风力发电机按旋转轴的方向来分， 可分为水平轴和垂直轴两种。

在现有技术中， 垂直轴风力发电机越来越显示出其高效、 功率大和便 于安装、 使用寿命长等优点。 但是， 在垂直设置的风轮被风吹动旋转时， 风轮的转动速度并不能随风力成比例增加，在 风力不是很大的情况下这一 情况更加突出， 究其原因是， 如图 1所示， 当来风气流（图 1中平行的若 干箭头所示）沖击风轮时， 在其迎风面的一侧受到的是驱动风轮转动的有 效推力， 而在另一侧受到的则是阻止风轮转动的阻力， 上述两种力的合力 是来风气流致使风轮旋转作功的有效动力。 由于迎风面上一侧风阻的存 在， 显著降低了垂直轴风轮受来风获得的驱动力， 如图 2所示， 使得发电 机的效率降^ [氐。

现有技术中解决这一问题的方法是在风轮迎风 面设置导流装置，构建 一个导流风场，使得来风按照导流装置提供的 通道吹向风轮而推动风轮转 动。 这种通过将自然风引入导流通道， 再推动风轮叶片的消除风阻力的方 法， 存在降低自然风风力 '的缺点， 同时， 自然风的风向会频繁变化， 如果 导流装置不随风向改变导流方向， 导流装置带来的风能损耗将更大， 如果 设计可以随风向变化而改变导流方向的导流装 置，势必使得导流装置的结 构变得复杂， 这给在风场这样特定严酷的环境中的使用、 管理和维护都会 带来不便。 发明内容 本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供 一种与现有建立导流风 场原理完全不同， 能够最大限度地减少阻止风轮转动的阻力， 从而提高风 轮的转动效率的增能翼。

本发明另一目的是提供带有增能翼的垂直轴风 力发电机风轮。

本发明的目的是这样实现的：

一种增能翼， 为一挡风件， 其上具有一挡风面， 该增能翼设置在一支 架上， 用以与一垂直轴风力发电机中的风轮的一个侧 面对应， 该侧面为该 风轮在使用中迎风面的一部分，该部分迎风面 对应的风轮叶片由于来风气 流作用使转动受阻， 所述增能翼使得该侧面被挡住。

一种带有增能翼的垂直轴风力发电机风轮，该 风轮可转动地固设在一 垂直轴中心塔柱上并与发电机转子连接， 其上设有若干叶片， 还包括一增 能翼， 该增能翼为一挡风件， 其上具有一挡风面， 该增能翼以不阻挡所述 叶片转动的方式设置在一支架上， 且位于所述风轮使用中的迎风面的前 方，该增能翼的挡风面与所述风轮的接受来风 气流而转动受阻的一侧迎风 面的叶片相对应， 使得所述风轮由于来风气流而转动受阻的侧面 被挡住。

本发明解决因来风造成风轮阻力矩而使发电机 效率降低的问题是采 用与现有技术完全不同的理念， 即应用了切断风流场的原理， 通过设置的 挡风物体， 将对风轮产生阻力矩的气流挡住， 使其不能作用于风轮相应的 叶片。 通过该挡风物体的阻拦， 可以增加发电机的发电功率， 故而称该挡 风物体为增能翼。 所述增能翼就是用来挡住风轮中的部分迎风面 ， 只要是 能够起到挡风作用的物体均属于本发明所述的 增能翼。

所述增能翼可以是板式增能翼，其包括一板件 ，其固设在所述支架上，

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或者，

所述增能翼是风轮式增能翼， 其包括一风轮， 其可转动地设置在一根 风轮轴上， 该风轮轴固设在所述支架上， 该增能翼风轮上叶片的最外侧旋 转形成的圓柱体轨迹构成所述挡风面。

本垂直轴风力发电机风轮为垂直叶片风轮，其 中的叶片通过支撑杆连 接到风轮中的轮毂转轴上并与发电机的转子相 连接，该叶片的形状为一垂 直的柱状体， 其水平截面为飞机机翼的断面形状， 即相对于风轮的转轴， 叶片朝外的外侧表面为流线形状弧面，该外侧 表面与相对的内侧表面之间 的圓滑过渡， 形成较大的迎风端即叶片的头部和较小的尾部 ； 和 /或， 该 柱状体在垂直方向上各水平截面大小形状相同 。

