CN101550917A - 一种垂直风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种垂直风力发电机，包括塔柱、发电机和两片以上的叶片；所述塔柱为空心，在所述塔柱上设有一个以上的发电装置；所述发电装置由设置于塔柱上的第一下法兰盘和第一上法兰盘、第一轴承座、第一轴承、第一发电机、第一励磁机、发电机中心柱、第二轴承、第二轴承座、第二下法兰盘和第二上法兰盘组成；在塔柱顶部设有起重机，在塔柱内部设有升降电梯。本发明结构简单安全、占地面积少、成本低，对风能的利用率相当高，另外该结构便于维修和检测。

Description

一种垂直风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机，尤其是一种垂直风力发电机。
背景技术
现在，不可再生能源的资源越来越少，甚至有些能源已经消耗完，因此，像波能、可燃冰、煤层气、微生物，这些能源将成为人类广泛应用的新能源，而风能这种再生型能源在很多的地区和设备上已经开始使用，其技术已经慢慢的走向成熟。现代风力发电机主要有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，与水平轴式的同类产品不同，在垂直轴风力发电机中，转轴安装在垂直轴上，与地面垂直，垂直轴风力发电机始终与风向保持一致，因此当风向改变时无需调整。其中，Darrieus涡轮机是属于垂直风力发电机的一种，该涡轮机包括垂直转轴、位于转轴顶部的顶部转子中心、叶片、位于转轴底部的底部转子中心、与转轴连接的变速箱、与变速箱连接的发电机组成。叶片的上端连接在顶部转子中心，叶片下端连接在底部中心上，叶片旋转起来后带动垂直转轴旋转，转轴经过底部设有的变速箱后将动力传递到发电机，从而使发电机发电。由于该种风力发电机巨大，转轴一般比较高，为了加强其稳固性，从转轴顶部拉索至底面，虽然转轴得到了加固，但是其占地面积比较大，不利于土地的有效利用。另外，该风力发电过程中动力传动链过于长，动力有传递过程中损失很大，不利于能量的有效利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直风力发电机，不仅占地面积少、结构简单安全、成本低和易于维修，而且对风能的转化率高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述塔柱为空心，在所述塔柱上设有一个以上的发电装置；
所述发电装置由设置于塔柱上的第一下法兰盘和第一上法兰盘、第一轴承座、第一轴承、第一发电机、发电机中心柱、第二轴承、第二轴承座、第二下法兰盘和第二上法兰盘组成；
所述第一下法兰盘与塔柱相固定，所述第一上法兰盘位于第一下法兰盘上且与第一下法兰盘固定连接，所述第一轴承座固定在第一上法兰盘上，所述第一轴承由第一外圈、第一钢珠组和第一内圈构成，所述第一内圈固定在第一轴承座上，所述第一外圈和第一钢珠组可绕第一内圈转动；
所述第一发电机包括第一内定子、第一外转子和第一励磁机，所述第一内定子位于第一内圈上，所述第一外转子位于第一外圈上且与第一外圈固定连接；
所述发电机中心柱为空心，所述发电机中心柱设置于第一内定子内，所述发电机中心柱与第一内定子固定连接；
所述第一励磁机包括第一励磁机定子和第一励磁机转子，所述第一励磁机定子与第一内定子连接，所述第一励磁机转子与第一外转子连接，所述第一励磁机定子与发电机中心柱固定连接；
在所述发电机中心柱上方依次设有第二轴承、第二轴承座、第二下法兰盘和第二上法兰盘，所述第二上法兰盘与塔柱相固定，所述第二下法兰盘位于第二上法兰盘下方且与第二上法兰盘固定连接，所述第二轴承座位于第二下法兰盘下方且与第二下法兰盘固定连接，所述第二轴承由第二外圈、第二钢珠组和第二内圈构成，所述第二内圈位于第二轴承座下方且与第二轴承座固定连接，所述第二外圈和第二钢珠组可绕第二内圈转动；
所述叶片的上端与第二外圈固定连接，所述叶片的下端与第一外圈固定连接。
垂直风力发电机的支撑主要依靠中心的塔柱，发电装置安装在塔柱上，大大减少了垂直风力发电机的占地面积。本发明中的发电装置由两个轴承、叶片和发电机组成，该结构简单，传动方式亦变得简单；并且叶片、轴承的外圈和发电机的外转子之间相互固定成一整体结构，使得发电机的外转子相当于叶片的一部分，叶片的转速就是发电机外转子的转速，对风能的利用率相当高。
作为改进，所述第一外圈和叶片的下端之间设有第一连接法兰，所述叶片的下端通过第一连接法兰与第一外圈固定连接；所述第二外圈和叶片的上端之间设有第二连接法兰，所述叶片的上端通过第二连接法兰与第二外圈固定连接。
