一种兆瓦级垂直轴风力发电机结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及垂直轴风力发电机技术领域。
【背景技术】
[0002] 为了更好的利用风能，人们设计了多种形式的风力发电系统，从结构形式上看主 要有风力机旋转轴在空间为水平方向的水平轴风力机和旋转轴在空间为垂直方向的垂直 轴风力机。
[0003] 垂直轴风力发电机的风轮采用具有一定翼形的直叶片，叶片的轴线和回转中心的 轴线平行，这些叶片一般被固定在绕回转中心旋转的悬臂或环型支架上。当一定强度的风 吹在这些具有一定翼形，并和旋转轴的切线形成一定角度的直叶片上时，就在这些叶片上 产生了升力L和阻力D，如图2所示，当升力L 1大于阻力D1时，就产生了绕垂直轴转动的力 矩使整个风轮转动，但由于叶片在转动过程中与风向的转角始终都在变化，因此L 1与D1的 大小和方向也都在不断的变化，即叶片在不同位置时产生力矩的大小和方向也是不断变化 的，在有些位置产生的力矩为正、而在有些位置产生的是阻力矩，其合力矩是相互抵消的， 这就降低了垂直轴风力发电机的风能利用率。
[0004] 因此人们设计了各种不同的方法，改变叶片在不同位置时叶片与风向的夹角，即 改变叶片的"攻角"，使得叶片在不同位置时叶片产生的力矩方向保持一致，提高了垂直轴 风力发电机的风能利用率，中国专利号200610023892. 2,美国专利号第4, 299, 537和韩国 专利号10-0490683也都提出了不同的装置，使风轮在旋转过程中，叶片在不同位置与风向 的转角发生变化，提高了风能利用率。
[0005] 但无论现有的哪一种实现叶片转角变化的方法，都存在不同的缺陷。
[0006] 美国和韩国的专利都使用了偏心圆来控制叶片的转角，不仅无法最大限度的提高 风轮在旋转过程中，叶片在不同位置时的同向力矩，而且利用偏心圆来控制叶片在不同位 置时的转角，只有在叶片处于方位角90°和270°位置时可以获得最佳叶片转角，叶片在 其他位置都不能获得最佳叶片转角，因此无法最大限度提高在某一固定风速下垂直轴风力 发电机的效率，限制了大型和超大型垂直轴风力发电机的应用。
[0007] 中国专利号200610023892. 2的方法虽然可以使风轮在转动过程中，使叶片在某 一固定风速时叶片在每一方位角都获得最佳叶片转角，但由于风轮在转动过程中，叶片在 不同方位角时的最佳叶片转角不仅与叶片所处的位置有关，而且还和来流速度（风速）有 关，即叶片在相同的位置、不同的风速下，叶片具有不同的最佳转角，如图3、4所示，因此无 论上述哪种方法都不能使当风速发生较大变化后获得最佳的叶片转角。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的提供一种兆瓦级垂直轴风力发电机结构，不仅能够在某一固定风 速，使每个叶片在任何方位角时都能够获得最佳的叶片转角，而且还能使当风速发生较大 变化时，仍然使叶片在不同位置都获得最佳的叶片转角，使该系统能够在任何风速下都能 够使叶片在任何位置保持最佳的叶片转角，最大限度的提高垂直轴风力发电机在自然环境 下的风能利用率，并且还可以不再使用中心轴，那样使垂直轴风力发电机可以向大型和超 大型方向发展。
[0009] 本发明的具体技术方案是：一种兆瓦级垂直轴风力发电机结构，包括平行结构的 支撑体、发电机、连接叶片和轴的支持翼、复数个叶片组成的风轮、集电环、伺服电机、齿轮、 测风仪、编码器、无线信号传输装置、中央处理器； 上述由复数个叶片组成的风轮围绕其回转中心转动，测风仪向中央处理器提供风速、 风向参数，并通过编码器向中央处理器提供每个叶片的方位，由中央处理器确定每个叶片 在不同位置、不同风速、不同风向时的最佳叶片攻角，伺服电机通过测风仪和编码器控制叶 片在不同风向、不同风速时的叶片转角；最大限度的提高垂直轴风力发电机在不同风速下 的输出功率，以达到提高大型垂直轴风力发电机的风能利用率。
[0010] 本发明采用垂直叶片风力发电机攻角自动调节系统，该系统使得叶片在不同风 速、不同位置时，使叶片始终取得最优的转角。
[0011] 叶片在不同位置时的方位角与叶片转角的关系如下： 风轮启动时：
【主权项】
1. 一种兆瓦级垂直轴风力发电机结构，包括平行结构的支撑体、发电机、连接叶片和轴 的支持翼、复数个叶片组成的风轮、集电环、伺服电机、齿轮、测风仪、编码器、无线信号传输 装置、中央处理器；其特征在于， 所述由复数个叶片组成的风轮围绕其回转中心转动，测风仪向中央处理器提供风速、 风向参数，并通过编码器向中央处理器提供每个叶片的方位，由中央处理器确定每个叶片 在不同位置、不同风速、不同风向时的最佳叶片攻角，伺服电机通过测风仪和编码器控制叶 片在不同风向、不同风速时的叶片转角； 叶片在不同位置时的方位角与叶片转角的关系如下： 风轮启动时：
风轮启动后，当风轮旋转时叶片的线速度和风速之比达到0. 3以上时：
当风速超过了额定风速后：
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【专利摘要】本发明涉及一种兆瓦级垂直轴风力发电机结构，包括平行结构的支撑体、发电机、连接叶片和轴的支持翼、复数个叶片组成的风轮、集电环、伺服电机、齿轮、测风仪、编码器、无线信号传输装置、中央处理器；所述由复数个叶片组成的风轮围绕其回转中心转动，测风仪向中央处理器提供风速、风向参数，并通过编码器向中央处理器提供每个叶片的方位，由中央处理器确定每个叶片在不同位置、不同风速、不同风向时的最佳叶片攻角，伺服电机通过测风仪和编码器控制叶片在不同风向、不同风速时的叶片转角；叶片在不同位置时的方位角与叶片转角具有对应关系。
【IPC分类】F03D9-00, F03D3-06, F03D7-06
【公开号】CN104612901
【申请号】CN201310539544
【发明人】张群
【申请人】张群
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年11月4日