相对于风轮的转轴， 该叶片的外侧表面和内侧表面之间的间距为， 叶 片的迎风端面一端间距较大， 沿顺风方向即叶片的宽度方向， 间距逐渐减 小。

该柱状体在垂直方向上各水平截面大小形状相 同。

所述增能翼的所述风轮也可以是与本风力发电 机中的风轮相同，为垂 直叶片风轮， 其中的叶片通过支撑杆连接到风轮中的轮毂上 ， 该轮毂可转 动地固定在与所述塔柱平行设置的所述风轮转 轴上，该叶片的形状为一垂 直的柱状体， 其水平截面为飞机机翼的断面形状， 即相对于风轮的转轴， 叶片朝外的外侧表面为流线形状弧面，该外侧 表面与相对的内侧表面之间 的圓滑过渡， 形成较大的迎风端即叶片的头部和较小的尾部 ； 和 /或， 该 柱状体在垂直方向上各水平截面大小形状相同 。

相对于风轮的转轴， 该叶片的外侧表面和内侧表面之间的间距为， 叶 片的迎风端面一端间距较大， 沿顺风方向即叶片的宽度方向， 间距逐渐减 小。

该柱状体在垂直方向上各水平截面大小形状相 同。

所述增能翼的风轮也可以是其它形式的风轮， 例如， 可以是螺旋桨式 的风轮。

风轮样式的增能翼， 在来风气流的作用下旋转， 其可以起到与平板样 式的增能翼相同的阻断气流作用在风力发电机 风轮上产生阻力矩的作用。

所述增能翼的所述风轮可以是一个； 也可以为若干个， 其均设置在所 述风轮转轴上。

当所述增能翼的所述风轮风轮是一个时，所述 风轮上的叶片的高度与 所述风力发电机的所述风轮的所述叶片高度相 当； 或者， 当所述风轮是若 干个时，各个所述风轮上的叶片的高度以及相 邻风轮叶片之间的垂直方向 的间隙之和与风力发电机的所述风轮的所述叶 片高度相当。

更进一步地，在所述增能翼的所述风轮和所述 风轮轴之间设置发电机 组， 所述风轮连接所述发电机组的转子上， 由此构成一较垂直轴风力发电 机小型的风力发电机。

所述增能翼中设置的风轮与风轮轴构成的小风 轮装置中的所述风轮 和所述风轮轴之间可以设有小型发电机组装置 。该增能翼上设置的较小型 的发电机装置的结构形式与大型垂直轴风力发 电机的结构形式可以是基 本相同的， 也可以是不同的。 可以是常规风力发电机中的发电机组件。 所述增能翼的所述挡风面为平面或弧面或平面 和弧面结合的形状。 所述增能翼的所述挡风面的远离所述垂直轴风 力发电机中设置所述 风轮的中心塔柱的最外侧边缘边至少与所述垂 直轴风力发电机的所述风 轮的所述迎风面的所述侧面的最外侧对应。 或者是， 所述增能翼的远离所 述中心塔柱的一侧至少与所述风力发电机的所 述风轮接受来风气流而转 动受阻的一侧迎风面的最外侧对应； 和 /或，

所述增能翼的所述挡风面靠近所述垂直轴风力 发电机中设置所述风 轮的中心塔柱的一侧边缘在所述迎风面的中点 为起始点起以所述中心塔 柱为中心顺时针转角 180度至 330度所对应的迎风面上； 或者，

所述增能翼的所述挡风面的宽度为所述风力发 电机的风轮整个迎风 面的三分之一至二分之一；

所述增能翼的挡风面是弧面的， 该弧面的两端可以是：

对应所述风轮的俯视角度，所述增能翼弧面的 两端设置在风轮中心为 坐标系原点的第二象限中或从第二象限延伸至 第三象限的范围内。

其中的第二象限对应的风轮迎风面，从其最外 端向内至少一部分为可 使风轮对应的叶片产生阻力矩的所述侧面。所 述增能翼的一端到达第二象 限的外端后还可以向第三象限延伸一段。这时 的增能翼即可以为弧形挡风 面， 或平面和弧面组合的挡风面。

这样的增能翼可以确保风轮基本不产生不利于 转动发电的阻力矩。 所述支架可设置在一固定机架上。 即所述增能翼设置在固定机架上， 该固定机架可以是所述中心塔柱， 也可以是其他支承物。 具体地， 所述支. 架包括两根支撑杆， 两根支撑杆的一端与所述增能翼的上下两端连 接， 该 支撑杆的另一端连接在一固定机架即所述垂直 轴风力发电机中设置所述 风轮的中心塔柱上，该两根支撑杆分别位于所 述风力发电机的所述风轮的 上方和下方，且所述支撑杆的长度为使得所述 增能翼位于所述风轮叶片回 转圆周轨迹的外面使之不会影响到本垂直轴发 电机风轮的运动。