作为改进，所述第一轴承或第二轴承上设有降低第一内圈或第二内圈转速的减速装置。
作为改进，所述第二轴承下方设有第二发电机，所述第二发电机包括第二内定子和第二外转子，所述第二内定子位于第二内圈下方，所述第二内定子与发电机中心柱固定连接，所述第二外转子位于第二外圈下方且与第二外圈固定连接；
所述第二发电机设有第二励磁机，所述第二励磁机包括第二励磁机定子和第二励磁机转子，所述第二励磁机定子与第二内定子连接，所述第一励磁机转子与第一外转子连接，所述第二励磁机定子与发电机中心柱固定连接。
作为改进，所述第一内转子和叶片的下端之间设有第一连接法兰，所述叶片的下端通过第一连接法兰与第一内转子固定连接；所述第二内转子和叶片的上端之间设有第二连接法兰，所述叶片的上端通过第二连接法兰与第二内转子固定连接。
作为改进，所述塔柱内部设有升降电梯，所述升降电梯包括轿厢和轿厢升降机构。
作为改进，所述塔柱顶部设有起重机，所述起重机包括回转塔架、起重臂、平衡臂、平衡重、起重小车、小车行走机构、吊钩、拉索、起升机构和控制系统；
所述回转塔架与塔柱顶部固定连接，起重臂和平衡臂安装在回转塔架上，平衡重安装在平衡臂的一端，小车行走机构设置在起重臂上，起重小车设置于小车行走机构上，吊钩设置于起重小车下方，吊钩与所述拉索的一端连接，拉索的另一端与起升机构相连接。
作为改进，所述小车行走机构为设置于起重臂上的导轨，所述起重小车设置与所述导轨上。
作为改进，在所述回转塔架顶端与平衡臂之间设有平衡臂拉杆，平衡臂拉杆一端与回转塔架顶端固定连接，平衡臂拉杆另一端与平衡臂固定连接；在所述回转塔架顶端与起重臂之间设有起重臂拉杆，起重臂拉杆一端与回转塔架顶端固定连接，起重臂拉杆另一端与起重臂固定连接。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
I、较以往使用拉索固定发电装置，本发明仅依靠塔柱支撑发电装置，使得整个垂直风力发电机所占用的地面积更少。II、整个发电装置由两个轴承、叶片和发电机组成，该结构简单，传动方式亦变得简单。III、较以往通过复杂的传动机构以及使用巨大的垂直转轴来传动能量，本发明设计的叶片、轴承的外圈和发电机的外转子相互固定成一整体的结构，使得发电机转子相当于叶片的一部分，叶片的转速就是发电机转子的转速，极大降低了能量在传输过程中的损耗，对风能的利用率相当高。IV、较现有的塔架式垂直风力发电机，本发明由空心的塔柱支承发电装置，既保证了风力发电机的稳固，又降低了钢材的用量；并且本发明有效简化了以往复杂的传动机构，极大降低了垂直风力发电机的生产成本和风电的成本。VI、由于本发明的塔柱为空心，并且在塔柱内部设有升降电梯以及在塔柱顶部设有吊架，使得对垂直风力发电机的维修和检测变得简单安全。
附图说明
图1为实施例1中垂直风力发电机主视图；
图2为图1的剖视图；
图3为图1的三维视图；
图4为实施例2中垂直风力发电机主视图；
图5为图4的剖视图；
图6为图5的三维视图；
图7为实施例3中垂直风力发电机主视图；
图8为图7的剖视图；
图9为图7的三维视图；
图10为本发明之起重机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至3所示，一种垂直风力发电机，包括塔柱1、发电机和两片叶片9。所述塔柱1为空心，在所述塔柱1上设有发电装置。所述发电装置由设置于塔柱1上的第一下法兰盘2a和第一上法兰盘2b、第一轴承座3、第一轴承4、第一发电机5、发电机中心柱20、第二轴承7、第二轴承座8、第二下法兰盘11a和第二上法兰盘11b组成。所述第一下法兰盘2a与塔柱1相固定，所述第一上法兰盘2b位于第一下法兰盘2a上且与第一下法兰盘2a固定连接，所述第一轴承座3固定在第一上法兰盘2b上，所述第一轴承4由第一外圈41、第一钢珠组42和第一内圈43构成，所述第一内圈43固定在第一轴承座3上，所述第一外圈41和第一钢珠组42可绕第一内圈43转动。所述第一发电机5包括第一内定子51、第一外转子52和第一励磁机21，所述第一内定子51位于第一内圈43上，所述第一外转子52位于第一外圈41上且与第一外圈41固定连接。所述发电机中心柱20为空心，所述发电机中心柱20设置于第一内定子51内，所述发电机中心柱20与第一内定子51固定连接。所述第一励磁机21包括第一励磁机定子211和第一励磁机转子212，所述第一励磁机定子211与第一内定子51连接，所述第一励磁机转子212与第一外转子52连接，所述第一励磁机定子211与发电机中心柱20固定连接。