[实用新型]包括后缘副翼和压电致动器的风轮机叶片

说明书

技术领域

本实用新型涉及风轮机叶片，尤其是带有可替换的后缘部分的风轮机叶片，该后缘部分也称为副翼，用于改变叶片的空气动力学外形并由此影响整个叶片结构上的升力和曳力。特别地，本实用新型涉及一种用于使叶片的后缘部分相对于主体叶片部分移动的致动器结构，该致动器结构包括压电元件的堆叠。

背景技术

已知后缘副翼影响风轮机叶片的空气动力学特性。WO2004/088130(ForskningscenterBak et al.)公开了一种包括一个或多个可变形的后缘翼型部分的风轮机叶片，该可变形的后缘翼型部分包括用于提供形状变化的致动器装置。WO2004/088130公开了“智能材料”和集成在可变形材料中的机械致动器的使用，该可变形材料改变前缘和后缘部分的外部几何形状并从而改变叶片部分的空气动力学受力。所谓“智能材料”是指一旦供给电压就会变形的材料。优选的材料包括：形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、电流变液、电致变色材料、电活性聚合物、手性材料、导电聚合物、光敏材料、厚的和薄的膜、光学纤维、可调的电介质、自监测材料、自组装材料、自修复/复原材料、生物材料、电供应、电源和自动力、多层和复合材料和/或“智能复合材料”。

实用新型内容

本实用新型的实施例的一个目的是提供以WO2004/088130中公开的基于压电的致动器为基本原理的实施例，该实施例精确、可靠、具有长的使用寿命、能快速响应空气动力学负荷中的改变或控制指令并且能抗闪电和抗疲劳。

在本实用新型的第一方面中，提供了一种风轮机叶片，该叶片包括叶片主体和可移除地连接到该叶片主体的后缘(尾缘)部分，该叶片还包括：

-至少一个致动器结构，该致动器结构位于叶片内部，并布置成使后缘部分和叶片主体相互连接，该致动器结构包括由复数个压电元件构成的堆叠，以使该压电元件的堆叠能够作为线性致动器运行；

-该致动器结构设置成能够使后缘部分相对于叶片主体移动或变形。

可通过例如经由电极向压电元件的堆叠供给电压来控制致动器结构。已发现，使用压电元件的堆叠可使致动器结构可靠、稳定且抗疲劳。而且，这也是容易控制的，例如响应于供给的电压。对致动器结构的控制可借助于控制系统方便地实现，该控制系统向压电元件供给电压，例如响应于叶片上的空气动力学负荷的变化、绝对的或相对的风速、湍流、转子转速、所需动力输出或其它参数。

虽然在此一直使用术语“压电元件”，但应当理解，压电元件可以包括随后的任一元件或材料或由以下的任一元件或材料替代，以便同样实现本实用新型的效果和优点，所述元件或材料包括：形状记忆金属、压电材料、磁致伸缩材料、电流变液、电致变色材料、电活性聚合物、手性材料、导电聚合物、光敏材料、厚的和薄的膜、光学纤维、可调的电介质、自监测材料、自组装材料、自修复/复原材料、生物材料、电供应、电源和自动力、多层和复合材料和/或“智能复合材料”。

本实用新型还提供一种风轮机，尤其是一种水平轴线风轮机，它包括一个或多个根据本实用新型第一方面的叶片。在其中叶片包括与压电元件接触的电极的实施例中，风轮机优选包括控制系统，以用于控制通过电极向压电元件的堆叠供给的激活电压，以便从而控制致动器结构。该控制系统可包括风速仪和/或用于测量至少一个叶片上的负荷的负荷仪表，以便允许控制系统响应于风速和/或叶片上的负荷来控制该至少一个致动器结构。

用以控制压电元件的电压可借助于一个或多个电极来提供，该电极设置成与压电元件接触。例如，可设置控制系统以用于通过所述电极控制向压电元件的堆叠供给的激活电压，以便从而控制致动器结构。该控制系统可响应于外部输入，例如风速测量结果或所测量的叶片负荷-如叶片表面上的压力，来借助于叶片根部处的一个或多个转矩传感器或借助于叶片表面的一个或多个压力量表来控制压电元件的堆叠并且因此控制致动器结构。对致动器结构的控制还也可以或可选择地响应于所需的动力输出或风场的湍流度来完成。该控制可以响应于风速、湍流、负荷等的即时测量结果来进行，或者可以响应于平均值来进行，例如根据抽样超过例如2到5秒一直到24小时的时间段的值。

在压电元件的堆叠一种适宜的构型中，相邻的压电元件布置成极性方向相交替，由此可将电极布置在相邻的压电元件之间，相邻的压电元件由于都与相同的电极接触而享有共同的电极。这种构型节省空间和成本。然而，其中相邻的电极以单向的电极方向布置的其它构型也是可能的。