作为板体的所述增能翼，该板体的上下两端分 别固设在两根所述支撑 杆上。

所述增能翼是风轮的，该风轮轴的上下端分别 固定在两根所述支撑杆 上。

所述增能翼也可以设置在其他支承物上。 例如， 所述支架设置在所述 垂直轴风力发电机风轮旁边的基础上，使得所 述增能翼位于所述风轮叶片 回转圆周轨迹的外面。 。

吹向本发电机风轮的风向通常是会有变化的， 增能翼的位置也就应该 能够随风轮迎风面的改变和改变。 另外， 有些时候， 不需要使用增能翼挡 风， 则需要将增能翼从迎风面移到背风面或顺风面 ， 为了使用这一需求， 所述支架最好设计成可运动的结构。所述支架 可转动且可定位地固设在所 述垂直轴风力发电机中设置所述风轮的中心塔 柱上；

具体的， 所述支撑杆可以是可转动且可定位地固设在所 述中心塔柱 上。

而对于支架支承的所述基础上的方案中， 在所述基础上可设置轨道， 所述支架可移动地设于该轨道上定位。

在所述支架和所述固定机架之间设置驱动机构 ，使得所述支架上的增 能翼绕所述发电机风轮位移。

所述支架上连接一驱动机构，驱动所述支架继 而驱动所述增能翼相对 于所述中心塔柱或所述基础位移。

本发明提供的带有增能翼的垂直轴风力发电机 风轮通过在风轮迎风 面的前面设置增能翼， 通过阻断气流作用在风力发电机风轮上产生阻 力 矩， 可以使风轮的旋转力矩增大， 提高风力发电机的效率。 通过设置增能 翼， 风力发电机的效率可以增大 25%以上。 附图概述 图 1为现有技术中风力发电机风轮迎风时的示意� �；

图 2为现有风力发电机的功率与风速关系图；

图 3 为本发明提供的带有板式增能翼的垂直轴风力 发电机风轮的结 构的示意图；

图 3a 为示出板式增能翼的平板与发电机风轮位置关 系的结构示意 图；

图 4为具有增能翼的本风轮的功率与风速的关系� �；

图 5 为本发明提供的带有风轮式增能翼的垂直轴风 力发电机风轮的 主视结构示意图；

图 6为图 5的俯视结构示意图；

图 7 为多个风轮组成的增能翼的垂直轴风力发电机 的主视结构示意 图。 本发明的最佳实施方式 本发明提供的增能翼， 为一挡风件， 其上具有一挡风面， 该增能翼设 置在一支架上， 用以与一垂直轴风力发电机中的风轮的一个侧 面对应， 该 侧面为该风轮在使用中迎风面的一部分，该部 分迎风面对应的风轮叶片由 于来风气流作用使转动受阻， 所述增能翼使得该侧面被挡住。

带有增能翼的垂直轴风力发电机风轮，该风轮 可转动地固设在一垂直 轴中心塔柱上并与发电机转子连接，其上设有 若干叶片，还包括一增能翼， 该增能翼为一挡风物体，其设置在一支架上且 位于所述风轮叶片回转圓周 轨迹的外面， 在所述风轮迎风面的前方， 该增能翼的挡风面与所述风轮的 接受来风气流而转动受阻的一侧迎风面的叶片 相对应。

本发明解决因来风造成风轮阻力矩而使发电机 效率降低的问题是应 用了切断风流场的原理， 通过设置的挡风物体， 将对风轮产生阻力矩的气 流挡住， 使其不能作用于风轮相应的叶片。 通过该挡风物体的阻拦， 可以 增加发电机的发电功率， 故而称该挡风物体为增能翼。

所述支架包括两根支撑杆，两根支撑杆的一端 与所述增能翼的上下两 端连接， 该支撑杆的另一端连接在所述中心塔柱上， 该两根支撑杆分别位 于所述风力发电机的所述风轮的上方和下方。

