一种能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮的制作方法

本技术涉及风力发电机叶轮领域，尤其涉及的是一种能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮。

背景技术：

1、随着碳达峰、碳中和目标的确立，世界各国都高度重视新能源的开发，我国更是把开发新能源作为摆脱能源依赖，实现能源自主的国家战略。风能资源因其无污染、可再生、资源丰富、分布广泛而引起世界各国的关注并投入巨资进行开发。与其他能源相比，风能具有蕴量巨大，可以再生，分布广泛，没有污染等优点使其在技术和成本上都具有较强的优势，因此成为当前最理想的可再生清洁能源之一。所以风力发电成为了当今社会的焦点，归其优越性可归纳为三点：首先，在经济成本方面，建造风力发电厂的费用较水电厂火电厂或者核电站的费用要低得多；其次，风力发电的运营成本除常规保养外，没有其他任何消耗和燃料成本；再次，风能是一种清洁干净的可再生能源。风力发电既有效地利用了自然资源，又保护了自然环境，还解决了偏远地区人们用电急缺的问题。因此，各国对于风能开发和利用项目的投资费用不断加大，风力发电行业呈现出前所未有的发展势头。

2、我国也早在上个世纪就开始使用风能，近年来我国的风电产业发展势头也特别强劲，装机容量已超过美国，走在世界前列。目前所使用的风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。在风电场中，风力机则是将风能转化为电能的重要装置。风力机主要分为水平轴和垂直轴风力机，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机等相关的机械部件不必像水平轴风力机那样安装在高高的塔顶，可以安装在低处，方便安装、维护，运行时无需对风向，可以直接利用各个方向的风能，整体结构更加简单、可靠。

3、现有技术中，垂直轴风力发电机的叶片是升力型风力发电机组的核心部件，通过带动叶轮旋转来获得风能，是风力发电机组的动力来源。在风力发电过程中，由于风场中的风速是实时变化的，当风场中的风速小于或等于额定风速时，需要通过增加转速来达到增加发电量的目的；而当风场中的风速超过额定风速时，风力发电机将会在高转速下运行，这使得风力发电机中的轮毂、叶片等机械部件的载荷存在较大幅度的增大，从而导致这些机械部件的使用寿命降低；因此，通过在不同风速条件下改变叶片的角度，以实现对风力发电机的转速调节，是非常有必要的举措，然而现有的升力型垂直轴风力发电机的叶片都是固定设置的，无法通过改变角度来控制叶片的转速状态。

4、因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能在低风速条件下提高利用率，在高风速下保持额定转速的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮。

2、本实用新型的技术方案如下：一种能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，包括主轴，沿所述主轴圆周方向等角度设置的叶轮骨架，以及与所述叶轮骨架活动连接的角度可调叶轮组件，所述角度可调叶轮组件受到气流作用时可带动叶轮骨架实现转动；

3、所述角度可调叶轮组件包括旋转连接轴、叶片以及角度调节装置，所述叶轮骨架远离主轴的端部通过旋转连接轴与叶片活动连接，所述主轴中心与叶片前端之间形成有轴线路径，所述轴线路径与叶片的径向轴线之间形成有叶片夹角，所述角度调节装置设于叶轮骨架或主轴上并可驱动所述叶片活动，以实现对所述叶片夹角的角度调节，在相同风速下，通过改变所述叶片夹角的角度可调节叶片的转速状态。

4、采用上述技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，当所述叶片夹角的角度为60～70°时，此时所述叶片处于最高转速状态；当所述叶片夹角的角度为70～110°时，此时所述叶片的转速随角度的递增而降低，当所述叶片夹角的角度为110～130°时，此时所述叶片处于制动停转状态。

5、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，当所述叶片夹角的角度为60～70°时，此时所述叶片处于最高转速状态；当所述叶片夹角的角度为20～60°时，此时所述叶片的转速随角度的递减而降低；当所述叶片夹角的角度为0～20°时，此时所述叶片处于制动停转状态。

6、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述角度调节装置包括伸缩杆，所述伸缩杆的一端与叶轮骨架连接，所述伸缩杆的另一端与叶片连接，通过改变所述伸缩杆的伸缩长度来实现对叶片夹角的角度调节。

7、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述角度调节装置包括前链索、后链索、前卷绕盘以及后卷绕盘，所述前卷绕盘及后卷绕盘分别设于叶轮骨架的前后两侧，所述前卷绕盘上绕设有前链索，所述后卷绕盘上绕设有后链索，所述前链索在旋转连接轴前侧端与叶片连接，所述后链索在旋转连接轴后侧端与叶片连接，通过调节所述前链索与后链索之间的长度差来实现对叶片夹角的角度调节。

8、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述角度调节装置包括驱动电机、驱动齿轮以及齿轮盘，所述驱动电机设于叶轮骨架或主轴上，所述驱动电机的输出轴与驱动齿轮连接，所述齿轮盘设于叶片上，所述驱动齿轮与齿轮盘通过啮合连接，所述驱动电机可驱动驱动齿轮进行旋转，以通过所述齿轮盘的啮合运动实现对叶片夹角的角度调节。

