[发明专利]自调桨V型自启动垂直轴风力机及其方法

说明书

本公开提供了一种自调桨V型自启动垂直轴风力机及其方法。其中，自调桨V型自启动垂直轴风力机包括外转子发电机，所述外转子发电机上均布有至少三根支撑杆，每个支撑杆与竖直回转中心轴在同一平面内且均呈同一角度；每个支撑杆上设置有一叶片，所述叶片可围绕支撑杆转动；当风力大于零且小于风机启动风力时，叶片可绕支撑杆转动，且当风力使叶片产生的围绕竖直回转中心轴旋转的合力矩大于或等于风机阻力矩时，风机开始转动，完成风力机自行启动；风力机启动后，在风力机旋转过程中，叶片离心力和重力恢复力矩迫使叶片弦线与叶片围绕竖直回转中心轴的旋转半径保持垂直的状态，实现自调桨。

技术领域

本公开属于风力机领域，尤其涉及一种自调桨V型自启动垂直轴风力机及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

垂直轴风力机按风轮形式主要分为两种类型：阻力型和升力型。风轮在回转过程中，阻力型风轮垂直轴风机虽然启动风速低，但尖速比小于1，风能利用率低；传统的升力型风轮垂直轴风机尖速比大于1甚至可以达到6，风能利用率高，但缺点是叶片是固定不动的，低风速条件下难以启动。

为了解决自启动问题，综合分析阻力型和升力型垂直轴风力机的特点，有的垂直轴风力机组成复合型，在升力型叶片基础上增加阻力型叶片，以便达到不但在低风速下容易启动，同时在高风速下又能保持较高风能利用率的目的，但由于在高转速时阻力型风轮叶片起阻挡作用，反而降低风力机效率，影响了整机的风能利用率。

发明人发现，有的垂直轴风力机把风力机叶片做成活动的，实现叶片自动变桨，其中有的风力机设有推杆结构，有的采用液压机构，有的采用伺服电机调桨，但都机构复杂，造价高，极大消耗了风的能量，从而降低了风能利用系数。有的风力机采用限制钉来把叶片摆动限制在合理攻角中。但限制钉与叶片之间易发生撞击，在长期、周期性及强力撞击下叶片很容易损坏。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供一种自调桨V型自启动垂直轴风力机及其方法，其解决了垂直轴风力机叶片与轮臂的撞击问题，避免了振动和噪声，同时实现叶片的自动调桨。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开的第一个方面提供一种自调桨V型自启动垂直轴风力机。

一种自调桨V型自启动垂直轴风力机，包括：

外转子发电机，所述外转子发电机上均布有至少三根支撑杆，每个支撑杆与竖直回转中心轴在同一平面内且均呈同一角度；每个支撑杆上设置有一叶片，所述叶片可围绕支撑杆转动；

当风力大于零且小于风机启动风力时，叶片可绕支撑杆转动，且当风力使叶片产生的围绕竖直回转中心轴旋转的合力矩大于或等于风机阻力矩时，风机开始转动，完成风力机自行启动；风力机启动后，在风力机旋转过程中，叶片离心力和重力恢复力矩迫使叶片弦线与叶片围绕竖直回转中心轴的旋转半径保持垂直的状态，实现自调桨。

其中，支撑杆产生拉力与对应叶片产生的离心力平衡，两个力在一条直线上，大小相同，方向相反，叶鼻回转中心正好位于直线上。同时叶片有重力恢复力矩的作用，离心力和重力恢复力矩迫使叶片弦线与叶片围绕竖直回转中心轴的旋转半径保持垂直的状态。风力机转速越高，叶片离心力越大，垂直状态保持的越好。

本公开的第二个方面提供一种自调桨V型自启动垂直轴风力机的工作方法。

一种自调桨V型自启动垂直轴风力机的工作方法，包括：

设叶片弦线的叶片纵向截面为平面I，支撑杆中心线与竖直回转中心轴组成的平面为平面II；

在无风时，平面I与平面II垂直，叶片重心位于平面II内；