[发明专利]一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种利用垂直轴风力发电机水平支撑杆上可变桨距角的桨叶在运行过程中产生升力减缓转动部分重力造成的摩擦力和零件磨损的垂直轴风力发电机。 

背景技术：

风力发电是新能源中开发较早、应用广、技术较成熟的可再生能源。风力发电机主要有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。相对于水平轴风力发电机而言，垂直轴风力发电机叶轮的旋转轴垂直于地表面和来流风向，它具有几个突出的优点：一是风轮机塔架结构简单；二是发电机传动机构和控制机构等装置在地面或低空；三是叶片容易制造、成本低；四是叶轮运行不受风向的影响。 

目前垂直轴风力发电机按风机翼型的组成形式主要分为四种：Savonius型、Darrieus型、H-rotor型和涡轮型。无论哪种类型的垂直轴风力发电机，风机在运转过程中整个转子的重量全部作用在转子的轴承上，大大增加了转子运行中的摩擦阻力，降低了风力发电机的性能；而且过大的负载又加剧了轴承磨损，在风力发电机20年的使用寿命中，轴承频繁的更换大大增加风力发电机维护成本并且延长风力发电机的停车时间，降低了能量输出。 

对现有技术文献检索发现，为解决这一问题有人提出将磁悬浮技术引入垂直轴风力发电机设计中，如林修鹏公开的发明专利《磁浮减 重力摩擦力垂直轴风力发电机》(申请号：200810016203)，王誉燕的《磁悬浮垂直轴风车》(申请号：200810026780)，林文奇的《一种垂直轴磁悬浮风力发电机》(申请号：201010273382)等，基本上都是利用同性磁极相斥的原理，将转子“浮”起来，使风力发电机转动部分与静止部分无机械接触，从而减少轴承的摩擦力与零件的磨损。但是磁悬浮装置制造成本昂贵，机构复杂又必然造成维护成本提高。申振华公开的实用新型专利《垂直轴风力机的支撑杆》(申请号：200920287376.X)，是将支撑杆的横剖面做成翼型形状，选择升阻比尽可能高的翼型，调整合适的安装角。使支撑杆在转动时产生升力进而减少转子轴承的荷载，然而该专利未考虑到水平旋翼在来流风速中，逆风运行的桨叶绝对速度增加，顺风运行的桨叶绝对速度减小，安装角固定的水平桨叶会在主轴两侧产生的升力不均匀，不做相应的补偿，升力比值可以达到5∶1。这个周期性的升力变化不仅使风力发电机机身向一侧倾斜，而且每根桨叶周期性变化的升力和阻力对桨叶与主轴连接处产生强烈的扭矩，大大加速了这些部位的疲劳损伤。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机，在工作过程中可以使风力发电机转动部分产生平稳升力，减缓由于转动部位自身重力造成的摩擦力和零部件的磨损。 

为实现上述发明目的采用如下技术方案： 

一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，包括垂直设置的主轴，叶片与主轴平行设置，支撑杆分别与叶片、主轴刚性连接， 水平设置的桨叶套在支撑杆上，其特征在于：桨叶与桨叶转动控制机构相连。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：在每根叶片与主轴的上下两端分别设置有支撑杆和桨叶，分别为上桨叶和下桨叶，下桨叶的下方设置有底盘，所述桨叶转动控制机构包括安装在下桨叶叶根后缘处的滚轮，滚轮通过一传动杆与下桨叶相连，垂直设置的细杆分别穿过上桨叶和下桨叶的后缘，在底盘上表面设置有滚轮轨道，滚轮在滚轮轨道上运动，所述滚轮轨道上各点不在同一水平平面上。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述滚轮轨道包括设置于底盘的在同一圆周上的圆弧形凹槽和圆弧形凸台。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述圆弧形凹槽和圆弧形凸台以圆心为对称点对称设置。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述圆弧形凹槽62和圆弧形凸台设置一组。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：圆弧形凹槽和圆弧形凸台上表面和底盘盘面的距离变化相对于攻角变化保持一致，圆弧形凹槽宽度大于圆弧形凸台宽度。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：在细杆的上桨叶下方处设有弹簧，并在支撑杆(3)上设置有桨叶转动装置限位(11)。 

前述的一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括上风向标和下风向标，并分别与通过水平连接杆与主轴顶端的轴承、底盘固定连接，上风向标和下风向标之间通过竖向连接杆固定连接。