專利名稱：智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電裝置領(lǐng)域，特別是一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置， 本發(fā)明還涉及一種用計算機控制葉片迎風角的方法。
背景技術(shù)：
水能和風能都是一種豐富、可再生、清潔的能源，利用風力和水力給人類帶來的好 處是非常明顯的。比起燃燒木頭、煤炭、石油發(fā)電，越來越多的利用風能和水能發(fā)電能夠減 少二氧化碳以及其他嚴重危害空氣質(zhì)量、導(dǎo)致酸雨、溫室效應(yīng)、全球變暖的污染物產(chǎn)生，有 利于改善環(huán)境質(zhì)量。風和水都是比較緩慢的流體，但這些流體中存在的能量卻是巨大的，緩慢流體的 “能量密度”較小，因此，利用這類流體產(chǎn)生電能的發(fā)電機要足夠大。另外，因為風和海洋流 的方向和速度不斷發(fā)生變化，發(fā)電機要能對這種變化作出迅速的反應(yīng)，并相應(yīng)調(diào)整，才能使 發(fā)電機達到更高的發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置，通過 感應(yīng)器對風的流速和方向的變化作出感應(yīng)，再通過計算機快速準確算出風葉對這種變化所 需做出的調(diào)整量，并指揮相應(yīng)裝置驅(qū)動發(fā)電機風葉作出相應(yīng)調(diào)整；本發(fā)明還提供一種計算 機調(diào)節(jié)葉片的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種智能垂直風力發(fā)電機葉片 調(diào)節(jié)裝置，包括垂直中心軸、風輪、發(fā)電機、葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置；所述風輪包括上風葉支 撐臂、下風葉支撐臂和風葉，所述的葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器、風輪控制計算機和伺 服步進裝置，所述的上風葉支撐臂和下風葉支撐臂分別安裝在所述的垂直中心軸的上下兩 端，所述風葉通過其中部的軸安裝在上風葉支撐臂和下風葉支撐臂之間，并繞軸自轉(zhuǎn)，所述 的軸與垂直中心軸平行；所述風輪控制計算機安裝在垂直中心軸頂端，其上有感應(yīng)器，所述 伺服步進裝置安裝在上風葉支撐臂和風葉之間或者下風葉支撐臂和風葉之間，所述伺服步 進裝置包括伺服步進電機和與電機連接的傳動齒輪，所述垂直中心軸下部設(shè)有傳動齒輪， 所述傳動齒輪與發(fā)電機連接。所述的感應(yīng)器至少由一個感應(yīng)器組成。所述的風葉至少有三個；風葉的葉片水平布置或垂直布置。所述風輪控制計算機與所述感應(yīng)器和伺服步進裝置通過導(dǎo)線或無線連接。一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟(1)風輪控制計算機數(shù)據(jù)初始化；(2)讀取感應(yīng)器傳遞的風向、風速數(shù)據(jù)；(3)讀取感應(yīng)器傳遞的風輪旋轉(zhuǎn)速度；(4)讀取感應(yīng)器傳遞的風葉的葉片迎風角；
(5)風輪控制計算機根據(jù)接受的數(shù)據(jù)計算出葉片最佳迎風角度，并與葉片實際迎 風角比較，算出葉片控制角；(6)控制伺服步進裝置旋轉(zhuǎn)葉片至控制角；(7)重復(fù)步驟(4) (6)調(diào)整其他葉片；(8)所有葉片調(diào)整完后，重復(fù)上述步驟(2)_(7)，進行下一輪葉片調(diào)節(jié)。所述的風輪控制計算機控制風輪轉(zhuǎn)速和風速的關(guān)系為當風速為4m/s-7m/s時， 轉(zhuǎn)速為65-110rpm的變速；當風速大于8m/s時，轉(zhuǎn)速為125rpm的恒速運轉(zhuǎn)。本發(fā)明裝置有至少三片風葉，這些葉片以一定旋轉(zhuǎn)速度繞中心軸旋轉(zhuǎn)，每片風葉 都具有一定的長度和自身的軸，該軸平行于自身的長邊以及中心軸，每片風葉都能夠繞著 自身的軸旋轉(zhuǎn)。由于風或水等流體的方向和速度不斷發(fā)生變化，風葉根據(jù)流體的變化，繞自 身軸旋轉(zhuǎn)，以達到最佳迎風角以及繞中心軸最佳的旋轉(zhuǎn)速度，從而使風葉能夠提供繞中心 軸旋轉(zhuǎn)速度方向最大的力矩，從而提高發(fā)電裝置的效率。本發(fā)明通過計算機控制風葉做自身調(diào)整，計算機包括一條輸入通道和一條輸出通 道，輸入通道用來接收傳感器測得的流體的速度和方向，風葉的角位置以及風葉繞中心軸 旋轉(zhuǎn)速度的信號，輸出通道用來發(fā)送調(diào)整風葉到最佳迎風角的信號，通過安裝在每片風葉 上方的伺服步進裝置調(diào)整風葉到最佳位置。