平方向的水平轴风力机和旋转轴在空间为垂直方向的垂直轴风力机，对于垂直轴风力发电机的垂直轴风轮而言，可分为二大类，一类是升力型风轮，另一类是阻力型风轮，它们驱动风轮转动的原理是不同的。1984年2月能源出版社出版的《风能及其利用》一书81到85页，该国内公开出版物中详细地描述了升力型和阻力型风轮的特征。虽然升力型和阻力型风轮同为垂直轴风轮，但风驱动风轮转动的原理不仅完全不同，其效果也大相径庭。

而翼型是指叶片所具有的独特的剖面，其横断面(横向剖面)的形状称为翼型。

所谓升力型是当风吹在叶片表面，由于叶片形状和叶片安装角的缘故，叶片外表面和内表面的风速是不同的，这样就在叶片的外表面和内表面形成了风速差，从流体力学可以知道，当内、外表面流体速度不一致时，在二个表面之间形成了压力差，也就是升力，当叶片在不同位置选择一定的叶片安装角(攻角)时，这个压力差(升力克服阻力)就将产生绕风轮回转中心的驱动力矩，使风轮旋转，但当风轮转动后由于翼型形状的原因，叶片同时将产生一定的阻力，风轮转速越高阻力越大，直到升力和阻力平衡。因此升力型风轮的效率取决于风轮设计参数(翼型、叶片安装角等参数)。当升力大于阻力时，就产生了绕垂直轴转动的力矩使整个风轮转动，且叶片在转动过程中叶片处于不同位置时升力的大小和方向始终都在变化。

而阻力型垂直轴风轮却与升力型风轮有本质的差异，由于叶片形状与升力型风轮不同，简单的说阻力型风轮的叶片可以是一块门板。由于风轮左、右二面的阻力系数不同，阻力系数较大的一面获得的风压较大，风压差使风轮旋转，但由于阻力型风轮利用风的作用力中与翼面垂直的分量，因此当风从左边吹来时，是左边门叶的力矩最大，叶片所受到的力矩最大，在其它位置力矩都较小。

发明内容

本发明的目的是，当叶片在绝大多数方位时，可使叶片的合力矩方向保持一致，并获得最大力矩；且当风速在额定风速内发生较大变化时(例如12m/s的情况下)，可使风轮在此范围风速下，叶片都保持最佳的翼型；当在强风情况下(例如大于12m/s、小于30m/s的情况下)，降低升力型垂直风轮的风能利用率，使得垂直轴风力发电机在强风时保持稳定的输出功率，最大限度的提高垂直轴风力发电机在自然环境下的利用效果。

本发明提供了一种垂直轴风力发电机的叶片结构，在风轮旋转方向上，叶片1分为叶片前段11和叶片后段12，所构成叶片整体呈流线型；支持翼2分为主翼21和副翼22，叶片前段11与主翼21固定连接，叶片后段12与设在支持翼副翼22上的转轴31连接，以传动装置41连接叶片后段12，可带动叶片后段12绕该所述转轴31转动；叶片前段的后缘112呈凹形，套设在叶片后段的前缘121上。

上述叶片整体呈流线型(streamlined)，是指叶片前圆后尖，像开始滴落的水那样的形状。具有这种形状的物体，在流体中运动时所受阻力小。

上述叶片整体形状呈轴对称型。

上述叶片前段11和后段12的长度之比是1∶10～1∶2；较佳的长度之比是1∶10～1∶3。

本发明将在下面结合附图及具体实施方式进行描述。

附图说明

图1～图5是本发明垂直轴风力发电机的叶片结构示意图。

图6～图7是本发明垂直轴风力发电机的风轮结构示意图。

图8是本发明垂直轴风力发电机装置的结构示意图。

图9是本发明无线信号传输装置、集电环、编码器结构连接示意图。

图10是本发明集电环、编码器结构连接示意图。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。

实施例1：

加图1所示，一种垂直轴风力发电机的叶片结构，在风轮旋转方向上，叶片1分为叶片前段11和叶片后段12，所构成叶片整体呈流线型；支持翼2分为主翼21和副翼22，叶片前段11与主翼21固定连接，叶片后段12与设在支持翼副翼22上的转轴31连接，以传动装置41连接叶片后段12，可带动叶片后段12绕该所述转轴31转动；叶片前段的后缘112呈凹形，套设在叶片后段的前缘121上。