垂直轴风力发电机及其发电方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种垂直轴风力发电机及其发电方法。

背景技术：

随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视，各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择，对适用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机给予了很大的政策支持。

小型风力发电机按旋转轴的方向可分为水平轴和垂直轴两种，水平轴风力发电机存在设计制造复杂，造价居高不下等缺陷，而垂直轴风力发电机适用于无常规电网但风能资源较丰富的边远农村、牧区、山区及海岛居民家庭，也适用于边防哨所、微波站、公路道班、铁路小站、气象台(站)等小单位，除满足照明、收录音、看电视等文化、娱乐生活需要之外，还可为航标灯、微波通信、电视差转台及其他仪器仪表供电，对于风力资源丰富的地区，是家庭及小功率理想的供电设备。

相比之下，经过改进设计的垂直轴风力发电机，以启动风速低、风能利用率高和无噪声等众多优点，具备更加广阔的市场应用前景。

技术实现要素：

本发明旨在一定程度上解决上述技术问题。

有鉴于此，本发明提供了一种垂直轴风力发电机及其发电方法，该垂直轴风力发电机及其发电方法启动风速低，体积小，外型美观，运行振动低，防腐蚀性能增强，安装方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种垂直轴风力发电机及其发电方法，包括发电机组，还包括动力传动轴、环形基体和多个v型风叶，所述动力传动轴沿竖直方向设置，并且底端与所述发电机组的输出轴固定连接，所述环形基体与所述动力传动轴同轴线设置，并套设固定在所述动力传动轴上部，所述环形基体沿其周面均匀固定有多个v型风叶。

进一步，所述v型风叶包括垂直于水平面设置的第一风叶板和第二风叶板，所述第一风叶板一侧与所述第二风叶板的一侧成α角连接，所述第一风叶板的另一侧与所述第二风叶板的另一侧均为自由端，所述第一风叶板与所述环形基体的径向的夹角成β设置，并与所述环形基体固定连接。

进一步，所述第一风叶板一侧与所述第二风叶板的一侧的夹角α为20°～40°。

进一步，所述第一风叶板一侧与所述第二风叶板的一侧的夹角α为35°。

进一步，所述第一风叶板与所述环形基体的径向的夹角的夹角β为30°～40°。

进一步，所述v型风叶有3个或5个。

进一步，所述环形基体包括上环形风叶支架、下环形风叶支架和连接所述上环形风叶支架和所述下环形风叶支架的连接件。

进一步，所述动力传动轴的外部具有防水层。

一种垂直轴风力发电方法，包括以下步骤：

s1：获取垂直轴风力发电机周围环境的风速；

s2：计算每个风叶的扫掠面积；

s3：根据风功率p公式：p＝1/2ρυ³cpa，确定出最大功率下的所需风叶的个数，

其中，ρ为空气密度，υ表示风速，cp是风能利用系数，a表示风叶的扫掠面积。

进一步，所述风叶的材质为铝合金或不锈钢，其表面进行喷塑或氧化处理。

本发明的技术效果在于：(1)第一风叶板一侧与第二风叶板的一侧成α角连接，风力带动多个v型风叶旋转的过程中，第一风叶板与第二风叶板由受到风力带动至不受风力带动下时，受力面积逐渐增加至最大值后逐渐减小；第一风叶板与环形基体的径向的夹角成β设置，增加风叶受到风力的角度范围；具有受风力面积大、启动风速低、体积小、外型美观、运行振动低特点。

(2)风轮叶片采用优质铝合金或不锈钢，叶片表面采用喷塑或氧化处理，防腐蚀性能增强，既美观又耐用，颜色可根据客户要求制作。

(3)使用环形基体安装设计，方便安装和维修。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的v型风叶与环形基体的位置关系示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的v型风叶的受力示意图。

其中，1-动力传动轴；2-环形基体；3-v型风叶；21-上环形风叶支架；22-下环形风叶支架；31-第一风叶板；32-第二风叶板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种垂直轴风力发电机，包括发电机组，还包括动力传动轴1、环形基体2和多个v型风叶3，动力传动轴1沿竖直方向设置，并且底端与发电机组的输出轴固定连接，环形基体2与动力传动轴1同轴线设置，并套设固定在动力传动轴1上部，环形基体2沿其周面均匀固定有多个v型风叶3。

