一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组制造技术

本发明专利技术提供了一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，包括固定底座、固定主轴、上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机，上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机沿垂直方向由上到下依次布置在固定主轴上，上下两组同轴仿生叶片均采用NACA0021为基本翼型，以正弦波模拟鲸鱼胸鳍翼型前缘凸起波动形状，将上下两组同轴仿生叶片分别与发电机转子和定子连接，并使上下两组叶片沿相反方向旋转，提高了发电机定子与转子的相对转速，同时充分利用了仿生叶片气动性能好的优势，有效的提高了发电效率。有效的提高了发电效率。有效的提高了发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组


[0001]本专利技术属于风力发电机
，涉及一种垂直轴风力发电机组，具体涉及一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组。

技术介绍

[0002]当今，在世界能源结构转变为可再生可持续发展系统的过程中，风能作为一种分布广泛的可再生清洁能源被大规模的开发与利用，在解决能源危机和环境保护问题上起到了不可忽视的作用。
[0003]风力发电机按旋转方向可分为水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的优势在于：叶轮占据的空间和面积较小，无需偏航系统，塔架制造较为简单，机组维修方便。但是，垂直轴风力发电机也有不足之处，1：相较于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的风能利用率较低；2:由于对风速变化与负荷变化要求都较苛刻，在气流不平稳与湍流较大时气动性能差，难以高效率运行。
[0004]因此，需提供一种风力发电机，在保留垂直轴风力发电机优势的前提下，解决风能利用率低与气动性能差的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，通过将上下两组同轴仿生叶片分别与发电机转子和定子连接，并使上下两组叶片沿相反方向旋转，提高了发电机定子与转子的相对转速，同时充分利用了仿生叶片气动性能好的优势，有效的提高了发电效率。
[0006]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，包括固定底座、固定主轴、上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机，所述固定主轴沿垂直方向固定设置在所述固定底座上，所述上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机沿垂直方向由上到下依次布置在所述固定主轴上，所述上风叶转子包括上风叶轴以及通过叶片支架固定连接在所述上风叶轴上并沿周向均匀分布的若干上仿生风叶，所述下风叶转子包括下风叶轴以及通过叶片支架固定连接在所述下风叶轴上并沿周向均匀分布的若干下仿生风叶，所述盘式发电机包括盘式发电机转子部、盘式发电机定子部，其特征在于，
[0008]所述上风叶轴、下风叶轴均为一套设在所述固定主轴上的中空筒体，所述上风叶轴的下端固定连接所述盘式发电机转子部、盘式发电机定子部中的一个，所述下风叶轴的上端固定连接所述盘式发电机转子部、盘式发电机定子部中的另一个，
[0009]所述上风叶轴的上端通过上风叶轴承、下端通过盘式发电机转子轴承或盘式发电机定子轴承转动设置在所述固定主轴上，
[0010]所述下风叶轴的上端通过盘式发电机定子轴承或盘式发电机转子轴承、下端通过下风叶轴承转动设置在所述固定主轴上，
[0011]所述上风叶转子、下风叶转子中的上仿生风叶、下仿生风叶设计为在风力的作用下沿相反方向旋转。
[0012]本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，还具有这样的特征，所述上仿生风叶与下仿生风叶均以正弦波模拟鲸鱼胸鳍翼型前缘凸起波动形状，凸起是外扩式，波谷为标准翼型。所述仿生风叶的前缘突起形状公式为：式中，A为前缘振幅，ω为角速度，为初相，k为偏距。进一步地，所述上仿生风叶与下仿生风叶中，叶片前缘振幅A与翼型弦长c之比为0.015～0.1，波长λ与翼型弦长c之比为0.25～0.75。优选的，初相取0，偏距k取0。
[0013]优选的，叶片前缘振幅A与翼型弦长c之比为0.025，波长λ与翼型弦长c之比为0.75。
