垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片支持翼結(jié)構(gòu)本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780036359.2，申請(qǐng)日為2007年6月25日（優(yōu)先權(quán)號(hào)200610117017.0，優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日），名稱為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片支持翼結(jié)構(gòu)的發(fā)明分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤指一種可通過調(diào)節(jié)葉片支持翼的結(jié)構(gòu)，使得風(fēng)輪在環(huán)境風(fēng)速超過額定風(fēng)速的情況下始終保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，從而確保垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒定的功率輸出。技術(shù)背景如圖1，是現(xiàn)有的葉片支持翼結(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪采用具有一定翼形的直葉片6，葉片的軸線和回轉(zhuǎn)中心的軸線平行，這些葉片一般被固定在繞垂直軸7旋轉(zhuǎn)的葉片支持翼1上。當(dāng)一定強(qiáng)度的風(fēng)吹在這些具有一定翼形，并和旋轉(zhuǎn)軸的切線形成一定角度的直葉片上時(shí)，就在這些葉片上產(chǎn)生了升力和阻力。當(dāng)升力大于阻力時(shí)，就產(chǎn)生了繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，使整個(gè)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2所示，是現(xiàn)有的葉片固定安裝的示意圖。對(duì)于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片前、后緣的連線被稱為“弦線”，葉片的弦線與葉片旋轉(zhuǎn)過程中圓周上某一位置的切線夾角稱為葉片“轉(zhuǎn)角”，并設(shè)為α。當(dāng)葉片的弦線與切線平行時(shí)α為零度，當(dāng)葉片按其回轉(zhuǎn)中心順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，α設(shè)為正；當(dāng)葉片按其回轉(zhuǎn)中心逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，α設(shè)為負(fù)。上述葉片一般被固定安裝在繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的懸臂支持翼（或稱為懸臂支架、葉片支持翼）或環(huán)型支架上，且不能相對(duì)于葉片支持翼轉(zhuǎn)動(dòng)，也即葉片轉(zhuǎn)角α是固定不變的固定支持翼結(jié)構(gòu)，葉片支持翼的一端與葉片固定連接，另一端與垂直軸固定連接。對(duì)于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速受葉片轉(zhuǎn)角α大小的影響情況，可參看本發(fā)明人申請(qǐng)的中國專利公開號(hào)CN1831330A和另案申請(qǐng)的中國專利申請(qǐng)?zhí)?00610028267.7。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角α較小時(shí)，風(fēng)輪可以獲得較高的轉(zhuǎn)速和風(fēng)能利用率。對(duì)于葉片轉(zhuǎn)角α固定的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和環(huán)境風(fēng)速成正比，在一定的葉片轉(zhuǎn)角α條件下，環(huán)境風(fēng)速越高，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也越高，而風(fēng)能與環(huán)境風(fēng)速的立方成正比，當(dāng)環(huán)境風(fēng)速從10米/秒增加到25米/秒時(shí)，則風(fēng)能增加了近16倍。因此垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要有較大功率的發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪匹配，使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在較高的環(huán)境風(fēng)速下保持工作狀態(tài)，那樣就必須將垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速設(shè)計(jì)得很高。但從發(fā)電機(jī)的特性上考慮，額定風(fēng)速高，在低風(fēng)速時(shí)效率就很低，而自然狀態(tài)下絕大多數(shù)情況都是低風(fēng)速，因此降低了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率，為了使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠在比較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持額定輸出功率，就必須使風(fēng)輪在環(huán)境風(fēng)速超過額定風(fēng)速后仍然保持較恒定的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)到垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在比較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持工作狀態(tài)，提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有的克服上述技術(shù)缺陷的方案是對(duì)于幾百瓦的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用增加負(fù)載電阻的方法，大型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用“偏航和變漿距”的方法，大型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用改變攻角的方法，請(qǐng)參看本發(fā)明人申請(qǐng)的中國專利公開號(hào)CN1831330A和另案申請(qǐng)的中國專利申請(qǐng)?zhí)?00610028267.7。但上述方案從成本上考慮不適合幾千瓦到幾十千瓦的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)上的缺陷，提出一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片支持翼結(jié)構(gòu)，不但解決了幾到幾十、甚至數(shù)百千瓦垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率恒定輸出問題，也可以在幾百瓦的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上得到應(yīng)用，取代目前使用的負(fù)載電阻這種粗糙的卸荷方式，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片支持翼結(jié)構(gòu)，包括固定支持翼1，還包括轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2，所述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21與固定支持翼的一端12連接并可繞該固定支持翼的一端12轉(zhuǎn)動(dòng)。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21與所述固定支持翼的一端12連接處設(shè)有回轉(zhuǎn)中心軸3，所述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2可繞該回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)。