[发明专利]一种垂直轴风力发电机

说明书

本发明公开了一种垂直轴风力发电机，属于风力发电设备领域，包括风力机、变速箱、发电机，风力机包括垂直转轴和若干叶片，叶片为等截面翼型叶片，每个叶片通过两个支撑板环向等距垂直安装在垂直转轴上；叶片前缘设有空腔，且在空腔的开口处覆盖有柔性膜。本发明提供的垂直轴风力发电机，采用局部柔性叶片，相对于传统刚性翼型有更加良好的气动性能；同等风速下能够有效提高风力机叶片升阻比，增大风力机输出转矩，拓宽风力机叶片有效工作工况范围，能够实现低风速下风能的有效利用，结构简单，便于控制。

技术领域

本发明属于风力发电设备领域，具体涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×10⁹兆瓦，其中可利用的风能为2×10⁷兆瓦。中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。

近几年出现的分布式能源系统概念的提出，为解决当前的能源问提供了新的方向，而风力发电是其中一个重要的组成部分。对风力发电设备，尤其是适用于分布式能源系统的中小型风力发电设备的研究具有重要的应用价值。当然应用相对较广泛的中小型风力发电机时H型风力发电机，H型风力机属于升力型垂直轴风力发电机，除适用于风电场外，还可以充分利用大型建筑物的集风作用和大型建筑物顶层的空间和高度。相对于中小型水平轴风力发电机，H型风力机额定转速低，无噪声，启动风速小，比中、小型水平轴风力机具有更广的应用范围。

然而，H型风力机叶片一般采用等截面翼型结构，在大多数应用场合如居民区、高层建筑等，风力一般较低，且风力机实际运行中，风速有可能不断变化，风力机无法工作在最佳工作工况点，尤其是当风速变低时，来流攻角变小，风力机叶片上易出现流动分离现象，叶片上的升力变小阻力增大，不能获得最大的转矩，只能低负荷运行，或者风速过低导致风力机不能启动运行，造成风电设备年运行小时数低，仍然存在启动风速高和输出效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发电机，该垂直轴风力发电机结构简单，便于控制，拓宽了风力机叶片有效工作工况范围，能够实现低风速下风能的有效利用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种垂直轴风力发电机，包括发电机、变速箱及风力机，风力机包括若干叶片以及垂直转轴，叶片为等截面翼型叶片，每个叶片通过支撑板周向等距垂直安装在垂直转轴上；在叶片表面设有空腔，且空腔的开口处覆盖柔性膜。

所述空腔位于叶片压力面的前缘处，或者位于叶片吸力面的前缘处，或者位于叶片吸力面的后缘处。

在空腔内至少设有一个能够使柔性膜强迫振动的激振装置；

所述激振装置包括激振器、固定装置及弹簧，激振器固定安装在空腔底部，弹簧的一端通过固定装置连接在激振器上，另一端固定在柔性膜的中心，通过激振器带动弹簧动作，弹簧动作带动柔性膜进行强迫振动。

空腔内还设有用于支撑柔性膜，且能够充、放气的气囊。

气囊能够充放气。

柔性膜采用聚酯纤维薄片制成。

柔性膜采用压电材料制成。

空腔内至少设有一个压电材料控制装置，压电材料控制装置包括压电传感器、压电控制单元，压电传感器用于测量柔性膜的振动频率和位移，压电控制单元用于输出控制柔性膜的电流信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：