[發明專利]變攻角阻力與升力混合型垂直軸風力發電機

無效

• 申請號: 200910071705.1
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101520031A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 張立勛;王康;張松;萬曉正
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/00;F03D3/06;H02J7/00;H02J7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及垂直軸風力發電機，特別是一種結合了阻力型與升力型的垂直軸發電機。

(二)背景技術

風力發電機又稱風車，是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置。按風輪軸的不同可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。能量驅動鏈(即風輪、主軸、增速箱、發電機)呈水平方向的，稱之為水平軸風力機。能量驅動鏈成垂直方向的，稱之為垂直軸風力機。垂直風力發電機可分為阻力型和升力型兩類。

已有技術中關于利用風能、太陽能以及其組合的發電裝置的公開報道較多。但是，一般的垂直軸風力發電機的風輪采用升力型，葉片形狀復雜，制造成本較高，葉片的軸線和垂直軸平行，風輪的轉動與風向無關，因此不需要像水平軸風力機那樣采用迎風裝置。由于葉片與懸臂支架的角度固定不變，因此，葉片產生的驅動力矩的大小和方向是不斷變化的，不可能產生攻角始終為最優攻角時的最大力矩，同時還會產生較大的阻力矩，所以現有的垂直軸風力發電機的啟動風速較大且風能利用率不高，環境適應性不強。

相似專利以申請號為200610023892.2的專利名稱為“垂直軸風力發電機葉片攻角調節方法和調節裝置”的發明專利最具有代表性，其葉片攻角的變化是通過凸輪機構實現的。這就產生了它的弊端，凸輪機構具有傳動效率低、低速性、結構復雜、加工困難、成本高的缺點，這也使得此項發明功耗大、不適用于高風速場合、成本高。

本發明的申請人曾提出了申請號為200810064624.4、名稱為“變攻角阻力型垂直軸風—光互補式發電機”的專利申請。該專利申請文件中記載的技術方案的葉片轉動裝置使用電機多，結構復雜，噪音高。而且因為僅僅利用了風的阻力，在高風速條件下風能利用率降低很多。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種葉片攻角可調節、能同時利用阻力與升力、能提高發電機的風能利用率和環境適應能力以及降低啟動風速的變攻角阻力與升力混合型垂直軸風力發電機。

本發明的目的是這樣實現的：

它包括電力轉換裝置、發電機、發電機V帶輪機構、主軸、套筒、懸臂支架、葉片；主軸外直接通過軸承連接套筒，套筒與懸臂支架連接，葉片設置在懸臂支架上，懸臂支架上設置有葉片轉動裝置，主軸頂端設置有風向標；所述的葉片轉動裝置的組成包括直流電機、同步帶輪、同步帶，直流電機安裝在一個下懸臂支架上，直流電機軸上連接同步帶輪，其他下懸臂支架與直流電機軸相應的位置上安裝同步帶輪，每個葉片軸上帶有同步帶輪，直流電機軸上連接的同步帶輪所處的內圈同步帶輪通過同步帶相連，把動力傳遞給內圈的另外的同步帶輪，內圈的帶輪再通過同步帶分別傳遞動力給中圈的同步帶輪，同樣的方式再傳遞到外圈的同步帶輪；發電機輸出的低壓交流電經逆變器整流后輸出直流電充入蓄電池組；葉片轉動裝置以蓄電池組為電源；風向儀聯接控制器，控制器控制葉片轉動裝置。

本發明還可以包括這樣一些特征：

1、主軸與上、下套筒之間設置有角接觸球軸承和深溝球軸承，發電機帶輪安裝在發電機軸上，套筒帶輪固定在下套筒上，發電機帶輪與套筒帶輪通過V帶相連接。

2、葉片轉軸設定在葉片的中心處。

3、每一個葉輪采用兩個葉片，并且內葉片大、外葉片小。

4、包括四個葉輪，四個葉輪垂直連接為一個大葉輪。

套筒和懸臂支架固連在一起，可通過角接觸球軸承和深溝球軸承繞主軸旋轉。

風速風向儀可測得風向，可把該風向信號轉化為電信號，并傳遞給控制器，控制葉片轉動裝置的驅動電機。

本發明在工作過程中，可根據風向儀測得的風向信號與光電編碼器測得的葉輪位置信號通過控制系統有效地調節葉片攻角，使垂直軸風力發電機達到如圖3的效果。

葉片相對于其連接的懸臂支架可做水平轉動，為使葉片在旋轉過程中能耗最低，葉片轉軸設定在葉片的中心處，即葉片相對于轉軸在形狀和重量上都對稱。本發明的葉片轉動裝置在調節葉片轉動的過程中，需消耗一些能量，但由于葉片的對稱結構，風力相對于葉片轉軸產生的力矩為0，所以電機只克服摩擦做功，電機損耗的能量很小。

本發明采用阻力型與升力型混合利用的垂直軸風車形式，可根據風向儀測得的風向和光電編碼器測得的葉輪位置信號自動調節葉片的角度，使風機始終處于可產生最大力矩的狀態，有效地降低了啟動風速。所以，本發明不必像傳統風機那樣必須架起10多米高，以獲得足夠的啟動風速。這種啟動風速較低的優勢使得本發明便于隱藏，例如，隱藏在山區樹叢中，或者作為水面浮漂物，以提供部隊用電，運用于國防軍事。

(四)附圖說明

圖1是本發明的三維整體效果圖。

圖2是本發明的主視圖(局部剖視圖)。