风叶失速可控制的垂直轴风力发电机

摘要

本发明涉及垂直轴风力发电机。目前在垂直轴风力发电机的风叶失速上还没有很好的控制方法，只能通过发电机的电磁刹车及手动刹车来控制风叶的失速，这就加大了发电机的体积及成本，及造成失速状态下功率输出的极大损失。本发明是用简单的控制片去消除风叶的失速。这种自动式控制片用转动机构与风叶相连，它可以根据迎角的变化而自动开闭。本发明不再需要额外的控制器，结构简单，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机，具体为一种应用于离网型垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发动机目前分为垂直式和水平式发动机；相对于水平轴风力发电机， 由于垂直式风力发电电机体积小、安装方便、启动风速小、风向改变时适应力 强，其具有效率高、风能利用率高、静音、维修成本低等优势，目前得到了广 泛的开发和利用。无论是阻力型还是升力型垂直轴风力发电机组在超过额定风 速以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低 风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。这样也同时限制了叶片承 受的负荷和整个风力机收到的冲击，从而保证风力机安全不受损害。否则，失 速将引起叶片震动，叶片动力失速是非线性颤振，将会引起很大的动应力，造成 叶片疲劳破坏，影响风力机运行安全性和可靠性。但目前现有技术的垂直轴风力 发电机在风叶失速上还没有很好的控制方法，只能通过发电机的电磁刹车及手 动刹车来控制风叶的失速，这就加大发电机的体积及成本的同时，还造成了失 速状态下功率输出的损失。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种改进型垂直轴风力发电机，解决了目前垂 直轴风力发电机叶片失速的问题。使风力发电机在高风速段依然保持功率的平 稳输出。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直的主轴，发电装置、升力叶片， 所述升力叶片为机翼状结构，并通过连杆、轮毂与主轴相连且绕主轴等距分布， 所述升力叶片上还安装有控制风叶失速的控制板。

本发明的进一步改进为：所述每片升力叶片上安装有一块控制板。

本发明的升力风叶采用了机翼状结构，其目的是为了充分利用机翼的启动 特性，利用机翼的升力特性来推动风轮的旋转。本发明在机翼上设置控制板， 所述控制板伏在风叶上随同风叶一起旋转。在小迎角情况下，空气动力将它压 在风叶上，处于闭合状态；当迎角增大到一定程度，风叶前缘的空气动力变为 吸力，将风叶前缘的控制板自动吸开，这增大了外侧面附面层中气流的速度， 降低了压强，消除了这里的分离旋涡，从而延缓了气流分离，避免了大迎角下 风叶的失速。

附图说明

图1为本发明的组装结构图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明中升力叶片的结构图；

图4为本发明控制板结构图

图中：1为主轴；2为升力叶片；3为连杆；4为轮毂；5为控制板；6为发 电装置；7连接轴；8为轴承。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步描 述，该实施例仅用于解释本发明，并不够成对本发明保护范围的限定。

参考图1、图2所示：本发明涉及一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直 的主轴1，安装在主轴1下面的发电装置6，连接在主轴1上的上、下轮毂4， 三块机翼状结构的升力叶片2，所述三块升力叶片2通过连杆3绕主轴1等距分 布；每块升力叶片2对应着上、下两组连杆3，每组连杆3为两根，其分别连接 升力叶片2和轮毂4，所述每组的两根连接3撑开形成角度β，而角度β选择在 30度-60度之间，以此可以提高连杆的整体承受力；所述下轮毂通过连盘与发 电装置6连接，当升力叶片2旋转带动轮毂旋转，从而通过连盘使发电装置启 动运行。风轮在旋转过程中，当风叶2的迎角小于临界迎角时候，控制板5是 处于闭合的状态。

参考图3所示：本图为升力叶片2的结构图，升力叶片2的顶端面上安装 有一块活动的控制板5，用于在强风风叶失速时减缓风叶的失速。控制板的后部 搭在风叶2前缘，后部微微向上抬起，抬起的角度有限制。风轮在旋转过程中， 当风叶2的迎角小于临界迎角时候，控制板5是闭合的，随着风速的加大，迎 角也随着增大，当迎角增大到临界迎角时，风叶将要失速时控制板5打开；控 制板张开与升力叶片形成角度α，所述α最大角度为0～50度，本例为30度； 所述每块升力叶片上安装有一块控制板。

参考图4所示：本案为控制板机构图。控制板5是一块带有弧度的板，轴承 8固定在风叶2的上下两端，中间有一根轴7，穿在控制板5的最前面。风轮在 旋转过程中，当风叶2的迎角小于临界迎角时候，控制板5是处于闭合的状态。

本发明的工作原理为：控制板5是一块带有弧度的板，轴承8固定在风叶2 的上下两端，中间有一根轴7，穿在控制板5的最前面。控制板的后部搭在风叶 2前缘，后部微微向上抬起，抬起的角度有限制。风轮在旋转过程中，当风叶2 的迎角小于临界迎角时候，控制板5是闭合的，随着风速的加大，迎角也随着 增大，当迎角增大到临界迎角时，风叶将要失速时控制板5打开，它与风叶2 表面形成一道缝隙，风叶1内侧面压强较高的气流通过这道缝隙得到加速而流 向风叶2外侧面，增大了外侧面附面层中气流的速度，降低了压强，消除了这 里的分离旋涡，从而延缓了气流分离，避免了大迎角下风叶的失速。

经计算，由于本结构去掉了发电机内电磁刹车装置，可以将垂直轴发电机 的成本减少15％，由于避免了风叶的失速，可以使发电能力整体提高40％左右。