[发明专利]动力帆风能机及其自转和公转的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风能机，特别是一种有效提高风帆做功效率的动力帆风能机。

背景技术

目前风力发电机主要是水平轴螺旋桨式升力风能机，这种风机虽然技术已经很成熟，但有其与生俱来的局限：

1、效率低。

(1)帆片是升力工作原理，虽然做工时，其线速度高，但风叶的迎风面与背风面的风压差不大，很难充分利用风能。

(2)叶片做功面积只占“扫风面积”的10％以下，且整条叶片中只有中、根部是做功部分，越往叶片末端越往风能消耗趋势发展。

2、安全性有局限，材料技术要求高，价格昂贵

由于叶片顶端高于塔架顶端且随风转动，导致无法在最有利的部位加固塔架，使塔架体积粗大，占整个风机的比例很大；叶片越做越长(现已有60米以上的)，塔柱越来越粗高，就目前的材料技术很难有质的发展。

现有叶片都是采用高科技复合材料，整体制造运输安装维护难度大，费用高。

另外还有￠型叶片风能机和H型叶片风能机，二者的基本情况是消耗风能的运转面积与利用风能的运转面积几乎相等，效率无法提高，且技术上不很成熟，国外一台60米高的￠型风能机在中国试运行当中叶片很快损坏。

为了改变风机效率低、造价高的问题，人们还设计了具有自转和公转同时进行的风叶风能机，如申请号为201010185460.8的笼式风叶风力发电机，包括主轴、风叶和风叶框架，其中，在风叶框架上装有若干个风叶，每个风叶安装在风叶轴上，风叶轴安装在风叶框架上，可以自转；风叶框架安装在主轴上，围绕主轴公转；主轴上安装有固定的定向轮，风叶轴上安装有被动轮，定向轮和被动轮之间设有传动装置，定向轮和被动轮的传动比为2∶1，风叶的公转和自转方向相反；笼式风叶可以竖置或横置，并设置风向标调整受风面。

还有申请号为200510119803.7的一种动力传输装置，为一种多用途的利用叶片自转和公转相结合运转的动力传输装置。该动力传输装置包括叶片、叶片自转轴、叶片框架轮，还包括与叶片自转轴连接的自转控制机构，自转控制机构用于控制叶片自转轴的转速和旋转方向，使得叶片自转轴的旋转方向与叶片框架轮绕公转轴线的旋转方向相反，并且使得叶片自转轴的转速与叶片框架轮绕公转轴线的转速之比为1∶2。

上述两种具有自转和公转的风能机，虽然可以使风叶随风叶框架转动到特定的顺风点而能够使风叶与风向垂直，随风叶框架转动到特定的逆风点而能够使风叶与风向平行，从而增加了受风做功的面积，减少了逆风做功的面积，使得整个风能机运转效率得到提高，风能转化为机械能的效率得到了提升。但是，由于上述风能机风叶自转及公转是由特定的传动机构所带动，并且使风叶的自转轴与绕公转轴的转速比为1∶2，在整个公转周期中，只有当风叶到达了顺风点及逆风点时，才能够得到最高的运转效率，而风叶处于逆风侧的其他逆风位置时，风叶逆风做功仍然会产生很大的阻力，同时风叶处于顺风侧的其他位置时，与顺风点所能达到的运转效率相差甚远，形成一种缓慢提升和衰减的做功状态，影响了它的风能利用率。上述的风能机由于其对风叶自转和公转的传动控制采用所述特定传动结构的缘故，使其风能与电能的转化效率达到了一种瓶颈状态，无法提升。

故，为了进一步的提升风能的利用率，突破上述运转效率的瓶颈，更好的利用这种环保资源，减少环境污染，亟待一种更为进步、风能利用率更高的新的风能转换设备的出现，以符合人类社会及环境可持续发展的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种动力帆风能机及其自转和公转的控制方法，以提高风能机的运转效率。

本发明的技术解决方案是：

一种动力帆风能机，其特征在于，该动力帆风能机包括主轴、引导盘、旋转支架及风帆组件，所述旋转支架能够绕所述主轴公转，所述风帆组件能够在所述旋转支架上自转；且所述自转与公转的方向相反；其中，所述引导盘上设置的导引轨道与所述风帆组件配合设置，并控制所述风帆组件以预设轨迹自转，所述自转为非匀速自转；于所述风帆组件的一个公转周期内，根据所述风帆组件的风帆与风向的不同夹角，包括有一对应一第一公转角的顺风最大阻力状态区域，于该顺风最大阻力状态区域内，所述风帆与风向垂直正交。