[发明专利]一种垂直轴配重风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种垂直轴配重风力发电机。

背景技术

现在的风力发电机多采用水平轴结构，通过尾翼改变风轮方向，使风轮正面迎风旋转，叶片在旋转时产生较大的气动噪音，对环境构成了严重的影响，而且往往只能通过加大风轮叶片以获得较大的功率，导致了风轮抗风能力差，容易在强风时受到损坏，降低了使用寿命。

目前市场上出现的垂直轴风力发电机有着噪声低、抗风能力强、可接受任何方向的风力等优点，但是这种垂直轴风力发电机都存在发电效率低的缺点，类似地铁和火车行驶、飞机起降所引起的风大多具有速度快、持续时间短的特点，如果使用这种垂直轴风力发电机，不能充分的将风能转换成电能。当瞬时高速风来临时，一般的垂直轴风力发电机的转动惯量相对较小，会在瞬间有较大的转速，产生过大的瞬时发电电压容易导致电路、蓄电池烧坏，不能够充分的将机场、火车轨道旁、地铁隧道等场合丰富的瞬时高速风力资源利用起来。

在专利号为ZL 200720174908.X的中国实用新型专利文件中公开一种发电机结构，该发电机具有数根支架，支架上分别固定设有叶片，叶片上设有用于放置配重的配重点。其配重主要的作用是用来调整风力发电机各张叶片间的重量分配，而达到风力发电机平衡运转不晃动；且该发电机的配重点设置在叶片离立轴较近的内部边缘上，这样的结构设置使得配重的转动半径相对较小，不能使其产生的转动惯量最大化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种发电效率高、转动惯量最大化、能够避免瞬时发电电压过大、适合在瞬时风速大的场合使用的垂直轴配重风力发电机。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种垂直轴配重风力发电机，包括叶片、立轴、发电机组，其特征在于：还包括配重，用来改变风力发电机的转动惯量；所述配重通过焊接或者胶接方式安装在所述叶片远离立轴的外侧边缘，使其转动半径达到最大。

优先地，每一张叶片上分别安装有形状、大小、数目、重量都相同的配重。

优先地，所述配重和叶片紧密相贴，配重的形状根据叶片的形状作选择，与叶片外缘的轮廓线相吻合。

优先地，所述配重的材质为钢材。

优选地，所述叶片为双层或多层排布，各层叶片之间设置有夹板，相邻层的叶片呈交叉分布，叶片为圆弧形。

优选地，所述叶片的圆弧形边缘上有凸块，所述夹板上有和圆弧形叶片上凸块的数目、形状、大小相对应的凹槽，叶片通过凸块和凹槽相连接后固定在夹板上。

优选地，每一层各有三张叶片，三张叶片之间呈120°夹角分布。

优选地，所述叶片材质采用铝合金或树脂材料制成。

优先地，所述发电机组包括发电机、控制器和蓄电池，发电机通过控制器与蓄电池连接。

本发明的主要原理：

(1)风力发电机的转动惯量J：

J＝∑J_i(i＝1，2，3)

其中J₁表示配重的转动惯量；J₂表示叶片的转动惯量；J₃表示风力发电机上除配重、叶片外其他物体的转动惯量总和。

配重的转动惯量J₁：

J₁＝m₁r₁²

其中m₁是配重的质量；r₁是配重和立轴的垂直距离，即为配重的转动半径。

由上述J和J₁关系式可知：当配重的转动半径r₁一定时，增大配重的质量m₁，使配重的转动惯量J₁增大，从而可使风力发电机的转动惯量J增加。

(2)风力发电机的转动惯量J：

J＝∑m_zr_z²(z＝1，2，3...)

m_z是风力电机上产生转动惯量的物体的质量；r_z是风力发电机上产生转动惯量的物体和立轴的垂直距离，即为该物体的转动半径。

风力发电机的动能T：