专利名称：升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机及其风轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机，同时，本发明还涉及该风力发电机的风轮。
背景技术：
人类利用风能已有数千年历史。风力发电场的建设，始于19世纪末的丹麦。风能 的最早利用形式就是垂直轴风车，但是垂直轴风力发电机直到20世纪20年代才开始出现。 随着升力型风轮的发展，使得垂直轴风力发电机的风能利用率不再低于水平轴。并且与水 平轴风力发电机相比，其具有维护方便、风轮设计制造简单、造价低、不需对风装置等优点。 现在常用的垂直轴风力发电机主要有阻力型和升力型。然而两者却都有着致命的弱点。对 于阻力型风力发电机，其较低的风能利用率是推广阻力型风力发电机的障碍；而升力型风 力发电机因为其较差的启动性能，在设计时必须考虑为风轮的转动提供需要的启动力矩， 增加了风力发电机结构的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机，以克服现 有技术中阻力型垂直轴风力发电机的风能利用率低以及升力型垂直轴风力发电机的启动 性能差的问题，同时本发明还提供该风力发电机的风轮。为实现上述目的，本发明升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的风轮采用如 下技术方案一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的风轮，该风轮包括用于与发 电机组传动相连的动力输出轴，所述动力输出轴的一端设置有沿圆周均布的两个以上的柱 状叶臂，叶臂的横截面为大头端为圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转动的 线速度方向，各叶臂上沿长度方向设置有一个以上的横截面为V形的叶片，各叶片的开口 方向朝向叶臂横截面的小头端，各叶片的横截面相对于叶臂横截面的对称轴对称。所述两个以上的叶臂呈发射状设置在动力输出轴上。各叶臂远离动力输出轴的一端自由，各叶臂的自由端设置有将各叶臂连接在一起 增强各叶臂整体性的安全绳索。所述叶臂为三个。每个叶臂上设置的叶片为两个。本发明的升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的技术方案如下
一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机，该发电机包括风轮，该风轮包括用于 与发电机组传动相连的动力输出轴，所述动力输出轴的一端设置有沿圆周均布的两个以上 的柱状叶臂，叶臂的横截面为大头端为圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转 动的线速度方向，各叶臂上沿长度方向设置有一个以上的横截面为V形的叶片，各叶片的 开口方向朝向叶臂横截面的小头端，各叶片的横截面相对于叶臂横截面的对称轴对称。所述两个以上的叶臂呈发射状设置在动力输出轴上。
各叶臂远离动力输出轴的一端自由，各叶臂的自由端设置有将各叶臂连接在一起 增强各叶臂整体性的安全绳索。所述叶臂为三个。每个叶臂上设置的叶片为两个。本发明的升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的风轮用于与发电机组传动 相连的动力输出轴上设置有沿圆周均布的两个以上的柱状叶臂，叶臂的横截面为大头端为 圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转动的线速度方向，叶臂的横截面符合水 平轴风力发电机叶片的设计理论，可以保证叶臂的来流角和弦长，其转动时风阻较小，使得 风力发电机的效率较高，另外，每个叶臂上均设置有两个V形叶片，这样即使在风速很小的 情况下风力发电机也可以启动，风力发电机的启动性能较好。两个以上的叶臂呈发射状设置在动力输出轴上，这使整个风轮呈金字塔状，动力 输出轴连同发电机处于金字塔的顶端，在实际使用时金字塔状的风轮是塔顶向下安装的， 整个风轮呈“倒金字塔”状，在叶臂长度相同的情况下，与柱状风轮相比，倒“金字塔”状风 轮的整体重心较低，增强了其强度和稳定性。本发明的各叶臂远离动力输出轴的一端自由，各叶臂的自由端设置有将各叶臂连 接在一起增强各叶臂整体性的安全绳索，安全绳索使得整个转动体近似成为一个整体，使 风轮具有很好的整体强度，即使在风速较大时也能满足需要。
图1是本发明的风轮的一种实施例的立体图； 图2是本发明的风轮的一种实施例的俯视图3是图1中叶臂的截面图； 图4是图1的A-A剖视图5是本发明的风力发电机的一种实施例的立体图。
具体实施例方式在图广4中，一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的风轮，该风轮包括 动力输出轴6，动力输出轴6的一端固定设置有片状连接件3，在片状连接件3上固定设置 有三个沿圆周均布的叶臂1，叶臂1的横截面为大头端为圆弧状的楔形，也可以说是圆与等 腰锐角三角形的组合体状，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转动的线速度方向。动力输出 轴6的另一端用于与发电机组传动相连。三个叶臂呈发射状分布，各叶臂构成金字塔状，各 叶臂1上沿长度方向分别设置有两个叶片2，叶片2的横截面为V形，V形的内侧拐角和外 侧拐角处均设置有过渡圆弧，内侧过渡圆弧与叶臂的横截面大头端的弧形贴合适配，各叶 片的横截面相对于叶臂横截面的对称轴对称。各叶臂上设置有将三个叶臂连接在一起增强 各叶臂整体性的安全绳索5，安全绳索设置在叶臂远离动力输出轴的端头与两叶片之外的 部分上。在图5中，一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机，包括风轮以及与风轮 的动力输出轴相连的发电机组，该风轮即为上述图广4中的风轮，风轮的动力输出伸入发 电机组壳体4中并与设置在发电机组壳体4中的发电机组传动相连。
