本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是一種帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其發(fā)電方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有水平軸和垂直軸兩種。水平軸風(fēng)力機(jī)適合布置在風(fēng)向和風(fēng)速都比較穩(wěn)定的野外風(fēng)場，不適合安裝在風(fēng)速和風(fēng)向變化相對頻繁的城市中，而垂直軸風(fēng)力機(jī)，尤其是h型垂直軸風(fēng)力機(jī)則能很好地適應(yīng)城市風(fēng)況的特點(diǎn)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，主要應(yīng)運(yùn)于城市路燈、led顯示牌以及偏遠(yuǎn)山區(qū)的無電用戶等小型用電場所。傳統(tǒng)的h型發(fā)電機(jī)主要從葉型、穩(wěn)定性方面來提高發(fā)電效率。通常都是將發(fā)電機(jī)安裝在立柱的頂部，水平旋轉(zhuǎn)的葉輪安裝在在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，葉輪在發(fā)電機(jī)的上方和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸連成一體，在風(fēng)的作用下葉輪帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)出電能。但正常情況下葉片的阻力大大降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、靈活性好、安全可靠、震動小、起動風(fēng)速低、發(fā)電效率高的帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其發(fā)電方法。

為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下方式實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明一種帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電機(jī)、葉片、葉輪輪轂、擋桿和葉片安裝軸；所述的葉輪輪轂包括上輪轂、輪輻、下輪轂和連接桿；所述的連接桿將上輪轂和下輪轂連接成一體，上輪轂和下輪轂上均對稱固定有兩根輪輻，上輪轂和下輪轂同側(cè)的兩根輪輻與一根葉片安裝軸的兩端分別固定，每根葉片安裝軸與一片葉片構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；所述的葉片安裝軸軸線將葉片分隔成弦長不相等的兩部分；兩根葉片安裝軸的內(nèi)側(cè)均固定檔桿；所述的檔桿包括第一橫桿、豎桿、第二橫桿和擋環(huán)；第一橫桿與葉片安裝軸固定，豎桿連接第一橫桿和第二橫桿，擋環(huán)固定在第二橫桿底端；擋環(huán)的內(nèi)凹面與葉片弦長較大部分的外凸面接觸，或擋環(huán)的外凸面與葉片弦長較小部分的外凸面接觸；第二橫桿與輪輻的夾角均為5～10°，且兩根檔桿的擋環(huán)朝向相反；所述的下輪轂與推力軸承的頂端固定，推力軸承的底端固定在立柱上；上輪轂通過滾珠軸承支承在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；離合器的一端固定在上輪轂上，另一端與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定；發(fā)電機(jī)的底座與立柱頂端通過上法蘭連接。

所述的葉片安裝軸軸線將葉片分隔成弦長比為1：2的兩部分。

所述擋環(huán)的內(nèi)凹面和外凹面上均設(shè)有彈性件。

所述的立柱底端設(shè)有下法蘭。

所述的立柱和下輪轂之間設(shè)置剎車裝置。

該帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電方法如下：

當(dāng)風(fēng)力作用于葉片時，由于葉片安裝軸不在葉片的中心位置，葉片弦長較大部分所受的力較大會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時其中一片葉片的弦長較大部分被擋桿頂住，擋桿阻止迎風(fēng)面的減少，同時另一片葉片由于風(fēng)力作用下阻力面達(dá)到在垂直于風(fēng)向的平面上的有效面積最小時的平衡位置，減少了阻力，使得位置不對稱的兩片葉片帶動葉輪輪轂轉(zhuǎn)動，當(dāng)葉輪輪轂轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值時離合器結(jié)合，從而帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)電。

