[发明专利]一种升阻复合型垂直轴风力发电机

说明书

本发明提出了一种垂直轴风力发电机的风车结构，包括中心固定轴、旋转轴套、旋转框架、固定轴导向舵、风叶、增速齿轮等。所述中心固定轴，其垂直于地面;所述旋转轴套和旋转框架，套设在中心固定轴上，绕中心固定轴旋转。所述风叶，安装在风叶框架臂之上，在随旋转框架公转的同时，还可以围绕风叶转轴自转。其翼形为机翼形状，其翼面的平凸可随旋转角度变化而改变。位于固定轴右侧的风叶，主要以阻力做功，位于固定轴左侧的风叶，主要以升力做功。风车综合了升力型风力机和阻力型风力机的优势，使风力机更加高效。由于该风车结构简单，单件体积重量小，发电机等大型设备可以安装于地面，所以既降低了运输安装的费用，又便于维护和保养。

技术领域

本发明涉及一种升阻复合型垂直轴风力发电机，属于新能源技术领域。

背景技术

现有风力发电机，主流技术分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机，其风轮的旋转平面与气流方向垂直，MW级的水平轴风力发电机，其叶片长度达到50米以上，叶片曲面的制造工艺复杂，加工困难，生产成本高。叶片超长，运输、安装困难。塔架高度上百米，不仅制造成本高，而且运输和安装更具挑战性。其机仓（包括发电机、变速器、控制系统等）重量达几十吨，将如此重量的物体送到百米高空，还要与叶片连接，而且还要能够360度水平旋转，其难度可想而知！其稳定性和可维护性更是令人担忧。

垂直轴风力发电机，分为阻力型和升力型。与水平轴风力发电机相比，其具有叶片和塔架结构简单、加工工艺普通，制造成本低的特点。而且配件单件体积相对较小，便于运输和安装。发电机和变速器位于地面，便于安装和维护。

综上比较，显然垂直轴风力发电机比水平轴风力发电机更具优势。然而，现有成品中却是水平轴风机占绝对主流。原因在于垂直轴风力发电机长期得不到重视，研发投入偏低。人们认为垂直轴风力机，风能利用率低。不适用于大功率风力发电机。现有技术中，水平轴风力发电机确实比垂直轴风力发电机风能利用率略高。以国内某厂家水平轴系列和垂直轴系列的参数为例：水平轴系列功率300W-100KW，风能利用率20%-41%。垂直轴系列功率100W-20KW，风能利用率10%-31%。而随着人们对垂直轴风力发电机技术研发的持续投入，近年来，垂直轴风力发电机技术已经得到了很快的发展。

发明内容

本发明提出的升阻复合型垂直轴风力发电机，在保留了垂直轴风力发电机原有的优点的同时，很好地解决了垂直轴风力机风能利用率偏低的问题。业内研究人员的研究结果证明，垂直轴风力机风能利用率偏低的原因是：叶片绕垂直轴旋转时，如果垂直轴右侧的气流做正功，则垂直轴左侧的气流将做负功。而水平轴风力机则全部气流都做正功。如果能够有效加大右侧做正功的气流与叶片的迎风面积，同时尽量减少左侧做负功的气流与叶片的迎风面积。甚至让左侧的气流同样做正功，将会显著增加垂直轴风力机的风能利用率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种升阻复合型垂直轴风力发电机，包括中心固定轴、套设于中心固定轴上的钢索固定盘、安装在中心固定轴顶部的风向舵、套设于中心固定轴外的旋转轴套、套设于旋转轴套外的旋转框架、安装在旋转框架臂上面的第1风叶和安装在旋转框架臂下面第2风叶，以及套设于旋转轴套外的增速齿轮。

优选方案为，所述中心固定轴为圆柱型长轴，其外圆的左侧直径小于右侧直径。圆柱形长轴的端面一端设有六方形凸起，另一端设有六方形凹陷。多个同样的圆柱形长轴可以

优选方案为，所述中心固定轴为圆柱型长轴，其外圆的左侧直径小于右侧直径。圆柱形长轴的端面一端设有六方形凸起，另一端设有六方形凹陷。多个同样的圆柱形长轴可以将六方形凸起插入六方形凹陷内而连接在一起。连接而成的加长中心固定轴垂直固定于地面。

优选方案为，风向舵为一平板，板面与地面垂直，安装在中心固定轴的顶部，板面中心线与中心固定轴左右不同直径的半圆分界线平行。