根据本发明的具体实施例，一种垂直轴风力发电机，包括动力传动轴1，环形基体2与动力传动轴1同轴线设置，并套设固定在动力传动轴1上部，环形基体2沿其周面均匀固定有多个v型风叶3，多个v型风叶3在迎风方向形状不对称，产生绕动力传动轴1的扭矩，从而使动力传动轴1转动，动力传动轴1底端通过与发电机组的输出轴固定连接，启动发电机组运转，实现风能至电能的转化，实现风力发电。

根据本发明的具体实施例，发电机组采用的永磁转子交流发电机，配以预设的转子设计，有效地降低发电机的阻转矩，仅为普通电机的1/3，同时使v型风叶3与发电机具有更为良好的匹配特性。

如图1和图2所示，v型风叶3包括垂直于水平面设置的第一风叶板31和第二风叶板32，第一风叶板31一侧与第二风叶板32的一侧成α角连接，第一风叶板31的另一侧与第二风叶板32的另一侧均为自由端，第一风叶板31与环形基体2的径向的夹角成β设置，并与环形基体2固定连接。

根据本发明的具体实施例，v型风叶3包括垂直于水平面设置的第一风叶板31和第二风叶板32，第一风叶板31一侧与第二风叶板32的一侧成α角连接，风力带动多个v型风叶3旋转的过程中，第一风叶板31与第二风叶板32由受到风力带动至不受风力带动下，受力面积逐渐增加至最大值后逐渐减小，第一风叶板31与环形基体2的径向的夹角成β设置，增加风叶3受到风力的角度范围，具有风能利用率好、受风力面积大、启动风速低的特点。

根据本发明的具体实施例，第一风叶板31一侧与第二风叶板32的一侧的夹角α为20°～40°。

进一步，第一风叶板31一侧与第二风叶板32的一侧的夹角α为35°，受力效果好；

第一风叶板31的面积小于第二风叶板32的面积，增加v型风叶3整体的受力面积，提高风能的利用率。

根据本发明的具体实施例，第一风叶板31与环形基体2的径向的夹角β为30°～40°，增加风叶3受到风力的角度范围，风能利用率高。

如图1所示，v型风叶3有3个或5个。

根据本发明的具体实施例，v型风叶3具有偶数个时，多个v型风叶3之间对称设置，陀螺效应使发电机产生巨大的震颤效果，从而对动力传动轴1造成撕裂或磨损；

v型风叶具有奇数个时，v型风叶3在迎风方向形状不对称，产生绕动力传动轴1的扭矩，从而使动力传动轴1转动。

具体的，v型风叶3有3个或5个，降低了噪音。

如图1所示，环形基体2包括上环形风叶支架21、下环形风叶支架22和连接上环形风叶支架21和下环形风叶支架22的连接件。

根据本发明的具体实施例，上环形风叶支架21与下环形风叶支架22平行设置，并通过连接件固定连接，方便安装和维修。

如图1所示，动力传动轴1的外部具有防水层。

根据本发明的具体实施例，动力传动轴1的外部具有防水层，防水层避免动力传动轴1内芯受到外界环境的腐蚀，延长使用寿命。

一种垂直轴风力发电方法，包括以下步骤：

s1：获取垂直轴风力发电机周围环境的风速；

s2：计算每个风叶的扫掠面积；

s3：根据风功率p公式：p＝1/2ρυ³cpa，确定出最大功率下的所需风叶的个数，

其中，ρ为空气密度，υ表示风速，cp是风能利用系数，a表示风叶的扫掠面积。

根据本发明的具体实施例，一团质量为m的空气以速度v运动，它所具有的动能e＝1/2mv²；

设一个垂直于风向的平面，面积为a，空气的密度ρ，单位时间内通过该平面的空气质量m＝vaρ；

设风功率是速度为v的空气经过平面s后速度减为0所产生的功率，将m＝vsρ带入e＝1/2mv²中得到风功率p＝1/2ρυ³a；

而空气经过平面s后并没有消失还得流走，速度不可能为0，所以说风只可能把一部分能量传给平面s；

在风力发电机中风通过风叶扫掠面积时把一部分动能传给发电机组，把风轮接受的风的动能与通过风叶扫掠面积的全部风的动能的比值称为风能利用系数cp；

所以实际的风功率p＝1/2ρυ³cpa，根据风能利用系数cp和风叶的扫掠面积a确定出最大功率下的所需风叶的个数；

风叶的材质为铝合金或不锈钢，其表面进行喷塑或氧化处理。

根据本发明的具体实施例，风叶的材质为铝合金或不锈钢，防腐蚀性能增强，其表面进行喷塑或氧化处理，颜色可根据客户要求制作，既美观又耐用。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。