[發明專利]一種提高風能利用率的垂直軸風力發電機及其使用方法

在審

• 申請號: 201810121779.0
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108343545A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 李保平
• 申請（專利權）人: 杭州啟澄科技有限公司
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種提高風能利用率的垂直軸風力發電機及其使用方法，包括風葉、自驅動裝置和對風控制器。風葉包括第一風葉和第二風葉，第二風葉鉸接于第一風葉的葉尖處；自驅動裝置包括有驅動電機、液壓缸和刻度彈簧，液壓缸和刻度彈簧均連接第一風葉和第二風葉。本發明的風葉轉動時，對風控制器根據風葉轉動角度控制自驅動裝置，在驅動電機的作用下使液壓缸動作，在風葉壓力側使第二風葉的受風面積最大，而在吸力側使第二風葉的受風面積最小，同時刻度彈簧記錄第二風葉相對于第一風葉的旋轉角度，并將其回傳至對風控制器以實現角度的實時矯正。本發明采用上述結構可使風葉回程風阻最小，進程風阻最大，顯著提高垂直軸風力發電機的風能利用率。

技術領域

本發明涉及一種風力發電機，尤其是涉及一種提高風能利用率的垂直軸風力發電機及其使用方法。

背景技術

現有的垂直軸風力發電機，其風葉大多呈一體式固定安裝于底座上，導致在風力的作用下一部分風葉作正功，而另一部分風葉作負功，最終使風能未得到充分利用，降低了風能的利用效率。

現有的垂直軸風力發電機風葉通常采用NACA系列的對稱性風葉，這是因為垂直軸風力發電機在運行時風葉會交替性的成為正壓側和負壓側，這樣能夠得到較為穩固的風力發電機結構，但同時也存在如下的問題：

1、風能利用率不高，在風葉交替成為正壓側和負壓側的同時，正壓側風葉作正功，而負壓側風葉則作負功，因而在風葉旋轉的過程中，需要一定程度克服負壓側給轉軸帶來的負扭矩，從而使風能的利用效率降低。

2、現有技術的垂直軸風力發電機也有將風葉分段的情況，但大多止于此，沒有對分段后的多段風葉進行實時角度控制，使在正壓側和負壓側的受風面積未達到最優。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種結構簡單，運行平穩且風能的利用率高的垂直軸風力發電機及其使用方法。

本發明采用的技術方案如下：包括轉軸、風葉、風向儀、自驅動裝置、對風控制器、底座和頂座。風葉包括第一風葉和第二風葉，第二風葉的葉根鉸接于第一風葉的葉尖處，兩者可實現相對轉動。風向儀固定安裝于垂直軸風力發電機頂座上，自動記錄風向并將風向數據實時傳遞給對風控制器。自驅動裝置包括有驅動電機、液壓缸和刻度彈簧，其中，液壓缸和刻度彈簧均固定連接第一風葉和第二風葉；液壓缸由對風控制器控制，實現直線方向的伸縮，液壓缸伸縮的同時，第二風葉與第一風葉實現相對轉動，并且第二風葉在其成為正壓側時，受風面積始終最大，而在第二風葉成為負壓側時，受風面積始終最小；所述正壓側為風葉轉動過程中其轉速方向與風速方向的夾角為銳角、作正功的一側風葉，所述負壓側為風葉轉動過程中其轉速方向與風速方向的夾角為鈍角、作負功的一側風葉。

所述液壓缸在直線方向伸縮的同時，刻度彈簧記錄第一風葉和第二風葉的相對轉角，并將該相對轉角值實時傳遞給對風控制器，實現風葉角度的實時矯正；所述對風控制器在接收到所述相對轉角值和所述風向儀的風向數據時，輸出控制信號給驅動電機，用以控制所述液壓缸的直線推進速度和直線推進加速度，以使第二風葉的受風面積最大或最小。

所述刻度彈簧為盤形刻度彈簧，并且帶有盤形刻度盤。

本發明的風葉轉動時，對風控制器根據風葉轉動角度控制自驅動裝置，在驅動電機的作用下使液壓缸伸縮動作，在風葉正壓側使第二風葉的受風面積始終最大，而在負壓側使第二風葉的受風面積始終最小，同時刻度彈簧記錄第二風葉相對于第一風葉的旋轉角度，并將其回傳至對風控制器以實現角度的實時矯正。

所述風葉位于正壓側時，風葉平面基本垂直于風速方向，使風葉的受風面積始終最大，所述風葉位于負壓側時，風葉平面基本平行于風速方向，使風葉的受風面積始終最小。

本發明還提供一種提高風能利用率的垂直軸風力發電機的使用方法，包括以下步驟：

步驟1：在垂直軸風力發電機運轉時，風向儀測量實時風向，并將風向數據傳遞給對風控制器；