[发明专利]高效大功率垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明属于风力发电机技术领域，提供一种风力发电机，尤其是一种高效大功率垂直轴风力发电机。

背景技术

风能是水能之外最具规模应用前景的可再生能源，受到世界各国的高度重视。中国已成为世界上最活跃的风电市场。2009年全国新增风电装机容量超过800万千瓦，累计总容量已达2000万千瓦以上。因此，我国风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广阔。

风力发电机按旋转轴的方向来分，可分为水平轴和垂直轴两种。

在现有技术中，垂直轴风力发电机越来越显示出其高效、功率大和便于安装使用、寿命长等优点。但是，在垂直设置的风轮被风吹动旋转时，风轮的转动速度并不能随风力成比例增加，在风力不是很大的情况下这一情况更加突出，究其原因是，如图1所示，当来风气流(图1中平行的若干箭头所示)冲击风轮时，在其迎风面的一侧受到的是驱动风轮转动的有效推力，而在另一侧受到的则是阻止风轮转动的阻力，上述两种力的合力是来风气流致使风轮旋转作功的有效动力。由于迎风面上一侧风阻的存在，显著降低了垂直轴风轮受来风获得的驱动力，使得发电机的效率降低。

现有技术中解决这一问题的方法是在风轮迎风面设置导流装置，构建一个导流风场，使得来风按照导流装置提供的通道吹向风轮而推动风轮转动。这种通过将自然风引入导流通道，再推动风轮叶片的消除风阻力的方法，存在降低自然风风力的缺点，同时，自然风的风向会频繁变化，如果导流装置不随风向改变导流方向，导流装置带来的风能损耗将更大，如果设计可以随风向变化而改变导流方向的导流装置，势必使得导流装置的结构变得复杂，这给在风场这样特定严酷的环境中的使用、管理和维护都会带来不便。

现有风力发电机的风轮叶片多为大小头三角形式，小头细长，这种又细又长的叶片，受风力容易变形和产生共振，且受风压很容易折断，存在抗风能力差的问题，旋转时的共振，可造成发电功率偏低的问题，由于这类风轮叶片的上述问题，加上现在的风力发电机有向大型化、大功率方向发展，随着风轮直径的增大，叶片的损坏率更高，使用寿命更短，给风力发电的发展带来较大的负面影响。

发明内容

本发明的首要目的在于改进现有技术发电机风轮受到风力产生阻碍风轮转动的阻力使得发电机功率和效率不高的缺陷，提供一种与现有建立导流风场原理完全不同，能够最大限度地减少阻止风轮转动的阻力，从而提高风轮的转动效率的带有增能翼的高效大功率垂直轴风力发电机；

本发明进一步的目的在于提供一种其中风轮叶片强度、刚度高，重量轻阻力小的高效大功率垂直轴风力发电机；

本发明的目的是这样实现的：

一种高效大功率垂直轴风力发电机，包括一风轮，其可转动地固设在一中心塔柱上，所述风轮上设有若干叶片，在所述风轮和塔柱之间设置发电机组，该发电机组的定子部分环绕设置在塔柱上，转子部分设置在所述定子部分的外周，并与风轮的轮毂固联；

还包括一增能翼，该增能翼为一挡风物体，其以不阻挡所述叶片的转动的方式设置在一支架上，且在所述风轮迎风面的前方，该增能翼的挡风面与所述风轮的接受来风气流而转动受阻的一侧迎风面的叶片相对应，使得所述风轮由于来风气流而转动受阻的侧面被挡住，该支架设置在一固定机架上。

本发明解决因来风造成风轮阻力矩而使发电机效率降低的问题是采用与现有技术完全不同的理念，即应用了切断风流场的原理，通过设置的挡风物体，将对风轮产生阻力矩的气流挡住，使其不能作用于风轮相应的叶片。通过该挡风物体的阻拦，可以增加发电机的发电功率，故而称该挡风物体为增能翼。

所述增能翼是板式增能翼，其包括一板件，其固设在所述支架上，该板件的侧面与所述风力发电机的风轮的迎风面相对应构成所述挡风面；或者，

所述增能翼是风轮式增能翼，其包括至少一风轮，其可转动地设置在一根风轮轴上，该风轮轴固设在所述支架上，该增能翼风轮上叶片的最外侧旋转形成的圆柱体轨迹构成所述挡风面。

本垂直轴风力发电机风轮为垂直叶片风轮，其中的叶片通过两根或多干支撑杆连接到风轮中的轮毂上，所述轮毂的至少一个与所述风力发电机的转子相连接，另外的所述轮毂与所述中心塔柱可转动地连接；该叶片的形状为一垂直的柱状体，其水平截面为飞机机翼的断面形状，即相对于风轮的转轴，其外侧表面和迎风的端面为圆滑过渡的流线型弧面，该外侧表面与相对的内侧表面之间的圆滑过渡，形成较大的迎风端即叶片的头部和较小的尾部；和/或，该柱状体在垂直方向上各水平截面大小形状相同。