專利名稱：智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置領(lǐng)域，特別是一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置， 本發(fā)明還涉及一種用計(jì)算機(jī)控制葉片迎風(fēng)角的方法。
背景技術(shù)：
水能和風(fēng)能都是一種豐富、可再生、清潔的能源，利用風(fēng)力和水力給人類帶來的好 處是非常明顯的。比起燃燒木頭、煤炭、石油發(fā)電，越來越多的利用風(fēng)能和水能發(fā)電能夠減 少二氧化碳以及其他嚴(yán)重危害空氣質(zhì)量、導(dǎo)致酸雨、溫室效應(yīng)、全球變暖的污染物產(chǎn)生，有 利于改善環(huán)境質(zhì)量。風(fēng)和水都是比較緩慢的流體，但這些流體中存在的能量卻是巨大的，緩慢流體的 “能量密度”較小，因此，利用這類流體產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)要足夠大。另外，因?yàn)轱L(fēng)和海洋流 的方向和速度不斷發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)要能對(duì)這種變化作出迅速的反應(yīng)，并相應(yīng)調(diào)整，才能使 發(fā)電機(jī)達(dá)到更高的發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置，通過 感應(yīng)器對(duì)風(fēng)的流速和方向的變化作出感應(yīng)，再通過計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確算出風(fēng)葉對(duì)這種變化所 需做出的調(diào)整量，并指揮相應(yīng)裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)風(fēng)葉作出相應(yīng)調(diào)整；本發(fā)明還提供一種計(jì)算 機(jī)調(diào)節(jié)葉片的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片 調(diào)節(jié)裝置，包括垂直中心軸、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置；所述風(fēng)輪包括上風(fēng)葉支 撐臂、下風(fēng)葉支撐臂和風(fēng)葉，所述的葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器、風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)和伺 服步進(jìn)裝置，所述的上風(fēng)葉支撐臂和下風(fēng)葉支撐臂分別安裝在所述的垂直中心軸的上下兩 端，所述風(fēng)葉通過其中部的軸安裝在上風(fēng)葉支撐臂和下風(fēng)葉支撐臂之間，并繞軸自轉(zhuǎn)，所述 的軸與垂直中心軸平行；所述風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)安裝在垂直中心軸頂端，其上有感應(yīng)器，所述 伺服步進(jìn)裝置安裝在上風(fēng)葉支撐臂和風(fēng)葉之間或者下風(fēng)葉支撐臂和風(fēng)葉之間，所述伺服步 進(jìn)裝置包括伺服步進(jìn)電機(jī)和與電機(jī)連接的傳動(dòng)齒輪，所述垂直中心軸下部設(shè)有傳動(dòng)齒輪， 所述傳動(dòng)齒輪與發(fā)電機(jī)連接。所述的感應(yīng)器至少由一個(gè)感應(yīng)器組成。所述的風(fēng)葉至少有三個(gè)；風(fēng)葉的葉片水平布置或垂直布置。所述風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)與所述感應(yīng)器和伺服步進(jìn)裝置通過導(dǎo)線或無線連接。一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟(1)風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)初始化；(2)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)；(3)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度；(4)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)葉的葉片迎風(fēng)角；
(5)風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)根據(jù)接受的數(shù)據(jù)計(jì)算出葉片最佳迎風(fēng)角度，并與葉片實(shí)際迎 風(fēng)角比較，算出葉片控制角；(6)控制伺服步進(jìn)裝置旋轉(zhuǎn)葉片至控制角；(7)重復(fù)步驟(4) (6)調(diào)整其他葉片；(8)所有葉片調(diào)整完后，重復(fù)上述步驟(2)_(7)，進(jìn)行下一輪葉片調(diào)節(jié)。所述的風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系為當(dāng)風(fēng)速為4m/s-7m/s時(shí)， 轉(zhuǎn)速為65-110rpm的變速；當(dāng)風(fēng)速大于8m/s時(shí)，轉(zhuǎn)速為125rpm的恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明裝置有至少三片風(fēng)葉，這些葉片以一定旋轉(zhuǎn)速度繞中心軸旋轉(zhuǎn)，每片風(fēng)葉 都具有一定的長(zhǎng)度和自身的軸，該軸平行于自身的長(zhǎng)邊以及中心軸，每片風(fēng)葉都能夠繞著 自身的軸旋轉(zhuǎn)。由于風(fēng)或水等流體的方向和速度不斷發(fā)生變化，風(fēng)葉根據(jù)流體的變化，繞自 身軸旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到最佳迎風(fēng)角以及繞中心軸最佳的旋轉(zhuǎn)速度，從而使風(fēng)葉能夠提供繞中心 軸旋轉(zhuǎn)速度方向最大的力矩，從而提高發(fā)電裝置的效率。