[发明专利]垂直轴式风力发电系统的风车装置及控制风车叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴式风力发电装置的风车装置及控制该风车装置的叶片的方法，特别是指一种提高风车的风能转换效率的垂直轴式风力发电系统的风车装置及控制该风车装置的叶片的方法。

背景技术

对于现有的各种垂直轴型风力发电机，所需要解决的最大的问题是，如何有效地减低风车叶片在逆风向运动时的阻力，提高风车的风能量转换效率。

已有的主要解决方法是，通过改进风车叶片的形状，提高风能量转换效率。

但是，这些方法在制造成本以及实现大型化方面，都还有待更进一步改善。因此，需要一种既能有效提高风能量转换效率，又能降低制造成本，利于实现大型化的垂直轴型风力发电系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、成本较低、能降低叶片在逆风向运动时阻力的垂直轴式风力发电系统的风车装置。

本发明的另一目的是提供一种结构简单、成本较低、能降低叶片在逆风向运动时阻力的垂直轴式风力发电系统风车装置的叶片控制方法。

为达成上述目的，本发明提供了一种垂直轴式风力发电系统的风车装置，包括：垂直主轴；通过叶片支架连接到所述垂直主轴上、从而可绕该垂直主轴的轴线旋转的垂直叶片，所述垂直叶片包括叶片自转轴，垂直叶片可绕该叶片自转轴的轴线旋转；其中还包括：导引装置，所述导引装置使得垂直叶片在绕垂直主轴的轴线旋转的同时，也绕叶片自转轴的轴线旋转，使得该垂直叶片在顺风方向运动时的有效受风面积大于逆风方向运动时的有效受风面积。

上述的垂直轴式风力发电系统的风车装置，其中所述导引装置包括导引轨迹构件，所述导引轨迹构件包括外轨迹部和内轨迹部；外轨迹部与内轨迹部在垂直叶片逆风方向运动的一侧相交于一点，该点为第一位置，并从该第一位置起，所述外轨迹部与内轨迹部之间的距离逐渐增大，在垂直叶片顺风方向运动的另一侧的第二位置处，所述外轨迹部与内轨迹部的距离为最大；从第一位置到第二位置，外轨迹部被分成第一外轨迹和第二外轨迹，内轨迹部被分成第一内轨迹和第二内轨迹；以及设置在垂直叶片上与该导引轨迹构件相配合的第一行进构件，在第一转动周期中，该第一行进件可沿第一外轨迹从第二位置运动到第一位置，再沿第二内轨迹从第一位置运动到第二位置；在第二转动周期中，该第一行进件可沿第一内轨迹从第二位置运动到第一位置，再沿第二外轨迹从第一位置运动到第二位置；叶片自转轴始终绕该垂直主轴在外轨迹部和内轨迹部之间作圆周运动，从而使垂直叶片的表面在处于第二位置时与风向垂直，而在处于第一位置时与风向平行。

上述的垂直轴式风力发电系统的风车装置，其中所述导引装置还包括设置在垂直叶片上的第二行进构件，该第二行进构件相对于叶片自转轴与第一行进构件对称；在第一转动周期中，该第二行进件可沿第一内轨迹从第二位置运动到第一位置，再沿第二外轨迹从第一位置运动到第二位置；在第二转动周期中，该第二行进件可沿第一外轨迹从第二位置运动到第一位置，再沿第二内轨迹从第一位置运动到第二位置。

上述的垂直轴式风力发电系统的风车装置，其中所述导引轨迹构件为导向槽，外轨迹部和内轨迹部分别为外导向槽和内导向槽；所述行进构件为由固定杆连接的第一滑杆和第二滑杆，第一滑杆和第二滑杆分别作为第一行进件和第二行进件。

上述的垂直轴式风力发电系统的风车装置，其中所述导引轨迹构件为轨道部件，外轨迹部和内轨迹部分别为外轨道和内轨道；所述行进构件为由滑轮固定杆连接的第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮和第二滑轮分别作为第一行进件和第二行进件。

上述的垂直轴式风力发电系统的风车装置，其中还包括导引轨迹构件控制装置，用于使所述通过垂直主轴与外轨迹与内轨迹的交点的水平连线与风向的夹角保持不变，所述导引轨迹构件控制装置为通过连接杆与所述导引轨迹构件连接的风向舵；或者为用于转动所述导引轨迹构件的电子控制装置。

本发明还包括一种垂直轴式风力发电系统中风车装置的叶片控制方法，所述风车装置包括垂直主轴；通过叶片支架连接到所述垂直主轴上、从而可绕该垂直主轴的轴线旋转的垂直叶片，所述垂直叶片包括叶片自转轴，垂直叶片可绕该叶片自转轴的轴线旋转；其中所述方法包括利用导引装置导引所述垂直叶片，使得垂直叶片在绕垂直主轴的轴线旋转的同时，也绕叶片自转轴的轴线旋转，使得该垂直叶片在顺风方向运动时的有效受风面积大于逆风方向运动时的有效受风面积。