一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应风向的垂直轴风力机，其中：包括竖直的塔筒结构，塔筒结构上设置水平的转环，转环绕在塔筒结构上并能相对于塔筒结构转动，转环上安装有用于检测转环转动角速度的转速监测器，塔筒结构上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构，每个垂直轴风力机叶片结构均包括叶片、连杆以及叶片角度控制装置，叶片通过叶片角度控制装置与连杆连接，叶片角度控制装置能带动叶片绕叶片自身的竖直中轴自转，信号控制器能接收转速监测器检测到的转环转动角速度以及风向检测装置检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置带动叶片转动，使其中一个叶片始终垂直于风的来流方向。

A vertical axis wind turbine with adaptive wind direction and its control method

The invention discloses a vertical axis wind turbine with adaptive wind direction, which comprises a vertical tower tube structure, a horizontal rotating ring is arranged on the tower tube structure, the rotating ring is arranged on the tower tube structure and can rotate relative to the tower tube structure, a rotating speed monitor for detecting the rotating angle speed of the rotating ring is arranged on the rotating ring, and a number of vertical axis wind turbine blade structures are arranged on the tower tube structure, each The blade structure of vertical axis wind turbine includes blade, connecting rod and blade angle control device. The blade is connected with connecting rod through blade angle control device. The blade angle control device can drive the blade to rotate around the vertical axis of the blade itself. The signal controller can receive the rotating speed of the rotating ring detected by the speed monitor and the wind direction detected by the wind direction detection device, and according to the connection The collected information controls the blade angle control device to drive the blade to rotate, so that one of the blades is always perpendicular to the direction of wind flow.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法
本专利技术属于风力发电的领域，尤其涉及一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法。
技术介绍
作为风能发电的主要构筑物之一，垂直轴风力机面临材料疲劳破坏、无法调节方向和效率不足的问题，严重制约了阻力型垂直轴风力机的发展。常见的阻力型垂直轴风力机都会面临两个问题，阻力差太小或者无法自适应风向。传统的阻力型垂直轴风力机难以同时解决这两个问题，在增大叶片阻力差的同时，风力机无法自适应风向；而全风向可适应的风力机阻力差太小。升力型的垂直轴风力机则有难以自启动等问题。因此，本专利技术公开了一种自适应风向的高阻力差阻力型垂直轴风力机。