本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)控制風(fēng)葉做自身調(diào)整，計(jì)算機(jī)包括一條輸入通道和一條輸出通 道，輸入通道用來接收傳感器測(cè)得的流體的速度和方向，風(fēng)葉的角位置以及風(fēng)葉繞中心軸 旋轉(zhuǎn)速度的信號(hào)，輸出通道用來發(fā)送調(diào)整風(fēng)葉到最佳迎風(fēng)角的信號(hào)，通過安裝在每片風(fēng)葉 上方的伺服步進(jìn)裝置調(diào)整風(fēng)葉到最佳位置。流體的速度和方向總是不斷變化，通過計(jì)算機(jī) 控制能夠使本發(fā)電裝置更準(zhǔn)確，迅速對(duì)這種變化作出反應(yīng)。風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片可以水平布置，也可以垂直布置，本發(fā)明的葉片采用垂直布 置。通常風(fēng)或水等流體都是平行于地面或液面運(yùn)動(dòng)的，葉片垂直于地面或液面布置，能夠更 全方位的接觸流體，從而對(duì)流體的變化更迅速、有效的作出適應(yīng)性調(diào)整，更好的提高發(fā)電裝 置的效率。有益效果本發(fā)明的有益效果是，通過引入計(jì)算機(jī)調(diào)控葉片最佳迎風(fēng)角，能夠使葉片更加精 確、迅速的調(diào)整到最佳迎風(fēng)位置，從而更好的提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率；使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小，便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和維護(hù)。


圖1是伺服步進(jìn)裝置在上部的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是伺服步進(jìn)裝置在下部的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是在某一時(shí)刻本發(fā)明葉片處于不同位置角的俯視圖。圖4為本發(fā)明的葉片調(diào)節(jié)方法流程圖。其中1_垂直中心軸；2-上風(fēng)葉支撐臂；3-下風(fēng)葉支撐臂；4-風(fēng)葉；6-傳動(dòng)齒輪； 7-發(fā)電機(jī)；8-感應(yīng)器；9-風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)；10-伺服步進(jìn)裝置；11-迎風(fēng)角；12-控制角； 13-位置角。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如附圖1和附圖2所示，一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電裝置，包括垂直中心軸、風(fēng)輪、發(fā)電 機(jī)、葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置；所述風(fēng)輪繞垂直中心軸1旋轉(zhuǎn)，所述風(fēng)輪包括上風(fēng)葉支撐臂2、下 風(fēng)葉支撐臂3、風(fēng)葉4，所述上風(fēng)葉支撐臂2和下風(fēng)葉支撐臂3安裝在所述垂直中心軸1上， 所述風(fēng)葉4通過其中部的軸5安裝在所述上風(fēng)葉支撐臂2和下風(fēng)葉支撐臂3之間，所述風(fēng) 葉4能夠繞該軸5自轉(zhuǎn)，所述風(fēng)葉4至少有三個(gè)；所述軸5與垂直中心軸1平行；所述垂直 中心軸1下部設(shè)有傳動(dòng)齒輪6，所述傳動(dòng)齒輪6與發(fā)電機(jī)7連接；所述葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置 包括感應(yīng)器8、風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)9和伺服步進(jìn)裝置10，所述伺服步進(jìn)裝置10由伺服步進(jìn)電 機(jī)和傳動(dòng)齒輪組成，所述風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)9安裝在垂直中心軸1頂端，其上有感應(yīng)器8，所述 伺服步進(jìn)裝置10安裝在上風(fēng)葉支撐臂2和風(fēng)葉4之間或者下風(fēng)葉支撐臂3和和風(fēng)葉4之 間。傳感器由一個(gè)或多種感應(yīng)器組成能測(cè)量風(fēng)的速度，風(fēng)向，葉片的轉(zhuǎn)速和葉片的位置。所述風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)9與所述感應(yīng)器8和伺服步進(jìn)裝置10通過導(dǎo)線或無線連接。垂直旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪通過傳動(dòng)齒輪6驅(qū)動(dòng)底部發(fā)電機(jī)7，發(fā)電機(jī)7產(chǎn)生電能，該電能可 通過轉(zhuǎn)換電路供電器設(shè)備使用或用蓄電池儲(chǔ)能。該發(fā)電機(jī)上安裝的感應(yīng)器8，實(shí)時(shí)測(cè)出風(fēng)的方向和速度參數(shù)，風(fēng)葉4的處于某一位 置時(shí)的迎風(fēng)角度和旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)(如圖3所示)，所有參數(shù)通過導(dǎo)線或無線傳輸?shù)斤L(fēng)輪控制 計(jì)算機(jī)9 ；風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)9根據(jù)接收的參數(shù)計(jì)算出風(fēng)葉4的最佳迎風(fēng)角度，并驅(qū)動(dòng)伺服步 進(jìn)裝置10將風(fēng)葉4旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度；依次調(diào)整每一片風(fēng)葉4到最佳迎風(fēng)角，等所有的風(fēng)葉4都調(diào)整完畢，重復(fù)下一輪的 風(fēng)葉4調(diào)整(風(fēng)葉調(diào)節(jié)流程如圖4所示)。垂直旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪通過傳動(dòng)齒輪6驅(qū)動(dòng)底部發(fā)電機(jī)7，發(fā)電機(jī)7產(chǎn)生電能，該電能可 通過轉(zhuǎn)換電路供電器設(shè)備使用或用蓄電池儲(chǔ)能。為保證風(fēng)力發(fā)電的最佳功率系數(shù)，控制計(jì)算機(jī)將控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系，使 風(fēng)輪在不同風(fēng)速下作變速或恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)系表如下風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系
