本发明涉及一种风力发电机叶片，具体涉及一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片。
背景技术：
风力发电的原理是利用风力带动风力发电机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升来促使发电机发电，风力发电机输出功率的公式如下所示：
式中，
p：风力发电机的输出功率，w；
η：风力发电机全效率；
ρ：空气密度，kg·m-3；
a：叶片扫掠面积，m2；
v：风速，m·s-1。
根据上式可知，风力发电机的输出功率与风力发电机全效率和叶片扫掠面积成正比。目前，实际应用的大型风力发电机叶片普遍采用叶片整体变桨距技术，即随着风速的变化，整个叶片绕叶片中心轴旋转,使叶片攻角在一定范围内变化(一般为0-90°)，从而改变叶片扫掠面积，使得风力发电机的输出功率不发生过载，并尽量保证稳定功率输出。但是，传统的叶片整体变桨距技术，机械结构复杂，使得机头重量和维修成本增加。此外，风机叶片面积越大，风轮实度越高，风轮尖速比越小，风机全效率越低。若能直接改变风机叶片的面积，在风速增高时增大叶片面积降低风机全效率，在风速降低时减小叶片面积增大风机全效率，也可以在变风速条件下保证风力发电机输出功率的稳定性。因此，一种可改变叶片面积的风力发电机叶片称为本领域的迫切需求之一。
技术实现要素：
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，能够在不同风速和风向下，采用若干分离档位调节叶片扫掠面积，调节风机的输出功率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，包括叶片主体和旋转装置，其特征在于：叶片主体由根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12组成，根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12可以在旋转装置的带动下分别旋转，其旋转轴线11与风机主轴线19相互垂直；在根部叶片1中，控制电机a2与主动齿轮a3通过过盈配合连接，主动齿轮a3与从动齿轮a16啮合，转动轴a15的一端通过过盈配合与从动齿轮a16连接，中间穿过两个均固定于支架a4上的轴承a5，另一端伸入中部叶片14中并与之固定；在中部叶片14中，控制电机b6与主动齿轮b7通过过盈配合连接，主动齿轮b7与从动齿轮b13啮合，转动轴b10的一端通过过盈配合与从动齿轮b13连接，中间穿过两个均固定于支架b9上的轴承b8，另一端伸入尾部叶片12中并与之固定；风速测量仪18与控制系统17相连，控制系统17分别与控制电机a2和控制电机b6相连。
所述中部叶片14相对于根部叶片1的旋转有0°和90°两种形态，尾部叶片12相对于根部叶片1的旋转有0°和90°两种形态。
所述根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12的长度分别记为l1、l2和l3，且l1：l2：l3＝3：2：1。
所述旋转装置采用电机驱动，由风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，从而控制电机a2带动主动齿轮a3和从动齿轮a16，带动转动轴a15共同转动，以实现中部叶片14的转动；同理，风速测量仪将风速信号传递给控制系统17，从而控制电机b6带动主动齿轮b7和从动齿轮b13，带动转动轴b10共同转动，以实现尾部叶片12的转动。
当风速小于3m/s时，风力发电机不启动；当风速增大到3m/s及以上但小于10m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17分别控制主动齿轮a3和主动齿轮b7，将中部叶片14和尾部叶片12均旋转到相对于根部叶片1为90°的形态；当风速继续增大到10m/s及以上但小于20m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17控制主动齿轮a3将中部叶片14旋转到相对于根部叶片1为0°的形态，控制系统17控制主动齿轮b7将尾部叶片12旋转到相对于根部叶片1为90°的形态，增大叶片面积，提高实度，降低风轮尖速比进而降低发电效率，保证发电功率恒定；当风速继续增大到20m/s及以上但不高于25m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17分别控制主动齿轮a3和主动齿轮b7，将中部叶片14和尾部叶片12均旋转到相对于根部叶片1为0°的形态，继续增大叶片面积，降低风机效率，维持稳定的发电功率；当风速大于25m/s时，风力发电机停止工作。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明三段绕轴旋转式风力发电机叶片在运行的过程中，能够根据风速测量仪反馈的风速信息，迅速改变尾部叶片12或尾部叶片12和中部叶片14的旋转角度，形成不同的叶片形态，改变叶片的面积以适应风速和风向的变化，更好地捕捉风能，调节稳定的输出功率，从而提高风力发电的效率和品质。
附图说明
图1为本发明三段绕轴旋转式风力发电机叶片的内部结构示意图。
图2为本发明三段绕轴旋转式风力发电机叶片的尾部叶片旋转90°时的叶片面积示意图。