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中提及的不足，提出了一种自适应风向的垂直轴风力机及其控制方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种自适应风向的垂直轴风力机，其中：包括竖直的塔筒结构，塔筒结构上设置水平的转环，转环绕在塔筒结构上并能相对于塔筒结构转动，转环上安装有用于检测转环转动角速度的转速监测器，塔筒结构上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构，每个垂直轴风力机叶片结构均包括叶片、连杆以及叶片角度控制装置，叶片为轴风力机叶片，叶片竖直设置，叶片通过连杆与转环连接，转环能带动叶片在水平方向上绕塔筒结构转动，叶片角度控制装置安装在连杆上，叶片通过叶片角度控制装置与连杆连接，叶片角度控制装置能带动叶片绕叶片自身的竖直中轴自转，相邻垂直轴风力机叶片结构的叶片之间具有角度和偏转方向均相同的相对偏角，叶片等弧度布设在塔筒结构四周，塔筒结构顶部安装有风向检测装置，风向检测装置用于检测风向，塔筒结构上安装有信号控制器，信号控制器与转速监测器、风向检测装置以及叶片角度控制装置连接，信号控制器能接收转速监测器检测到的转环转动角速度以及风向检测装置检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置带动叶片转动，使其中一个叶片始终垂直于风的来流方向。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的垂直轴风力机叶片结构的数量为四个，相应的，叶片的数量为四个，叶片之间相对偏角为45度。上述的叶片角度控制装置包括电机、第一齿轮以及第二齿轮，叶片的竖直中轴与第二齿轮的齿轮轴固定连接，电机固定在连杆上，电机的电机轴与第一齿轮的齿轮轴固定连接，第一齿轮和第二齿轮咬合配合，电机的电机轴转动时，能使第一齿轮带动第二齿轮转动，进而使叶片沿其竖直中轴自转。上述的风向检测装置包括风向标、第三齿轮、第四齿轮以及齿轮转角检测器，第三齿轮和转动地安装在塔筒结构顶部，风向标安装在第三齿轮的上部且风向标的标杆与第三齿轮的齿轮轴固定连接，齿轮转角检测器固定安装在塔筒结构顶部，第四齿轮的齿轮轴与齿轮转角检测器连接，齿轮转角检测器能检测第四齿轮的齿轮轴转角，第三齿轮和第四齿轮咬合配合。上述的第三齿轮和第四齿轮的尺寸相同。上述的第一齿轮和第二齿轮的尺寸相同。上述的信号控制器为单片机，型号为AVR单片机。一种自适应风向的垂直轴风力机的控制方法：信号控制器实时接收转速监测器检测到的转环转动角速度以及风向检测装置检测到的风偏角，首先判断风偏角是否为0，是则信号控制器控制电机输出转动角速度；否则信号控制器控制电机以角速度转动T秒，。本专利技术的一种自适应风向的垂直轴风力机，通过实时监测转速和风偏角，利用信号控制器控制电机输出转速，继而控制叶片相对风向的角度，使得有一个叶片始终垂直于风的来流方向，而与该叶片相对的一个叶片则始终平行于风的来流方向，这种结构可使叶片保持在最大阻力差状态，从而最大化利用风能。同时，本专利技术的垂直轴风力机可以自适应风向旋转，可调节转速、调节方向速率，且构造简单、施工方便。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是叶片角度控制装置的结构示意图；图3是风向检测装置的结构示意图。附图标记为：塔筒结构1、转环11、垂直轴风力机叶片结构2、叶片21、连杆22、叶片角度控制装置3、电机31、第一齿轮32、第二齿轮33、风向检测装置4、风向标41、第三齿轮42、第四齿轮43、齿轮转角检测器44。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。本实施例的一种自适应风向的垂直轴风力机，其中：包括竖直的塔筒结构1，塔筒结构1上设置水平的转环11，转环11绕在塔筒结构1上并能相对于塔筒结构1转动，转环11上安装有用于检测转环11转动角速度的转速监测器，塔筒结构1上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构2，每个垂直轴风力机叶片结构2均包括叶片21、连杆22以及叶片角度控制装置3，叶片21为轴风力机叶片，叶片21竖直设置，叶片21通过连杆22与转环11连接，转环11能带动叶片21在水平方向上绕塔筒结构1转动，叶片角度控制装置3安装在连杆22上，叶片21通过叶片角度控制装置3与连杆22连接，叶片角度控制装置3能带动叶片21绕叶片21自身的竖直中轴自转，相邻垂直轴风力机叶片结构2的叶片21之间具有角度和偏转方向均相同的相对偏角，叶片21等弧度布设在塔筒结构1四周，塔筒结构1顶部安装有风向检测装置4，风向检测装置4用于检测风向，塔筒结构1上安装有信号控制器，信号控制器与转速监测器、风向检测装置4以及叶片角度控制装置3连接，信号控制器能接收转速监测器检测到的转环11转动角速度以及风向检测装置4检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置3带动叶片21转动，使其中一个叶片21始终垂直于风的来流方向。实施例中，垂直轴风力机叶片结构2的数量为四个，相应的，叶片21的数量为四个，叶片21之间相对偏角为45度。实施例中，叶片角度控制装置3包括电机31、第一齿轮32以及第二齿轮33，叶片21的竖直中轴与第二齿轮33的齿轮轴固定连接，电机31固定在连杆22上，电机31的电机轴与第一齿轮32的齿轮轴固定连接，第一齿轮32和第二齿轮33咬合配合，电机31的电机轴转动时，能使第一齿轮32带动第二齿轮转动，进而使叶片21沿其竖直中轴自转。