在上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的另一端22連接可控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的控制部件4，該控制部件4與前述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼相鄰的固定支持翼一端12′連接，以此方法沿風(fēng)輪單方向依次設(shè)置若干個(gè)控制部件4。在上述固定支持翼的一端12設(shè)有控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的控制部件4。在上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21上設(shè)有控制該轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的控制部件4。上述控制部件的一端41和另一端42分別控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21和固定支持翼的一端12，控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β。上述控制部件4是彈性部件、液壓部件、電氣部件的一種或多種。上述固定支持翼的一端12設(shè)有限制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2旋轉(zhuǎn)角度β的限位槽或限位銷。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2與固定支持翼1的長度比是1：9～9：1。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2與固定支持翼1的長度比是1：1。上述固定支持翼的另一端11與垂直軸7固定連接。上述固定支持翼的另一端11與垂直軸7上的法蘭固定連接。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的另一端22與葉片6連接。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的另一端22與葉片6是固定連接。本發(fā)明通過對(duì)葉片支持翼的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使得風(fēng)輪在環(huán)境風(fēng)速超過額定風(fēng)速的情況下始終保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，從而確保垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的恒定功率輸出。本發(fā)明將在下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式進(jìn)行描述。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中葉片支持翼結(jié)構(gòu)圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中葉片固定安裝的示意圖。圖3是本發(fā)明葉片支持翼結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明葉片支持翼結(jié)構(gòu)的受力示意圖。圖5是本發(fā)明葉片支持翼初始角度β1和轉(zhuǎn)角α1的位置示意圖。圖6是本發(fā)明葉片支持翼初始角度β2和轉(zhuǎn)角α2的位置示意圖。圖7是本發(fā)明葉片支持翼連接部放大示意圖。圖8是本發(fā)明葉片支持翼連接部放大示意圖。圖9是本發(fā)明又一葉片支持翼結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式通過下面給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不是對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1：本發(fā)明垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片支持翼結(jié)構(gòu)，如圖3所示，固定支持翼1的另一端11與垂直軸上的法蘭固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2的一端21與固定支持翼的一端12連接并可繞該固定支持翼的一端12轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的另一端22與葉片是固定連接。上述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21與所述固定支持翼的一端12連接處設(shè)有回轉(zhuǎn)中心軸3，所述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2可繞該回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)。在上述固定支持翼的一端12設(shè)有控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的控制部件4。所述控制部件的一端41和另一端42分別控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的一端21和固定支持翼的一端12，控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β。所述控制部件4是彈性部件（也可以液壓部件或電氣部件替代，只需控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的角度變化即可）。上述固定支持翼的一端12設(shè)有限制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2旋轉(zhuǎn)角度β的限位槽5（也可以限位銷替代），可在一定角度范圍內(nèi)控制旋轉(zhuǎn)角度β的角度變化，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明葉片支持翼結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定，安全運(yùn)行的作用。如圖7、8所示本發(fā)明葉片支持翼連接部放大示意圖。如圖4、5、6所示，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼初始角度為β1，在限位槽5一端的固定支持翼1上設(shè)置一彈性部件4，即壓簧組件，由于葉片凹面向外，并在初始位置時(shí)葉片具有一個(gè)固定的轉(zhuǎn)角α1，所以風(fēng)輪在受到風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下開始產(chǎn)生繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。如圖4所示，是本發(fā)明葉片支持翼結(jié)構(gòu)的受力示意圖。當(dāng)風(fēng)輪在風(fēng)速小于額定風(fēng)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，壓簧的復(fù)位力矩L1*F1（其中L1是壓簧繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的力臂，F(xiàn)1是壓簧的受力）大于葉片所受離心力力矩F2*L2（其中L2是葉片繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的力臂，F(xiàn)2是葉片的受力）。如圖5所示，是本發(fā)明葉片支持翼初始角度β1和轉(zhuǎn)角α1的位置示意圖。此時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼被限位槽5限定在初始位置，即固定支持翼1和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2之間的角度β1保持不變，葉片轉(zhuǎn)角α1保持不變。