图3为本发明三段绕轴旋转式风力发电机叶片的中部叶片和尾部叶片共同旋转90°时的叶片面积的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，包括叶片主体和旋转装置，其特征在于：叶片主体由根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12组成，中部叶片14和尾部叶片12可以在旋转装置的带动下分别旋转，其旋转轴线11与风机主轴线19相互垂直。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示，叶片主体由根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12组成，其旋转轴线11与风机主轴线19相互垂直；在根部叶片1中，控制电机a2与主动齿轮a3通过过盈配合连接，主动齿轮a3与从动齿轮a16啮合，转动轴a15的一端通过过盈配合与从动齿轮a16连接，中间穿过两个均固定于支架a4上的轴承a5，另一端伸入中部叶片14中并与之固定；在中部叶片14中，控制电机b6与主动齿轮b7通过过盈配合连接，主动齿轮b7与从动齿轮b13啮合，转动轴b10的一端通过过盈配合与从动齿轮b13连接，中间穿过两个均固定于支架b9上的轴承b8，另一端伸入尾部叶片12中并与之固定；风速测量仪18与控制系统17相连，控制系统17分别与控制电机a2和控制电机b6相连。所述旋转装置采用电机驱动，由风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，从而控制电机a2带动主动齿轮a3和从动齿轮a16转动，转动轴a15贯穿于根部叶片1和中部叶片14，起联接和支撑作用，其左侧由两个轴承a5以及支架a4限定，并能在根部叶片1内部转动，其右侧固定于中部叶片14，并与之共同转动，从而在控制电机a2和上述传动机构的带动下实现中部叶片14相对于根部叶片1的转动。同理，控制系统17根据风速测量仪18的风速信号控制电机b6转动，控制电机b6带动主动齿轮b7和从动齿轮b13，转动轴b10贯穿于整个中部叶片14和尾部叶片12，起联接和支撑作用，其左侧由两个轴承b8以及支架b9限定，并能在中部叶片14内部转动，其右侧固定于尾部叶片12，可以带动尾部叶片12共同转动，以实现中部叶片14相对于根部叶片1的转动。中部叶片14和尾部叶片12相对于根部叶片1的旋转均有0°和90°两种形态。当风速大于25m/s时，风力发电机不启动。当风速减小到25m/s及以下但不小于20m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17控制主动齿轮a3和主动齿轮b7，将中部叶片14和尾部叶片12均旋转到相对于根部叶片1为0°的形态，此时风机叶片为根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12的面积之和，如图1所示。图1所示叶片的面积最大，风机效率最低。
图2为本发明尾部叶片12旋转90°时的叶片面积示意图。当风速减小到20m/s以下但不低于10m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17控制主动齿轮a3将中部叶片14旋转到相对于根部叶片1为0°的形态，控制系统17控制主动齿轮b7将尾部叶片12旋转到相对于根部叶片1为90°的形态，此时风机叶片的叶片面积为根部叶片1和中部叶片14的面积之和，如图2所示。图2所示叶片的面积居中，风机效率也居中。
图3为本发明中部叶片14和尾部叶片12共同旋转90°时的叶片面积示意图。当风速减小到10m/s以下但不低于3m/s时，风速测量仪18将风速信号传递给控制系统17，控制系统17控制主动齿轮a3和主动齿轮b7，将中部叶片14和尾部叶片12均旋转到相对于根部叶片1为90°的形态，此时的风机叶片的叶片面积为根部叶片1的面积，如图3所示。图3所示叶片的面积最小，风机效率最高。当风速小于3m/s时，风力发电机停止工作。
本发明可以选择改变尾部叶片12或尾部叶片12和中部叶片14的旋转角度，形成不同的叶片形态，通过改变叶片面积调节风机发电效率，适应不同的风速范围和风向的变化，稳定风力发电机输出功率。
根部叶片1、中部叶片14和尾部叶片12的长度分别记为l1、l2和l3，且l1：l2：l3＝3：2：1。选取各部分间合适的长度比例可以更加合理地划分档位，并改善叶片上的受力负荷。
1.一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，包括叶片主体和旋转装置，其特征在于：叶片主体由根部叶片(1)、中部叶片(14)和尾部叶片(12)组成，其旋转轴线(11)与风机主轴线(19)相互垂直；在根部叶片(1)中，控制电机a(2)与主动齿轮a(3)通过过盈配合连接，主动齿轮a(3)与从动齿轮a(16)啮合，转动轴a(15)的一端通过过盈配合与从动齿轮a(16)连接，中间穿过两个均固定于支架a(4)上的轴承a(5)，另一端伸入中部叶片(14)中并与之固定；在中部叶片(14)中，控制电机b(6)与主动齿轮b(7)通过过盈配合连接，主动齿轮b(7)与从动齿轮b(13)啮合，转动轴b(10)的一端通过过盈配合与从动齿轮b(13)连接，中间穿过两个均固定于支架b(9)上的轴承b(8)，另一端伸入尾部叶片(12)中并与之固定；风速测量仪(18)与控制系统(17)相连，控制系统(17)分别与控制电机a(2)和控制电机b(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，其特征在于：所述中部叶片(14)和尾部叶片(12)相对于根部叶片(1)的旋转，各有0°和90°两种形态。
3.根据权利要求1所述的一种三段绕轴旋转式风力发电机叶片，其特征在于：所述根部叶片(1)、中部叶片(14)和尾部叶片(12)的长度分别记为l1、l2和l3，l1：l2：l3＝3：2：1。
技术总结