流體的速度和方向總是不斷變化，通過計算機 控制能夠使本發(fā)電裝置更準確，迅速對這種變化作出反應(yīng)。風力發(fā)電裝置的葉片可以水平布置，也可以垂直布置，本發(fā)明的葉片采用垂直布 置。通常風或水等流體都是平行于地面或液面運動的，葉片垂直于地面或液面布置，能夠更 全方位的接觸流體，從而對流體的變化更迅速、有效的作出適應(yīng)性調(diào)整，更好的提高發(fā)電裝 置的效率。有益效果本發(fā)明的有益效果是，通過引入計算機調(diào)控葉片最佳迎風角，能夠使葉片更加精 確、迅速的調(diào)整到最佳迎風位置，從而更好的提高發(fā)電機的發(fā)電效率；使整個風力發(fā)電機的 結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小，便于設(shè)計、制造、安裝和維護。


圖1是伺服步進裝置在上部的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是伺服步進裝置在下部的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是在某一時刻本發(fā)明葉片處于不同位置角的俯視圖。圖4為本發(fā)明的葉片調(diào)節(jié)方法流程圖。其中1_垂直中心軸；2-上風葉支撐臂；3-下風葉支撐臂；4-風葉；6-傳動齒輪； 7-發(fā)電機；8-感應(yīng)器；9-風輪控制計算機；10-伺服步進裝置；11-迎風角；12-控制角； 13-位置角。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如附圖1和附圖2所示，一種智能垂直風力發(fā)電裝置，包括垂直中心軸、風輪、發(fā)電 機、葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置；所述風輪繞垂直中心軸1旋轉(zhuǎn)，所述風輪包括上風葉支撐臂2、下 風葉支撐臂3、風葉4，所述上風葉支撐臂2和下風葉支撐臂3安裝在所述垂直中心軸1上， 所述風葉4通過其中部的軸5安裝在所述上風葉支撐臂2和下風葉支撐臂3之間，所述風 葉4能夠繞該軸5自轉(zhuǎn)，所述風葉4至少有三個；所述軸5與垂直中心軸1平行；所述垂直 中心軸1下部設(shè)有傳動齒輪6，所述傳動齒輪6與發(fā)電機7連接；所述葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置 包括感應(yīng)器8、風輪控制計算機9和伺服步進裝置10，所述伺服步進裝置10由伺服步進電 機和傳動齒輪組成，所述風輪控制計算機9安裝在垂直中心軸1頂端，其上有感應(yīng)器8，所述 伺服步進裝置10安裝在上風葉支撐臂2和風葉4之間或者下風葉支撐臂3和和風葉4之 間。傳感器由一個或多種感應(yīng)器組成能測量風的速度，風向，葉片的轉(zhuǎn)速和葉片的位置。所述風輪控制計算機9與所述感應(yīng)器8和伺服步進裝置10通過導(dǎo)線或無線連接。垂直旋轉(zhuǎn)的風輪通過傳動齒輪6驅(qū)動底部發(fā)電機7，發(fā)電機7產(chǎn)生電能，該電能可 通過轉(zhuǎn)換電路供電器設(shè)備使用或用蓄電池儲能。該發(fā)電機上安裝的感應(yīng)器8，實時測出風的方向和速度參數(shù)，風葉4的處于某一位 置時的迎風角度和旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)(如圖3所示)，所有參數(shù)通過導(dǎo)線或無線傳輸?shù)斤L輪控制 計算機9 ；風輪控制計算機9根據(jù)接收的參數(shù)計算出風葉4的最佳迎風角度，并驅(qū)動伺服步 進裝置10將風葉4旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度；依次調(diào)整每一片風葉4到最佳迎風角，等所有的風葉4都調(diào)整完畢，重復(fù)下一輪的 風葉4調(diào)整(風葉調(diào)節(jié)流程如圖4所示)。垂直旋轉(zhuǎn)的風輪通過傳動齒輪6驅(qū)動底部發(fā)電機7，發(fā)電機7產(chǎn)生電能，該電能可 通過轉(zhuǎn)換電路供電器設(shè)備使用或用蓄電池儲能。為保證風力發(fā)電的最佳功率系數(shù)，控制計算機將控制風輪轉(zhuǎn)速和風速的關(guān)系，使 風輪在不同風速下作變速或恒速運轉(zhuǎn)。關(guān)系表如下風輪機轉(zhuǎn)速和風速的關(guān)系
權(quán)利要求
