[發明專利]一種直葉片垂直軸風力發電機的被動槳距控制裝置

有效

• 申請號: 201610100308.2
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105545597B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 李朝;肖儀清;馬紅霞;王曉璐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: F03D7/06
• 分類號: F03D7/06;F03D3/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

1.一種直葉片垂直軸風力發電機的被動槳距控制裝置，其特征在于所述裝置包括垂直設置的主軸、葉片、支撐桿、滑道、離心質量滑塊、彈簧；其中，所述葉片與主軸平行設置，支撐桿分別與葉片、主軸剛性連接；支撐桿上靠近葉片的一端設置所述滑道，離心質量滑塊可在滑道上自由滑動，葉片與離心質量滑塊通過兩根彈簧連接，其中一根彈簧與所述離心質量滑塊的一端連接，另一根彈簧與所述離心質量滑塊的另一端連接；隨著轉速的增加，離心質量滑塊在滑道上的滑動為彈簧提供更大的反力支撐，相當于增大了彈簧的剛度，以約束葉片的槳距角變化；所述被動槳距控制裝置通過被動方式實現風機葉片槳距按照預定的方位角θ、葉尖速比λ下的最優槳距角β(θ,λ)轉動，方位角θ、葉尖速比λ下的最優槳距角β(θ,λ)的曲線形狀與正弦函數Asin(θ)相近，幅值A隨著λ的增加逐漸降低，其中，λ為葉尖速比。

2.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：所述支撐桿與葉片鉸接形成轉軸，葉片通過繞所述轉軸轉動調節槳距角。

3.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：在滑道、離心質量滑塊及彈簧構件外包裹防塵保護罩。

4.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：葉片旋轉過程中，離心質量滑塊在離心力作用下向靠近葉片位置滑動，進而壓縮彈簧，使其剩余變形量隨著轉速的增加越小，而彈簧的剩余變形量即為葉片的槳距角變化幅值。

5.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：最優槳距角的確定基于多流管葉素理論或計算流體動力學的模擬與多目標優化方法結合，通過大量試算迭代得到不同方位角θ、不同葉尖速比λ下的最優槳距角β(θ,λ)。

6.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：葉片的氣動扭矩M_Aero(θ)與所述被動槳距控制裝置的彈簧對產生的扭矩M(θ)在方位角θ、葉尖速比λ下的最優槳距角β(θ,λ)位置處大小相等，方向相反，使葉片槳距角保持在最優槳距角β(θ,λ)，處于最大升力攻角位置且不失速，即產生最大切向牽引力，風能采集效率最大化。

7.根據權利要求1所述的被動槳距控制裝置，其特征在于：所述彈簧的長度、剛度以及離心質量滑塊的質量均針對具體風機特征參數經過多目標優化設計。

8.一種彈簧調節槳距的直葉片垂直軸風力發電機，其特征在于：所述風力發電機包括根據權利要求1-7任一項所述的被動槳距控制裝置。