[发明专利]一种垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机械领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风能是一种取之不尽，用之不竭的可再生新兴绿色能源。因此，世界各国和政府把风力发电行业提高到一个重要的地位，大力推动和扶持。我国是最先研制出垂直轴风力发电机的国家之一，垂直轴风力发电机相比水平风力发电机优点是噪声小，风能利用率高和启动风速小等。现有技术中，垂直轴风力发电机主要分为阻力型和升力型两类。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力差作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。但是，目前无论阻力型还是升力型的垂直轴风力发电机都普遍存在着以下缺陷：起动扭矩小、结构复杂、而且在强风时，风轮迎风面积及受力大，而使发电机输出功率过大，容易导致电机超出额定发电功率而损坏，目前的一般的解决办法是通过在旋转轴部位设置摩擦或者是变速装置，此种方法使发电机变得易磨损，不稳定，而且结构繁琐不易普遍实现；还有些解决方法是设置弹簧变桨装置，通过改变扇叶方向来增加旋转阻力从而达到限速的目的，此种装置不稳定，而且对材料强度要求更高，增加了成本。如专利申请CN98209672.0自动调节叶片角度的垂直轴风力机，它是在风力机轮辐上安装了机械装置使轮辐转动90度来实现叶片随之转动90度，风机每转一圈变化两次。这样的变化不平稳不连续，而且机械转动装置复杂安全性差，在大型风力机上很难应用。又如专利申请CN200710060159.2全迎风同步垂直轴风力发电机，它的调控叶片方向是用凸轮，链条，球的组合来实现调控叶片方向实现风轮机运转。这个系统过于复杂，制造安装精度要求高，在运转过程中机械磨损精度难于保证，难于长期运行。又如专利申请CN20071016748.6,双层叶片并网垂直轴风力发电机。它的变叶片方向是靠凸轮，链条，风力控制器，变速箱多个机械来实现的，而且开始运转还需要外电驱动。又如专利申请CN201110113520.X,变桨叶式垂直轴风力发电机，是一种靠扇叶和重锤的离心力调节弹簧来自动控制变桨叶方向的垂直轴风力发电机，但是随着风速的易变，弹簧的变化跟所需限速阻力保持协调从而导致不稳定，而且此种设置对高速运行的扇叶和连接装置的强度要求更高，成本更高。

发明内容

为克服现有技术中垂直轴风力发电机的不易启动和限速装置结构复杂、不稳定和成本高的问题，本发明提供一种垂直轴风力发电机，包括风叶、盘式电机、风叶支架和立柱，它还包括挡风集风板、风速传感器、控制器、角度调节装置和尾翼。

进一步地，所述挡风集风板呈锥体且包括有大口的集风口和小口的排风口，所述风叶和盘式电机设置在所述挡风集风板锥体内的排风口处，所述挡风集风板通过轴承与立柱连接；所述挡风集风板的排风口上部固定有竖直的立杆，所述控制器和角度调节装置设置在所述立杆上，所述角度调节装置通过导线与控制器的控制电路连接；所述风速传感器设置在所述立杆上顶端，所述风速传感器通过数据线与控制器连接；所述尾翼头部设置在角度调节装置上，所述尾翼的形状为风向标形状；风速传感器将风速信号传输给控制器，控制器分析风速信号，当风速大于风力发电机的额定风速时，所述控制器控制角度调节装置使所述尾翼的尾部偏转0°-180°的夹角。

进一步地，所述尾翼的一面的侧面积大于所述挡风集风板一面的侧面积，所述尾翼的长度大于挡风板长度的2倍。

进一步地，所述尾翼有两个，所述两个尾翼的夹角在15°-30°。

进一步地，在风速小于风力发电机的额定风速时，所述尾翼的尾部朝向与排风口方向一致。

优选地，所述风叶上还设置有启动风杯。

优选地，所述盘式电机上还设置有不可逆转圆盘，所述不可逆转圆盘上设置有启动风杯。

进一步地，所述挡风集风板上部还设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线连接风速传感器和控制器。

优选地，所述风速传感器上设置有小型发电机，所述小型发电机由风速传感器带动，所述小型发电机向控制器供电。

使用上述结构后本发明的有益效果是：通过在垂直轴风力发电机上设置挡风集风板可在风速小于额定风速时搜集风提高风能利用率，在风速大于额定风速时，挡风限制发电机转速保护发电机及电路安全，通过挡风的限速原理使限速机构与风力发电机构分离不直接相连从而风力发电机构更加稳定，无需使用更高强材料来克服不稳定性带来的影响。

附图说明