固定支持翼和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的初始角度β1較大，以便使風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中獲得較大的離心力；較為理想的固定支持翼1和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2的長度比為1：1左右，此時(shí)葉片不僅可以獲得較大的離心力，而且轉(zhuǎn)角α1可以和β1同步變化；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2和固定支持翼1的長度比為1：9時(shí)，β角只要變化很小的角度，α角的變化就能達(dá)到需要的角度；但當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2和固定支持翼1的長度比達(dá)到9：1時(shí)，β角需發(fā)生較大變化時(shí)，α角的變化才能達(dá)到需要的角度，極限的情況是轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼直接安裝在法蘭上，而省略固定支持翼，其原理與改變?nèi)~片攻角類似。因此，較為理想的固定支持翼1和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2的長度比為1：1左右，此時(shí)可以兼顧葉片獲得較大的離心力，而且轉(zhuǎn)角α1可以和β1同步變化。隨著環(huán)境風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速的增加不斷增高，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，轉(zhuǎn)速也超過額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)壓簧復(fù)位力矩L1*F1小于離心力力矩L2*F2，在離心力力矩的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞其回轉(zhuǎn)中心軸3向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于葉片與轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2固定連接，隨著風(fēng)速增加、轉(zhuǎn)速升高和離心力的增大，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2和固定支持翼1之間的角度β1逐漸變小為β2，相當(dāng)于改變了葉片的轉(zhuǎn)角α1，使葉片轉(zhuǎn)角由較小的正向角度向負(fù)向角度改變，即葉片轉(zhuǎn)角α1從正向角度改變到負(fù)向角度α2，如圖6所示。利用葉片轉(zhuǎn)角的變化，參見本發(fā)明人申請(qǐng)的中國專利公開號(hào)CN1831330A和另案申請(qǐng)的中國專利申請(qǐng)?zhí)?00610028267.7，對(duì)于葉片凹面向外安裝的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角小于2度時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率輸出將降低，通過電腦仿真計(jì)算（CFD），當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角由正值變?yōu)樨?fù)值后，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和扭矩將快速降低，而且葉片轉(zhuǎn)角負(fù)值越小轉(zhuǎn)速下降越快，當(dāng)負(fù)值小于一定值時(shí)，風(fēng)輪扭矩方向改變，風(fēng)輪逐步減速，而當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下降后，在壓簧復(fù)位力矩的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼又恢復(fù)到初始位置，周而復(fù)始，保持了風(fēng)輪在風(fēng)速超過額定風(fēng)速后穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和功率。實(shí)施例2以上述實(shí)施例1葉片支持翼結(jié)構(gòu)，選取Goe63翼型的葉片組成風(fēng)輪，風(fēng)輪直徑1.36米，固定支持翼和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼長度比為1：1，設(shè)定額定風(fēng)速為10米/秒，即該裝置的風(fēng)速從10米/秒以后開始對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生作用，通過CFD的計(jì)算，當(dāng)風(fēng)速從10米/秒增加到15米秒時(shí)、20米/秒和25米/秒時(shí)，輸出功率從170瓦分別增加到210瓦、220瓦和230瓦，而如果不使用本發(fā)明的葉片支持翼結(jié)構(gòu)，輸出功率將從170瓦增加到約2660瓦。CFD計(jì)算表實(shí)施例3仍以上述實(shí)施例1葉片支持翼結(jié)構(gòu)，同樣使用以上風(fēng)輪和參數(shù)進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，固定支持翼和轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼長度比為1：1，當(dāng)風(fēng)速從10米/秒分別增加15米/秒、20米/秒和25米秒時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率從158瓦分別增加到193瓦198瓦和202瓦，而如果不使用該裝置，發(fā)電機(jī)的輸出功率將達(dá)到2600瓦左右。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表實(shí)施例4如圖9所示，是本發(fā)明又一葉片支持翼結(jié)構(gòu)示意圖。即在轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼的另一端22連接可控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的控制部件4，該控制部件4與前述轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼相鄰的固定支持翼一端12′連接，以此方法沿風(fēng)輪單方向依次設(shè)置若干個(gè)控制部件4。該控制部件4是彈性部件（也可以液壓部件或電氣部件替代，只需控制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2繞回轉(zhuǎn)中心軸3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度β的角度變化即可）。亦可在固定支持翼的一端12設(shè)有限制轉(zhuǎn)動(dòng)支持翼2旋轉(zhuǎn)角度β的限位槽5（也可以限位銷替代），可在一定角度范圍內(nèi)控制旋轉(zhuǎn)角度β的角度變化，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明葉片支持翼結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定，安全運(yùn)行的作用。采用本實(shí)施例所選用的葉片支持翼結(jié)構(gòu)，經(jīng)實(shí)施例2、3的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，達(dá)到本發(fā)明解決功率恒定輸出的問題。由上述實(shí)施例可知，本發(fā)明的葉片支持翼結(jié)構(gòu)克服現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)上的缺陷，不但可以解決了幾到幾十、甚至數(shù)百千瓦垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率恒定輸出問題，也以在幾百瓦的小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上得到應(yīng)用，應(yīng)用十分廣泛。盡管對(duì)本發(fā)明已經(jīng)作了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明人的設(shè)計(jì)思路和范圍也可作各種變化和修正是顯然的。