[发明专利]一种垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及垂直轴风力机领域，尤其涉及一种垂直轴风力机。

背景技术

目前，两种主要的垂直轴风力机是Φ型垂直轴风力机和H型垂直轴风力机。如图1所示，在H型垂直轴风力机中，包括转轴(1)、叶片(2)以及支架(3)；其中，每一个叶片(2)和转轴(1)之间固定连接两个相互平行的支架(3)，转轴(1)下端与发电机或风力提水机的传动轴连接，实现扭矩传递和风能转换。

以上述的H型垂直轴风力机为例，俯视时，每一个叶片(2)的弦线与风轮运动轨迹(轨迹为圆圈)的切线方向之间的夹角称为安装角β，而叶片(2)与风向之间的夹角称为攻角α，如图2所示。在风向不变的情况下，改变安装角β会引起攻角的变化，而作用在叶片(2)上的气动特性和攻角α密切相关，当安装角β的不同时，攻角α即不同，叶片(2)上的气动特性也大不相同。一般地，垂直轴风力机的叶片的安装角β为0°，即叶片的弦线与运动轨迹的切线重合，而与半径线(俯视时半径线与支架(3)重合)垂直。

论是Φ型还是H型垂直轴风力机，其在运行过程中，由于攻角α是不断变化的，因此其输出扭矩在一个周期内是不断波动的。图3表示的是某三叶片H型垂直轴风力机在一个周期内的扭矩变化曲线示意图；其中，横坐标表示攻角θ(0°＜＝θ＜＝360°)，纵坐标表示扭矩系数C_T；如图3所示，该垂直轴风力机在一个周期内，最大扭矩系数达0.93，而最小扭矩系数只有0.43，两者相差近3倍关系。因此，造成输出功率不稳定，发电机或风力提水机选配造成困难；而且扭矩的波动会造成传动系统(传动轴、轴承等)结构的疲劳，降低使用寿命。

如何消除扭矩的波动性，确保功率稳定输出，改善传动系统疲劳程度，是垂直轴风力机结构技术研究的重点之一。

发明内容

本发明实施例中提供了一种垂直轴风力机，可以使垂直轴风力机的扭矩波动更加平缓，有利于功率稳定输出，降低传动系统的疲劳程度。

一种垂直轴风力机，包括：

转轴(1)，至少两个结构相同的叶片(2)以及多个支架(3)；

其中，每一个所述叶片(2)由至少两段结构相同的子叶片(4)首尾连接构成；

其中，所述至少两段结构相同的子叶片(4)首尾之间通过连接杆(5)固定连接；

其中，每一段所述子叶片(4)与所述转轴(1)之间固定连接两个相互平行的所述支架(3)；

俯视时，每一个所述叶片(2)中的每一段所述子叶片(4)的安装角不同；

所述转轴(1)的下端与发电机或风力提水机的传动轴固定连接。

其中，俯视时，每一个所述叶片(2)中的任意两段所述子叶片(4)的弦线之间的夹角为δ，且δ满足0°＜δ＜90°。

可选地，每一个所述叶片(2)中，首尾之间通过所述连接杆连接的两段所述子叶片(4)共用同一个所述支架(3)；

其中，共用的所述支架(3)的一端固定连接所述转轴(1)，另一端固定连接所述连接杆(5)的中间点。

其中，俯视时，相邻两个所述支架(3)之间的夹角为b，且b满足b＝360°/n；其中，所述n表示所述叶片(2)的数量。

可选地，所述n取值为2或3或4，单位为个。

可选地，每一个所述支架(3)的横截面呈前凹后尖形状。

可选地，每一个所述支架(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。

可选地，每一个所述叶片(2)为直叶片或弯叶片。

可选地，每一个所述叶片(2)包含的所述子叶片(4)的数量相同。

可选地，所述连接杆(5)的形状为长方体或圆柱体。

本发明实施例中，垂直轴风力机的每一个叶片划分成几段子叶片，而且每段子叶片的安装角不同，即每段子叶片的攻角也不同，从而使得每段子叶片在同一时刻可以产生不同的输出扭矩，并叠加作用到转轴上；由于叠加扭矩的扭矩波动更加平缓，使得转轴可以带动传动系统稳定输出功率，降低传动系统的疲劳程度，提高使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有一种H型垂直轴风力机的结构示意图；

图2为图1所示的H型垂直轴风力机俯视时的叶片(2)的安装角β和攻角α的示意图；

图3为某三叶片H型垂直轴风力机在一个周期内的扭矩变化曲线示意图；