9、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述角度调节装置还包括有蜗轮及蜗杆，所述蜗轮通过连接轴与驱动齿轮连接，所述蜗杆设于叶轮骨架上，且所述蜗轮与蜗杆相互啮合连接。

10、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述叶片上设有铰座，所述叶轮骨架靠近铰座的一端设有铰接孔，所述旋转连接轴穿过铰接孔并与铰座可活动连接。

11、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述角度可调叶轮组件的数量为三组，相邻两组所述角度可调叶轮组件之间的夹角互为120°。

12、采用上述各个技术方案，所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮中，所述叶轮骨架可带动发电机组的转子转动，由此构成风力发电机。

13、与现有技术相比，本实用新型的角度可调叶轮组件受到气流作用时可带动叶轮骨架转动实现发电，角度可调叶轮组件包括旋转连接轴、叶片以及角度调节装置，角度调节装置可驱动叶片活动，以实现对叶片夹角的角度调节，当风速小于或等于额定风速时，可将叶片夹角的范围调节至60～70°，以使叶片处于最高转速状态，从而提升叶片的捕风能力，提高发电效率；当风速超过额定风速时，可将叶片夹角的范围调节至20～60°或70～110°，以降低叶片的捕风能力，使风力发电机维持在额定转速，避免转速过高增大负荷影响机械部件的使用寿命；另外，当需要停转风力发电机时，可将叶片夹角的角度调节至0～20°或110～130°，此时叶片在高风速条件下也难以转动，实现制动停机；整体结构设计合理，相对比传统的升力型垂直轴风力发电机叶轮，具有叶片角度可调、转速可控等有益效果。

技术特征：

1.一种能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：包括主轴，沿所述主轴圆周方向等角度设置的叶轮骨架，以及与所述叶轮骨架活动连接的角度可调叶轮组件，所述角度可调叶轮组件受到气流作用时可带动叶轮骨架实现转动；

2.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：当所述叶片夹角的角度为60～70°时，此时所述叶片处于最高转速状态；当所述叶片夹角的角度为70～110°时，此时所述叶片的转速随角度的递增而降低，当所述叶片夹角的角度为110～130°时，此时所述叶片处于制动停转状态。

3.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：当所述叶片夹角的角度为60～70°时，此时所述叶片处于最高转速状态；当所述叶片夹角的角度为20～60°时，此时所述叶片的转速随角度的递减而降低；当所述叶片夹角的角度为0～20°时，此时所述叶片处于制动停转状态。

4.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述角度调节装置包括伸缩杆，所述伸缩杆的一端与叶轮骨架连接，所述伸缩杆的另一端与叶片连接，通过改变所述伸缩杆的伸缩长度来实现对叶片夹角的角度调节。

5.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述角度调节装置包括前链索、后链索、前卷绕盘以及后卷绕盘，所述前卷绕盘及后卷绕盘分别设于叶轮骨架的前后两侧，所述前卷绕盘上绕设有前链索，所述后卷绕盘上绕设有后链索，所述前链索在旋转连接轴前侧端与叶片连接，所述后链索在旋转连接轴后侧端与叶片连接，通过调节所述前链索与后链索之间的长度差来实现对叶片夹角的角度调节。

6.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述角度调节装置包括驱动电机、驱动齿轮以及齿轮盘，所述驱动电机设于叶轮骨架或主轴上，所述驱动电机的输出轴与驱动齿轮连接，所述齿轮盘设于叶片上，所述驱动齿轮与齿轮盘通过啮合连接，所述驱动电机可驱动驱动齿轮进行旋转，以通过所述齿轮盘的啮合运动实现对叶片夹角的角度调节。

7.根据权利要求6所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述角度调节装置还包括有蜗轮及蜗杆，所述蜗轮通过连接轴与驱动齿轮连接，所述蜗杆设于叶轮骨架上，且所述蜗轮与蜗杆相互啮合连接。

8.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述叶片上设有铰座，所述叶轮骨架靠近铰座的一端设有铰接孔，所述旋转连接轴穿过铰接孔并与铰座可活动连接。

9.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述角度可调叶轮组件的数量为三组，相邻两组所述角度可调叶轮组件之间的夹角互为120°。

10.根据权利要求1所述的能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，其特征在于：所述叶轮骨架可带动发电机组的转子转动，由此构成风力发电机。

技术总结
本技术公开了一种能控制转速的升力型垂直轴风力发电机叶轮，包括主轴，叶轮骨架及角度可调叶轮组件，所述角度可调叶轮组件受到气流作用时可带动叶轮骨架实现转动；所述角度可调叶轮组件包括旋转连接轴、叶片以及角度调节装置。本技术的角度调节装置可驱动叶片活动，以实现对叶片夹角的角度调节，当风速小于或等于额定风速时，可将叶片夹角的范围调节至60～70°，以使叶片处于最高转速状态，提高发电效率；当风速超过额定风速时，可将叶片夹角的范围调节至20～60°或70～110°，以降低叶片的捕风能力，避免转速过高增大负荷影响机械部件的使用寿命；整体结构设计合理，具有叶片角度可调、转速可控等有益效果。

技术研发人员：徐运华
受保护的技术使用者：龙川县亿智电子商务有限公司
技术研发日：20230112
技术公布日：2024/1/12