实施例中，风向检测装置4包括风向标41、第三齿轮42、第四齿轮43以及齿轮转角检测器44，第三齿轮42和转动地安装在塔筒结构1顶部，风向标41安装在第三齿轮42的上部且风向标41的标杆与第三齿轮42的齿轮轴固定连接，齿轮转角检测器44固定安装在塔筒结构1顶部，第四齿轮43的齿轮轴与齿轮转角检测器44连接，齿轮转角检测器44能检测第四齿轮43的齿轮轴转角，第三齿轮42和第四齿轮43咬合配合。实施例中，第三齿轮42和第四齿轮43的尺寸相同。实施例中，第一齿轮32和第二齿轮33的尺寸相同。实施例中，信号控制器为单片机，型号为AVR单片机。本专利技术的一种自适应风向的垂直轴风力机，包括矩形的风力机叶片，配备信号控制器的电机，电机用于控制叶片自转角速度，塔筒结构1装有风向检测装置4与转速监测器，塔筒结构1将垂直轴转动角速度和风偏角信息传递给控制叶片转速的信号控制器，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应风向的垂直轴风力机，其特征是：包括竖直的塔筒结构(1)，所述的塔筒结构(1)上设置水平的转环(11)，所述的转环(11)绕在塔筒结构(1)上并能相对于塔筒结构(1)转动，转环(11)上安装有用于检测转环(11)转动角速度的转速监测器，所述的塔筒结构(1)上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构(2)，每个垂直轴风力机叶片结构(2)均包括叶片(21)、连杆(22)以及叶片角度控制装置(3)，所述的叶片(21)为轴风力机叶片，叶片(21)竖直设置，所述的叶片(21)通过连杆(22)与转环(11)连接，所述的转环(11)能带动叶片(21)在水平方向上绕塔筒结构(1)转动，所述的叶片角度控制装置(3)安装在连杆(22)上，所述的叶片(21)通过叶片角度控制装置(3)与连杆(22)连接，所述的叶片角度控制装置(3)能带动叶片(21)绕叶片(21)自身的竖直中轴自转，相邻垂直轴风力机叶片结构(2)的叶片(21)之间具有角度和偏转方向均相同的相对偏角，叶片(21)等弧度布设在塔筒结构(1)四周，所述的塔筒结构(1)顶部安装有风向检测装置(4)，所述的风向检测装置(4)用于检测风向，所述的塔筒结构(1)上安装有信号控制器，所述的信号控制器与转速监测器、风向检测装置(4)以及叶片角度控制装置(3)连接，所述的信号控制器能接收转速监测器检测到的转环(11)转动角速度以及风向检测装置(4)检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置(3)带动叶片(21)转动，使其中一个叶片(21)始终垂直于风的来流方向。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自适应风向的垂直轴风力机，其特征是：包括竖直的塔筒结构(1)，所述的塔筒结构(1)上设置水平的转环(11)，所述的转环(11)绕在塔筒结构(1)上并能相对于塔筒结构(1)转动，转环(11)上安装有用于检测转环(11)转动角速度的转速监测器，所述的塔筒结构(1)上设置有若干个垂直轴风力机叶片结构(2)，每个垂直轴风力机叶片结构(2)均包括叶片(21)、连杆(22)以及叶片角度控制装置(3)，所述的叶片(21)为轴风力机叶片，叶片(21)竖直设置，所述的叶片(21)通过连杆(22)与转环(11)连接，所述的转环(11)能带动叶片(21)在水平方向上绕塔筒结构(1)转动，所述的叶片角度控制装置(3)安装在连杆(22)上，所述的叶片(21)通过叶片角度控制装置(3)与连杆(22)连接，所述的叶片角度控制装置(3)能带动叶片(21)绕叶片(21)自身的竖直中轴自转，相邻垂直轴风力机叶片结构(2)的叶片(21)之间具有角度和偏转方向均相同的相对偏角，叶片(21)等弧度布设在塔筒结构(1)四周，所述的塔筒结构(1)顶部安装有风向检测装置(4)，所述的风向检测装置(4)用于检测风向，所述的塔筒结构(1)上安装有信号控制器，所述的信号控制器与转速监测器、风向检测装置(4)以及叶片角度控制装置(3)连接，所述的信号控制器能接收转速监测器检测到的转环(11)转动角速度以及风向检测装置(4)检测到的风向，并根据接收的信息控制叶片角度控制装置(3)带动叶片(21)转动，使其中一个叶片(21)始终垂直于风的来流方向。


2.根据权利要求1所述的一种自适应风向的垂直轴风力机，其特征是：所述的垂直轴风力机叶片结构(2)的数量为四个，相应的，叶片(21)的数量为四个，叶片(21)之间相对偏角为45度。


3.根据权利要求2所述的一种自适应风向的垂直轴风力机，其特征是：所述的叶片角度控制装置(3)包括电机(31)、第一齿轮(...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯世堂，王振逸，王晓海，孙捷，董依帆，朱容宽，王飞天，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32