所述增能翼可以是板式增能翼， 其包括一板件例如为一平板， 其固设 在所述支架上， 例如， 该平板的上下两端固设在两根所述支撑杆上， 该板 所述增能翼也可以是风轮式增能翼， 其包括一风轮， 例如为一垂直叶 片风轮， 其可转动地设置在一根风轮轴上， 该风轮轴固设在所述支架上， 例如， 该风轮轴的上下端固定在两根所述支撑杆上。 该增能翼风轮上叶片 的最外侧旋转形成的圆柱体轨迹构成所述挡风 面。

具体的， 如图 3a所示， 一种带有板式增能翼的垂直轴风力发电机， 包括一垂直叶片风轮 01 , 所述垂直叶片风轮 01上的叶片 02通过至少两 个支撑杆 05连接到风轮中的轮毂上， 至少一根支撑杆连接的轮毂与发电 机组件中的转子相连接， 不与发电机组件连接的风轮轮毂可转动地设在 塔 柱 03上。 而与发电机转子对应的定子也固设在塔柱 03上。 该叶片的形状 为一垂直的柱状体， 其水平截面为飞机机翼的断面形状， 即相对于风轮的 转轴， 其外侧表面和迎风的端面为圆滑过渡的流线型 弧面， 叶片的迎风面 间距较大， 沿顺风方向， 间距逐渐减小， 该柱状体在垂直方向上水平截面 大小形状相同。

还包括一增能翼， 为一平板 1， 其上下两端分别固联在上下两根支撑 杵 （图中未示出） 的一端， 该两根支撑杆的另一端固定在所述中心塔柱 03 上， 该两根支撑杆分别位于所述垂直风轮叶片的上 方和下方； 该增能 翼的平板 1， 其位于所述风轮叶片回转圓周轨迹 a的外面。 这样设置的增 能翼不会影响发电机的风轮 01的旋转，该增能翼位于风轮迎风面的前方， 平板板面与所述风轮 01 的接受来风气流而转动受阻的一侧迎风面的叶 片 相对应， 挡住所述风轮的一侧迎风面， 使得发电机垂直风轮接受来风气流 A而使得转动受阻的一侧面被挡住。

所述增能翼平板 1 的远离所述中心塔柱的一端在所述风力发电机 的 所述垂直叶片风轮被遮挡的所述一侧的最外端 的外側，至少与该最外端对 应。 平板的宽度优选至少为风轮 01的整个迎风面宽度 S的三分之一至二 分之一， 如图 3a所示的平板 即为其宽度是迎风面宽度 S的二分之一。

所述增能翼也可以是弧形板， 或平面和弧面结合的形状； 所述平板靠 近所述中心塔柱 03的一侧在迎风面的 180度至 330度之间， 或者， 对应 所述风轮 01 的俯视角度， 所述增能翼弧面的两端设置在风轮中心为坐标 系原点的第二象限中或从第二象限延伸至第三 象限的范围内。

例如， 如图 3、 3a所示的平板 1或 2， 的靠近中心塔柱的一端在迎风 面中点（0° )为起始点起的 330° 的位置上， 或平板 1宽度在一侧挡住风 轮迎风面的三分之一或迎风面对应的中心角 60° ， 或者， 平板 1 的靠近 中心塔柱的一段在迎风面中点（0° )为起始点起的 320。 的位置上。 这样 的增能翼可以确保风轮不产生不利于转动发电 的阻力矩。

另外，弧形板或平面和弧面组合形状板式增能 翼两侧边缘与风轮的塔 柱中心所做的坐标系的关系可以是：对应所述 垂直轴风力发电机中风轮的 俯视角度，所述增能翼的挡风面的两端设置在 所述风轮中心为坐标系原点 的第二象限内或者从第二象限延伸至第三象限 范围内。即增能翼是在第二 象限内的弧形板， 该弧形板还可以延伸到第三象限。 其中的第二象限对应 的风轮迎风面，从其最外端向内至少一部分为 可使风轮对应的叶片产生阻 力矩的所述侧面。所述增能翼的一端到达第二 象限的外端后还可以向第三 象限延伸一段。 这时的增能翼即可以为弧形挡风面， 或平面和弧面组合的 挡风面。