權(quán)利要求
一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置，包括垂直中心軸(1)、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)(7)、葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置；所述風(fēng)輪包括上風(fēng)葉支撐臂(2)、下風(fēng)葉支撐臂(3)和風(fēng)葉(4)，所述的葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器(8)、風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)(9)和伺服步進(jìn)裝置(10)，其特征在于所述的上風(fēng)葉支撐臂(2)和下風(fēng)葉支撐臂(3)分別安裝在所述的垂直中心軸(1)的上下兩端，所述風(fēng)葉(4)通過其中部的軸(5)安裝在上風(fēng)葉支撐臂(2)和下風(fēng)葉支撐臂(3)之間，并繞軸(5)自轉(zhuǎn)，所述的軸(5)與垂直中心軸(1)平行；所述風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)(9)安裝在垂直中心軸(1)頂端，其上有感應(yīng)器(8)，所述伺服步進(jìn)裝置(10)安裝在上風(fēng)葉支撐臂(2)和風(fēng)葉(4)之間或者下風(fēng)葉支撐臂(3)和風(fēng)葉(4)之間，所述伺服步進(jìn)裝置(10)包括伺服步進(jìn)電機(jī)和與電機(jī)連接的傳動(dòng)齒輪，所述垂直中心軸(1)下部設(shè)有傳動(dòng)齒輪(6)，所述傳動(dòng)齒輪(6)與發(fā)電機(jī)(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 的感應(yīng)器(8)至少由一個(gè)感應(yīng)器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 的風(fēng)葉(4)至少有三個(gè)；風(fēng)葉(4)的葉片水平布置或垂直布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)(9)與所述感應(yīng)器(8)和伺服步進(jìn)裝置(10)通過導(dǎo)線或無線連接。
5.一種使用權(quán)利要求1所述智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在 于包括如下步驟(1)風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)初始化；(2)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)；(3)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度；(4)讀取感應(yīng)器傳遞的風(fēng)葉的葉片迎風(fēng)角；(5)風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)根據(jù)接受的數(shù)據(jù)計(jì)算出葉片最佳迎風(fēng)角度，并與葉片實(shí)際迎風(fēng)角 比較，算出葉片控制角；(6)控制伺服步進(jìn)裝置旋轉(zhuǎn)葉片至控制角；(7)重復(fù)步驟⑷ (6)調(diào)整其他葉片；(8)所有葉片調(diào)整完后，重復(fù)上述步驟(2)-(7)，進(jìn)行下一輪葉片調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用權(quán)利要求1所述智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置 的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述的風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系為當(dāng)風(fēng)速 為4m/s-7m/s時(shí)，轉(zhuǎn)速為65_1 IOrpm的變速；當(dāng)風(fēng)速大于8m/s時(shí)，轉(zhuǎn)速為125rpm的恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。由于風(fēng)的方向和速度不斷發(fā)生變化，為使風(fēng)力發(fā)電裝置的效率更高，風(fēng)輪的葉片就要不斷調(diào)整到最佳迎風(fēng)角的位置；本發(fā)明裝置的葉片迎風(fēng)角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器、風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)和伺服步進(jìn)裝置，感應(yīng)器實(shí)時(shí)測(cè)出風(fēng)的方向和速度參數(shù)、風(fēng)葉的位置和旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)，所有參數(shù)傳輸?shù)斤L(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)，風(fēng)輪控制計(jì)算機(jī)根據(jù)接收的參數(shù)計(jì)算出風(fēng)葉的最佳迎風(fēng)角度，并驅(qū)動(dòng)伺服步進(jìn)裝置將風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度，通過引入計(jì)算機(jī)調(diào)控葉片最佳迎風(fēng)角，能夠使葉片更加精確、迅速的調(diào)整到最佳迎風(fēng)位置，從而提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊，體積更小，便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和維護(hù)。
文檔編號(hào)F03D7/06GK101975144SQ201010548308
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者李子耕 申請(qǐng)人:李子耕