[发明专利]可自动调节迎风截面的垂直轴式风力发电机风叶结构

说明书

技术领域

本发明属于风力发电设备技术领域，具体涉及一种风力发电机的风叶结构。

背景技术

垂直(竖)轴式风力发电机是利用自然界中的风能使之转化为电能的发电装置，风大、风小都能发电，且任何方向吹来的风都能使风叶转动而发电。目前，市场上的垂直轴式和水平轴式风力发电机发电的电压都随风能的大小变化增大或减小，输出的电压不稳定。当风速较小时，垂直轴式和水平轴式风叶轮转动较慢，而当风速较大时，风叶轮转动很快，这样发出的电压就相差很大。所以这二种风力发电机都要安装一套复杂的控制风速的调节器，这样会严重影响风能的利用。这是因为安装了控制风速的调节器，增加了风力发电机的负荷，降低了风能的发电效力。当风速超过9级大风，风车会自动停机以保护叶片和发电设备。而特别是风速很小时(小于3级)就不能发电。所以水平轴式螺旋桨风力发电机使用中存在上述问题。目前世界上垂直轴式风力发电机效率低于水平轴式，故使用很少。

发明人设计的《风力发电机自然风定向风叶结构》(专利号：ZL03231399.3)和《螺旋浆风力发电机风叶结构》(专利号：ZL200420081013.8)仍存在某些不足，需加以改进。并在《风力发电机新型风叶结构》(发明专利申请号：200610024103.7)的基础上设计出另一种垂直轴风叶结构。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能自动调节迎风截面即转速、因而使输出电压比较稳定的垂直轴式风力发电机风叶结构。

本发明提出的垂直轴式风力发电机风叶结构，为凹凸型风叶迎风截面自动调节的结构形式，采用双叶片(S型)、三叶片(人型)或多叶布局，且为一层或多层叠加形式，是发明人对上述专利的新颖改进设计。

本发明中，风叶由1-3层叶片叠加组合而成，层间用风叶架1隔开，其结构如图1-图3所示。每层由2-6个叶片等角度组装于发电机的旋转轴上。其中，每个叶片纵向为长方形，或者为多边形等其他几何形状，横向截面为弧线形，或为层流翼型，形成正面为凸面，背面为凹面的凹凸结构形式，整个风叶可略呈弧型弯曲；每个叶片支架1上设有一个或多个(如2-6个)片条组成的耗风门2，每扇耗风门2与叶片支架1之间由弱弹簧片(或弹性片)3连接，或者耗风门2与叶片支架1用轴承4或轴套连接，在连接处安装弱弹簧片或弱弹性片3，用于调节耗风门的开与关；每扇耗风门2内设一个或多个(如2-6个)耗风窗5，而耗风窗可制成如图中所示各种形状，用其一种或多种组合，每扇耗风窗5用强弹簧片或弹性片6与耗风窗框连接，或者耗风窗5与耗风窗框轴套接连，在连接处安装强弹簧片或强弹性片6，作为调节强风时耗风窗5的开与关。风力发电机每层的风叶叶面由单扇耗风门或多扇耗风门组成，风力发电机其它部件的结构与通常的垂直轴式风力发电机相关部件基本相同，但没有复杂的控制风速的调节机构和调向系统。

本发明中，风叶结构可以有多种造型，如图4所示，单个叶片呈三角形，双叶片呈V字形。如图5所示，单个叶片呈平面喇叭形，双叶片呈双平面喇叭形。如图6所示，单个叶片呈方形，双叶片呈杠铃形，中间可以没有风叶。

本发明中，风叶的叶片上还可安装薄膜太阳能电池，作为太阳能发电。

本发明中，耗风门2的面积可以为叶片框架面积的90％-110％。

本发明是充分利用了耗风门(即百叶窗)与弹簧(片)或弹性片的特性而设计的风叶结构新技术。其工作过程如下：

当来自任何方向的风吹向风叶1时，凸面上的耗风门(百叶窗)2便被吹开(因为此时凸面上的耗风窗5不起作用，而其反面的弹簧片3较薄，弹性不大，耗风门2就容易被风吹开)，风从被吹开的凸面耗风门中穿过一部分，而凹面的耗风门2不能被吹开(因为耗风窗与耗风门框之间的弹簧6较厚，弹性很大，耗风窗吹不开，故耗风门2不容易被吹开)，这样风就吹动凹面的风叶转动。通过转轴7装在发电机8上，推动了发电机8发电工作。

当吹来的风较大时，凸面风叶上的耗风门2就开得很大，漏出的风能就很多，而凹面的耗风多扇门上的耗风窗5就被吹开，虽然很小，但是有漏风，风机转的速度就稍大一些。

当吹来的风很大时，凸面风叶上的耗风门2就开得最大，即直角90°，漏出的风能就最多，而凹面的耗风多扇门上的耗风窗5就被吹开得大，漏风多一些，风机转的速度就较大一些。

当吹来的风较小时，凸面风叶上的耗风门2就开得较大，漏出的风能就较大一些，而凹面的耗风多扇门上的耗风窗2不能被吹开，风机转的速度就稍慢一些。

因此，耗风多扇门上的耗风窗2可以调节风能吹动风机转动的速度，从而使发电机发出的电力较为稳定。