如图 5、 6所示， 在另一个实施例中， 增能翼为风轮 2 , 本带有风轮 式增能翼的垂直轴风力发电机风轮， 包括一垂直叶片风轮 01， 其可转动 地固设在一中心塔柱 03上， 其上通过支撑杆 021设有若干叶片 02 , 竖直 风轮样式的增能翼 2， 在来风气流 A的作用下旋转， 其可以起到与平板样 式的增能翼相同的阻断气流作用在风力发电机 风轮上产生阻力矩的作用。 增能翼风轮 2的结构也可以是与所述风力发电机中的所述� �轮 01结构形 状相同， 即其中的叶片 23通过支撑杆 21， 连接到风轮中的轮毂上， 该轮 毂可转动地固定在风轮轴 20上，风轮轴 20的上下两端分别通过两根支撑 杆 21与中心塔柱 03连接， 其为可转动且定位的连接结构， 使得增能翼风 轮可以根据风向和需要调整和发电机风轮之间 的相对位置关系。还可以在 中心塔柱的顶部和增能翼风轮 2 的风轮轴的上端之间连接一斜拉杆 22， 以增加增能翼与塔柱的连接稳定性。该增能翼 风轮的叶片的形状为一垂直 的柱状体， 其水平截面为飞机机翼的断面形状， 即相对于风轮的转轴， 其 外侧表面和迎风的端面为圓滑过渡的流线型弧 面，外侧表面和内侧表面之 间的间距为， 叶片的迎风面间距较大， 沿顺风方向， 间距逐渐减小， 在垂 直方向上， 该柱状体在垂直方向上水平截面大小形状相同 。 所述增能翼风 轮上的叶片的高度与所述风力发电机垂直叶片 风轮的叶片高度相当。更进 一步地，所述增能翼风轮 2和风轮轴 20之间可以设有小型发电机组装置。 该小型发电机装置的结构形式与大型垂直轴风 力发电机的结构形式基本 相似， 定子设置在风轮轴上， 转子设置在定子的外围， 叶片通过支撑杆 21， 固定在转子的周面上。这样的增能翼不仅可以 起到阻断气流作用在风 力发电机风轮上产生阻力矩的作用， 提高发电机的功率和效率， 同时， 还 能够额外发出电能，该电能可以与风力发电机 发出的电力合并起来输送到 电网上， 更加提高本风力发电机的发电功率， 也可以通过连接蓄电装置而 将这一部分电能蓄积起来， 用于本风力发电机的其他用途。

所述增能翼的所述风轮也可以为若干个， 如图 7所示， 每个竖直风轮

23， 连接在所述风轮轴 20上。 纵向固设在所述风轮轴上， 各个所述风轮 上的叶片的高度以及相邻风轮叶片之间的间隙 之和与所述垂直叶片风轮 的叶片高度相当。 这时， 若干个风轮可以是与上述如图 5、 6所示的增能 翼风轮相同结构的风轮，也可以是其它形式的 风轮，例如为螺旋桨式风轮。 这时， 对应风轮上的叶片可以是五片， 均布在风轮转轴的圆周上。 叶片数 量也可以是八个、 十二个。

本垂直轴风力发电机的风轮 01的叶片数可以是 4-24个。

通过在风力发电机的风轮的前面设置增能翼， 提高发电机的发电功率 和效率是明显的， 比较图 2和图 4所示， 两幅图的横坐标为叶片位置角， 单位为 "度" ， 纵坐标为叶片从风气流获得的有效驱动力矩值 。 图 2所示 为没有设置本增能翼的发电机风轮， 风轮单叶片的扭矩在其转动的一周 中， 有效驱动力矩在 0以下的负值约占 25%。 图 4显示出安装了增能翼后 风力发电机的扭矩图， 可以看出， 扭矩一直是处于 0以上的正值。 由此可 以清楚地看出， 有了增能翼后可以增加功率 20%- 25%左右， 并且可以明显 降低启动风轮所需最低风速，使得使用本增能 翼的风力发电机可在低风速 情况下的发电。

支撑所述增能翼的支架可以是前述的可绕中心 塔柱转动的支撑杆结 构。 可以在所述塔柱上设置驱动机构， 其连接所述支撑杆， 通过该驱动机 构驱动增能翼绕塔柱转动， 从而根据风向调节增能翼与风轮的相对位置， 或者在风速较大不需要增能翼时将其从风轮的 迎风面转到顺风面一侧。

支撑增能翼平板或风轮的支架也可以是设置在 风力发电机旁边地基 上的支架。 为了使得增能翼可以调整位置， 可在地基上设置一个轨道， 例 如为一圆环形的轨道， 支架可在该轨道中移动。 工业实用性 本发明的增能翼和带有增能翼的垂直轴风力发 电机风轮， 应用于垂直 轴风力发电机， 可提高风轮的转动效率。