[0014]本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，还具有这样的特征，所述盘式发电机转子部包括转子磁轭(上端盖)以及设置在所述转子磁轭上的转子磁极，所述转子磁轭通过所述盘式发电机转子轴承转动设置在所述固定主轴上。
[0015]本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，还具有这样的特征，所述盘式发电机定子部包括定子底座(下端盖)以及设置在所述定子底座上的定子铁芯、定子绕组，所述定子底座通过所述盘式发电机转子轴承转动设置在所述固定主轴上。
[0016]本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，还具有这样的特征，所述固定主轴的顶部设有避雷针。
[0017]本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，所述上仿生叶片与下仿生叶片的个数分别为2～6个。
[0018]同现有技术相比，本专利技术的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组具有以下显著的技术效果：
[0019](1)本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，通过叶片仿鲸鱼胸鳍翼型前缘凸起形状，优化了叶片的气动性能，进一步提高了风力发电机组的运行效率与稳定性。
[0020](2)本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，将上下两组同轴仿生叶片分别与发电机转子和定子连接，并使上下两组叶片沿相反方向旋转，增加了发电机定子与转子的相对转速，有效的提高了发电效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所提供的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术中仿生叶片的形状示意图；
[0023]图3为本专利技术中不同振幅与波长仿生叶片的升力系数与攻角关系示意图(来流风速为12.5m/s，雷诺系数为2.3
×
105，湍流强度16％)；
[0024]图4为本专利技术中不同振幅与波长仿生叶片的阻力系数与攻角关系示意图(来流风速为12.5m/s，雷诺系数为2.3
×
105，湍流强度16％)；
[0025]图5为本专利技术中不同振幅与波长仿生叶片的升阻比与攻角关系示意图(来流风速为12.5m/s，雷诺系数为2.3
×
105，湍流强度16％)；
[0026]其中：1：避雷针；2：上仿生风叶；3：上风叶轴；4：下仿生风叶；5：下风叶轴；6：固定主轴；7：固定底座；8：盘式发电机转子部；8A：转子磁轭(上端盖)；8B：转子磁极；9：盘式发电机定子部；9A：定子铁芯；9B：定子绕组；9C：定子底座(下端盖)；10：上风叶轴承；11：盘式发电机转子轴承；12：盘式发电机定子轴承；13：下风叶轴承。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术所提供的风力发电机组装置作具体阐述。
[0028]在本专利技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术创造的限制。
[0029]术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，包括固定底座、固定主轴、上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机，所述固定主轴沿垂直方向固定设置在所述固定底座上，所述上风叶转子、下风叶转子、盘式发电机沿垂直方向由上到下依次布置在所述固定主轴上，所述上风叶转子包括上风叶轴以及通过叶片支架固定连接在所述上风叶轴上并沿周向均匀分布的若干上仿生风叶，所述下风叶转子包括下风叶轴以及通过叶片支架固定连接在所述下风叶轴上并沿周向均匀分布的若干下仿生风叶，所述盘式发电机包括盘式发电机转子部、盘式发电机定子部，其特征在于，所述上风叶轴、下风叶轴均为一套设在所述固定主轴上的中空筒体，所述上风叶轴的下端固定连接所述盘式发电机转子部、盘式发电机定子部中的一个，所述下风叶轴的上端固定连接所述盘式发电机转子部、盘式发电机定子部中的另一个，所述上风叶轴的上端通过上风叶轴承、下端通过盘式发电机转子轴承或盘式发电机定子轴承转动设置在所述固定主轴上，所述下风叶轴的上端通过盘式发电机定子轴承或盘式发电机转子轴承、下端通过下风叶轴承转动设置在所述固定主轴上，所述上风叶转子、下风叶转子中的上仿生风叶、下仿生风叶设计为在风力的作用下沿相反方向旋转。2.根据上述权利要求所述的利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆安，蔡畅，荣晓敏，宋娟娟，廖猜猜，钟晓晖，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：