[发明专利]垂直轴风力发电机的叶片支持翼结构

说明书

本申请是申请号为200780036359.2，申请日为2007年6月25日（优先权号200610117017.0，优先权日2006年10月11日），名称为垂直轴风力发电机的叶片支持翼结构的发明分案申请。

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种可通过调节叶片支持翼的结构，使得风轮在环境风速超过额定风速的情况下始终保持稳定的转速，从而确保垂直轴风力发电机恒定的功率输出。

技术背景

如图1，是现有的叶片支持翼结构图，现有的垂直轴风力发电机的风轮采用具有一定翼形的直叶片6，叶片的轴线和回转中心的轴线平行，这些叶片一般被固定在绕垂直轴7旋转的叶片支持翼1上。当一定强度的风吹在这些具有一定翼形，并和旋转轴的切线形成一定角度的直叶片上时，就在这些叶片上产生了升力和阻力。当升力大于阻力时，就产生了绕垂直轴转动的力矩，使整个风轮转动。

图2所示，是现有的叶片固定安装的示意图。对于垂直轴风力发电机，叶片前、后缘的连线被称为“弦线”，叶片的弦线与叶片旋转过程中圆周上某一位置的切线夹角称为叶片“转角”，并设为α。当叶片的弦线与切线平行时α为零度，当叶片按其回转中心顺时针方向旋转时，α设为正；当叶片按其回转中心逆时针方向旋转时，α设为负。

上述叶片一般被固定安装在绕垂直轴旋转的悬臂支持翼（或称为悬臂支架、叶片支持翼）或环型支架上，且不能相对于叶片支持翼转动，也即叶片转角α是固定不变的固定支持翼结构，叶片支持翼的一端与叶片固定连接，另一端与垂直轴固定连接。

对于垂直轴风力发电机风轮的转速受叶片转角α大小的影响情况，可参看本发明人申请的中国专利公开号CN1831330A和另案申请的中国专利申请号200610028267.7。

当叶片转角α较小时，风轮可以获得较高的转速和风能利用率。对于叶片转角α固定的垂直轴风力发电机，其风轮的转速和环境风速成正比，在一定的叶片转角α条件下，环境风速越高，风轮的转速也越高，而风能与环境风速的立方成正比，当环境风速从10米/秒增加到25米/秒时，则风能增加了近16倍。因此垂直轴风力发电机就需要有较大功率的发电机与风轮匹配，使垂直轴风力发电机可以在较高的环境风速下保持工作状态，那样就必须将垂直轴风力发电机的额定风速设计得很高。但从发电机的特性上考虑，额定风速高，在低风速时效率就很低，而自然状态下绝大多数情况都是低风速，因此降低了垂直轴风力发电机的效率，为了使垂直轴风力发电机能够在比较宽的风速范围内保持额定输出功率，就必须使风轮在环境风速超过额定风速后仍然保持较恒定的转速和输出功率，达到垂直轴风力发电机在比较宽的风速范围内保持工作状态，提高垂直轴风力发电机的应用价值。

现有的克服上述技术缺陷的方案是对于几百瓦的小型风力发电机采用增加负载电阻的方法，大型的水平轴风力发电机采用“偏航和变浆距”的方法，大型的垂直轴风力发电机采用改变攻角的方法，请参看本发明人申请的中国专利公开号CN1831330A和另案申请的中国专利申请号200610028267.7。但上述方案从成本上考虑不适合几千瓦到几十千瓦的垂直轴风力发电机。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，克服现有垂直轴风力发电机设计上的缺陷，提出一种垂直轴风力发电机的叶片支持翼结构，不但解决了几到几十、甚至数百千瓦垂直轴风力发电机的功率恒定输出问题，也可以在几百瓦的小型垂直轴风力发电机上得到应用，取代目前使用的负载电阻这种粗糙的卸荷方式，应用广泛。

本发明的具体技术方案如下：

一种垂直轴风力发电机的叶片支持翼结构，包括固定支持翼1，还包括转动支持翼2，所述转动支持翼的一端21与固定支持翼的一端12连接并可绕该固定支持翼的一端12转动。

上述转动支持翼的一端21与所述固定支持翼的一端12连接处设有回转中心轴3，所述转动支持翼2可绕该回转中心轴3旋转。

在上述转动支持翼的另一端22连接可控制转动支持翼2绕回转中心轴3旋转的旋转角度β的控制部件4，该控制部件4与前述转动支持翼相邻的固定支持翼一端12′连接，以此方法沿风轮单方向依次设置若干个控制部件4。

在上述固定支持翼的一端12设有控制转动支持翼2绕回转中心轴3旋转的旋转角度β的控制部件4。

在上述转动支持翼的一端21上设有控制该转动支持翼2绕回转中心轴3旋转的旋转角度β的控制部件4。

上述控制部件的一端41和另一端42分别控制转动支持翼的一端21和固定支持翼的一端12，控制转动支持翼2绕回转中心轴3旋转的旋转角度β。