本实施例的叶臂为三个，也可以为两个或四个。本实施例设置在每个叶臂上的叶片为两个，也可以为一个或三个。本实施例的叶臂通过片状连接件设置在动力输出轴上，也可以直接设在动力输出 轴上。本实施例的安全绳索为一条，也可以为两条，其中一个的设置位置与本实施例中 的位置一样，另一条设置在叶臂上的两叶片之间的位置。因为本实施例的每个叶臂上安装的两个V形叶片，使风力发电机即便在风速很小 的情况下，也可以启动。在风速较大时，由于风轮整体呈“倒金字塔”型，加之其风轮上每个 叶片的V形设计，并且上下分布两排，上排具有较大的转动半径，可以保证风力发电机在具 有较大的转动速度的前提下又具有良好的稳定性，进而提高工作效率。在风速过大时，其环 形连接的安全绳索使得整个转动体近似成为一个整体，具有很好的整体强度。另外，由于风 轮整体呈现的“倒金字塔”结构，使得整体重心较低，更加增强了其强度和稳定性。本实施例的叶臂的横截面设计为大头端为圆弧状的楔形，叶臂构成典型的达里厄 型(升力型)的风轮。采用安全绳索在风轮的上方把三个叶臂连接起来，连接处采用铰链，可 以保证叶臂在风轮转动过程中发生弹性变形的条件下也可以良好的运行，具有较好的灵活 性。另外，楔形叶臂可以使风轮在转动时阻力较小，并且可以有较高的强度。在每个叶臂上安装两个V状的叶片，其安装位置根据风力发电机额定功率和叶臂 长度而定。叶片与叶臂紧密配合。其配合方式采用螺栓配合(图中未示出)。在叶臂主脉上 均勻设置的V形叶片，则构成了典型的阻力型风轮。这样便大幅度提高整体复合型风轮收 集风能的能力，从而提高了风能利用率。在每个叶片的设计上还可设置收缩装置，调整该收 缩装置可以改变V叶片的张角，这样可以使该装置在不同的风速作用下产生出功率稳定的 电能。同时，也可以避免在风速过大时对风轮造成损害。
权利要求
一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机的风轮，其特征在于该风轮包括用于与发电机组传动相连的动力输出轴，所述动力输出轴的一端设置有沿圆周均布的两个以上的柱状叶臂，叶臂的横截面为大头端为圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转动的线速度方向，各叶臂上沿长度方向设置有一个以上的横截面为Ｖ形的叶片，各叶片的开口方向朝向叶臂横截面的小头端，各叶片的横截面相对于叶臂横截面的对称轴对称。
2.根据权利要求1所述的风轮，其特征在于所述两个以上的叶臂呈发射状设置在动 力输出轴上。
3.根据权利要求2所述的风轮，其特征在于各叶臂远离动力输出轴的一端自由，各叶 臂的自由端设置有将各叶臂连接在一起增强各叶臂整体性的安全绳索。
4.根据权利要求3所述的风轮，其特征在于所述叶臂为三个。
5.根据权利要求广4所述的风轮，其特征在于每个叶臂上设置的叶片为两个。
6.一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机，该发电机包括风轮，其特征在于 该风轮包括用于与发电机组传动相连的动力输出轴，所述动力输出轴的一端设置有沿圆周 均布的两个以上的柱状叶臂，叶臂的横截面为大头端为圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大 头端指向叶臂转动的线速度方向，各叶臂上沿长度方向设置有一个以上的横截面为V形的 叶片，各叶片的开口方向朝向叶臂横截面的小头端，各叶片的横截面相对于叶臂横截面的 对称轴对称。
7.根据权利要求6所述的风轮，其特征在于所述两个以上的叶臂呈发射状设置在动 力输出轴上。
8.根据权利要求7所述的风轮，其特征在于各叶臂远离动力输出轴的一端自由，各叶 臂的自由端设置有将各叶臂连接在一起增强各叶臂整体性的安全绳索。
9.根据权利要求8所述的风轮，其特征在于所述叶臂为三个。
10.根据权利要求6、所述的风轮，其特征在于每个叶臂上设置的叶片为两个。
全文摘要
本发明涉及一种升力和阻力复合风动的垂直轴风力发电机及其风轮，包括风轮，风轮的动力输出轴的一端设置有沿圆周均布的两个以上的柱状叶臂，叶臂横截面为大头端为圆弧状的楔形，叶臂的横截面的大头端指向叶臂转动的线速度方向，各叶臂上沿长度方向设置有一个以上的横截面为Ｖ形的叶片，各叶片的开口方向朝向叶臂横截面的小头端，各叶片的横截面相对于叶臂横截面的对称轴对称。本发明风力发电机的风轮的动力输出轴上设置有两个以上的叶臂，叶臂横截面的设计符合水平轴风力发电机叶片的设计理论，可以保证叶臂的来流角和弦长，其转动的风阻小，风力发电机效率较高，每个叶臂均设置有两个V形叶片，这样使得风力发电机的启动性能较好。
文档编号F03D3/00GK101832226SQ201010194900
公开日2010年9月15日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者倪晓艇, 杨书科, 王炳晖, 邱明, 闫佳飞, 陈龙, 魏武 申请人:河南科技大学