本發(fā)明利用風(fēng)力作用于葉片的面積影響阻力的損失和力的不平衡性特點(diǎn)，通過葉片安裝軸將葉片分成非等分進(jìn)而迫使葉片發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在擋桿的輔助作用下控制葉片的偏轉(zhuǎn)角度來達(dá)到最佳的迎風(fēng)面積，減少阻力損失，提高了發(fā)電機(jī)的效率。動葉片的自轉(zhuǎn)可以不斷的適應(yīng)風(fēng)向，在實(shí)際工況下具有普遍性。由于是小型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝維修方便、城鎮(zhèn)路燈、led顯示屏、偏遠(yuǎn)地區(qū)具有普適性，易于推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中兩葉片迎風(fēng)擺動到穩(wěn)定狀態(tài)時的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1和圖2所示，一種帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電機(jī)4、葉片11、葉輪輪轂、擋桿15和葉片安裝軸16；葉輪輪轂包括上輪轂1、輪輻14、下輪轂7和連接桿12；連接桿12將上輪轂1和下輪轂7連接成一體，上輪轂1和下輪轂7上均對稱固定有兩根輪輻14，上輪轂1和下輪轂7同側(cè)的兩根輪輻與一根葉片安裝軸16的兩端分別固定，每根葉片安裝軸16與一片葉片11構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；葉片安裝軸16軸線將葉片11分隔成弦長比為1：2的兩部分；兩根葉片安裝軸16的內(nèi)側(cè)均固定有檔桿15；檔桿包括第一橫桿、豎桿、第二橫桿和擋環(huán)；第一橫桿與葉片安裝軸16固定，豎桿連接第一橫桿和第二橫桿，擋環(huán)固定在第二橫桿底端；葉片轉(zhuǎn)動到穩(wěn)定狀態(tài)下，擋環(huán)的內(nèi)凹面與葉片弦長較大部分的外凸面接觸，或擋環(huán)的外凸面與葉片弦長較小部分的外凸面接觸；第二橫桿與輪輻的夾角均為5～10°，且兩根檔桿的擋環(huán)朝向相反；擋桿安裝在葉片安裝軸上用于控制葉片擺動的幅度，維持在適合的角度；擋環(huán)的內(nèi)凹面和外凹面上均設(shè)有彈性件，緩沖葉片與擋桿的沖擊力；下輪轂7與推力軸承8的頂端固定，推力軸承8的底端固定在立柱6上；立柱6底端設(shè)有下法蘭10；上輪轂1通過滾珠軸承13支承在發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子3上；離合器2的一端固定在上輪轂1上，另一端與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子3固定；發(fā)電機(jī)4的底座與立柱6頂端通過上法蘭5連接，組成小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的靜止部分；葉片11、葉片安裝軸16、葉輪輪轂、離合器2和發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子3組成小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，在風(fēng)力的作用下葉片11和葉輪輪轂開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)葉輪輪轂轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值后離合器2結(jié)合，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子3隨葉輪輪轂一起轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)4開始發(fā)電，立柱6和下輪轂7之間設(shè)置剎車裝置9，當(dāng)葉輪輪轂轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值時，剎車裝置9剎車功能起動，降低轉(zhuǎn)速以保證安全。葉片的安裝位置、葉片安裝軸軸心位置可根據(jù)實(shí)際情況安裝，擋桿的位置根據(jù)葉片安裝軸和葉片擺動角度來確定。

該帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電方法如下：

當(dāng)風(fēng)力作用于葉片時，由于葉片安裝軸不在葉片的中心位置，葉片弦長較大部分所受的力較大會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時其中一片葉片的弦長較大部分被擋桿頂住，擋桿阻止迎風(fēng)面的減少，同時另一片葉片由于風(fēng)力作用下阻力面達(dá)到在垂直于風(fēng)向的平面上的有效面積最小時的平衡位置，減少了阻力，使得位置不對稱的兩片葉片11帶動葉輪輪轂轉(zhuǎn)動，當(dāng)葉輪輪轂轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值(可根據(jù)發(fā)電機(jī)額定功率設(shè)置)時離合器2結(jié)合，從而帶動發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動發(fā)電。位置不對稱的兩片葉片11以及葉片的彎曲能更有效將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的動能，彎曲度可以使得阻力面的有效投影面積最小，進(jìn)而提高發(fā)電效率。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種帶動葉片的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其發(fā)電方法。葉片的阻力大大降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率。本發(fā)明同側(cè)的兩根輪輻與一根葉片安裝軸的兩端分別固定，葉片安裝軸與葉片構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；葉片安裝軸軸線將葉片分隔成弦長不等的兩部分；兩根葉片安裝軸的內(nèi)側(cè)均固定檔桿；檔桿包括第一橫桿、豎桿、第二橫桿和擋環(huán)；擋環(huán)固定在第二橫桿底端；第二橫桿與輪輻的夾角均為5～10°，且兩根檔桿的擋環(huán)朝向相反；上輪轂支承在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，并通過離合器與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。本發(fā)明通過葉片安裝軸將葉片分成非等分進(jìn)而迫使葉片發(fā)生偏轉(zhuǎn)，擋桿控制葉片偏轉(zhuǎn)角度來達(dá)到最佳迎風(fēng)面積，提高了發(fā)電機(jī)的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：竇華書;金同舟;張煒;楊徽;魏義坤;陳小平;胡建新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.28
技術(shù)公布日：2017.08.04