一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置，包括垂直中心軸(1)、風輪、發(fā)電機(7)、葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置；所述風輪包括上風葉支撐臂(2)、下風葉支撐臂(3)和風葉(4)，所述的葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器(8)、風輪控制計算機(9)和伺服步進裝置(10)，其特征在于所述的上風葉支撐臂(2)和下風葉支撐臂(3)分別安裝在所述的垂直中心軸(1)的上下兩端，所述風葉(4)通過其中部的軸(5)安裝在上風葉支撐臂(2)和下風葉支撐臂(3)之間，并繞軸(5)自轉(zhuǎn)，所述的軸(5)與垂直中心軸(1)平行；所述風輪控制計算機(9)安裝在垂直中心軸(1)頂端，其上有感應(yīng)器(8)，所述伺服步進裝置(10)安裝在上風葉支撐臂(2)和風葉(4)之間或者下風葉支撐臂(3)和風葉(4)之間，所述伺服步進裝置(10)包括伺服步進電機和與電機連接的傳動齒輪，所述垂直中心軸(1)下部設(shè)有傳動齒輪(6)，所述傳動齒輪(6)與發(fā)電機(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 的感應(yīng)器(8)至少由一個感應(yīng)器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 的風葉(4)至少有三個；風葉(4)的葉片水平布置或垂直布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述 風輪控制計算機(9)與所述感應(yīng)器(8)和伺服步進裝置(10)通過導(dǎo)線或無線連接。
5.一種使用權(quán)利要求1所述智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在 于包括如下步驟(1)風輪控制計算機數(shù)據(jù)初始化；(2)讀取感應(yīng)器傳遞的風向、風速數(shù)據(jù)；(3)讀取感應(yīng)器傳遞的風輪旋轉(zhuǎn)速度；(4)讀取感應(yīng)器傳遞的風葉的葉片迎風角；(5)風輪控制計算機根據(jù)接受的數(shù)據(jù)計算出葉片最佳迎風角度，并與葉片實際迎風角 比較，算出葉片控制角；(6)控制伺服步進裝置旋轉(zhuǎn)葉片至控制角；(7)重復(fù)步驟⑷ (6)調(diào)整其他葉片；(8)所有葉片調(diào)整完后，重復(fù)上述步驟(2)-(7)，進行下一輪葉片調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用權(quán)利要求1所述智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置 的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述的風輪控制計算機控制風輪轉(zhuǎn)速和風速的關(guān)系為當風速 為4m/s-7m/s時，轉(zhuǎn)速為65_1 IOrpm的變速；當風速大于8m/s時，轉(zhuǎn)速為125rpm的恒速運轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能垂直風力發(fā)電機葉片調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。由于風的方向和速度不斷發(fā)生變化，為使風力發(fā)電裝置的效率更高，風輪的葉片就要不斷調(diào)整到最佳迎風角的位置；本發(fā)明裝置的葉片迎風角調(diào)節(jié)裝置包括感應(yīng)器、風輪控制計算機和伺服步進裝置，感應(yīng)器實時測出風的方向和速度參數(shù)、風葉的位置和旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)，所有參數(shù)傳輸?shù)斤L輪控制計算機，風輪控制計算機根據(jù)接收的參數(shù)計算出風葉的最佳迎風角度，并驅(qū)動伺服步進裝置將風葉旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度，通過引入計算機調(diào)控葉片最佳迎風角，能夠使葉片更加精確、迅速的調(diào)整到最佳迎風位置，從而提高發(fā)電機的發(fā)電效率，整個風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)也更加緊湊，體積更小，便于設(shè)計、制造、安裝和維護。
文檔編號F03D7/06GK101975144SQ201010548308
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者李子耕 申請人:李子耕