在所述发电机中心柱20上方依次设有第二轴承7、第二轴承座8、第二下法兰盘11a和第二上法兰盘11b，所述第二上法兰盘11b与塔柱1相固定，所述第二下法兰盘11a位于第二上法兰盘11b下方且与第二上法兰盘11b固定连接，所述第二轴承座8位于第二下法兰盘11a下方且与第二下法兰盘11a固定连接，所述第二轴承7由第二外圈71、第二钢珠组72和第二内圈73构成，所述第二内圈73位于第二轴承座8下方且与第二轴承座8固定连接，所述第二外圈71和第二钢珠组72可绕第二内圈73转动。所述第一外圈41和叶片9的下端之间设有第一连接法兰6a，所述叶片9的下端通过第一连接法兰6a与第一外圈41固定连接；所述第二外圈71和叶片9的上端之间设有第二连接法兰6b，所述叶片9的上端通过第二连接法兰6b与第二外圈71固定连接。在实施例中，在所述第一轴承4上设有降低第一外圈41转速的减速装置(未示出)，减速装置(未示出)直接作用在第一轴承4的第一外圈41上。在实施例中，在所述塔柱1内部设有升降电梯，所述升降电梯包括轿厢12a和轿厢升降机构12b，轿厢12a由轿厢升降机构12b实现升降。
如图10所示，在所述塔柱顶部设有起重机10，所述起重机10包括回转塔架101、起重臂102、平衡臂103、平衡重104、起重小车105、导轨106、吊钩107、拉索108、起升机构109和控制系统(未示出)。所述回转塔架101与塔柱1顶部固定连接，起重臂102和平衡臂103安装在回转塔架101上，回转塔架101可以360°转动；平衡重104安装在平衡臂103的一端；导轨106设置在起重臂102上，起重小车105设置于导轨106上，起重小车105可在导轨106上前后运动；吊钩107设置于起重小车105下方，吊钩107与拉索108连接，拉索108与起升机构109相连接，由起升机构109控制吊钩107的升降。另外，在所述回转塔架101顶端与平衡臂103之间设有平衡臂拉杆110，平衡臂拉杆110一端与回转塔架101顶端固定连接，平衡臂拉杆110另一端与平衡臂103固定连接；在所述回转塔架101顶端与起重臂102之间设有平衡臂拉杆110，起重臂拉杆111一端与回转塔架101顶端固定连接，起重臂拉杆111另一端与起重臂102固定连接；平衡臂拉杆110和平衡臂拉杆110保证了起重机10的结构稳定和提高了起重机10的起重负载。
垂直风力发电机的工作原理如下：
风力推动叶片9，叶片9受力而开始旋转，由于叶片9通过第一连接法兰6a和第二连接法兰6b与第一外圈41和第二外圈71固定连接，叶片9会带着第一外圈41和第二外圈71一起转动，而第一内圈43、第二内圈73则分别与第一轴承座3和第二轴承座8相固定。另外，第一发电机55的第一内定子51与发电机中心柱20相固定，发电机中心柱20与第一轴承座3和第一内圈43相固定；第一外转子52与第一外圈41固定，叶片9在带动第一外圈41转动的同时也带动了第一发电机5的第一外转子52转动，而第一外转子52又带动第一励磁机转子212转动，进而第一励磁机21向第一发电机5的励磁绕阻(未示出)输出电流，第一发电机5获得励磁电流后开始发电工作。在本实施例中，叶片9、第一外圈41、第二外圈71和第一外转子52成为一整体结构，具有相同的转速，叶片9转得越快，第一发电机5转子就转得越快。由于其动力传动链简单，能量的损失少，对风能的利用率高。为了防止第一发电机5转子转速过高，减速装置(未示出)可以对第一轴承4的第一外圈41进行减速，从而达到对第一发电机5的第一外转子52减速的目的。对于垂直风力第一发电机5的检测与维修，维修管理人员可通过乘坐升降电梯的轿厢12a进行对风力发电机的检测和维修。另外，维修或更换部件时可使用吊架10起吊部件和维修人员，使得维修变得更为方便。
实施例2
如图4至6所示，一种垂直风力发电机，包括塔柱1、发电机和两片叶片9；所述塔柱1为空心，在所述塔柱1上设有发电装置。所述发电装置由设置于塔柱1上的第一下法兰盘2a和第一上法兰盘2b、第一轴承座3、第一轴承4、第一发电机5、发电机中心柱20、第二轴承7、第二轴承座8、第二下法兰盘11a和第二上法兰盘11b组成；所述第一下法兰盘2a与塔柱1相固定，所述第一上法兰盘2b位于第一下法兰盘2a上且与第一下法兰盘2a固定连接，所述第一轴承座3固定在第一上法兰盘2b上，所述第一轴承4由第一外圈41、第一钢珠组42和第一内圈43构成，所述第一内圈43固定在第一轴承座3上，所述第一外圈41和第一钢珠组42可绕第一内圈43转动；所述第一发电机5包括第一内定子51、第一外转子52和第一励磁机21，所述第一内定子51位于第一内圈43上，所述第一外转子52位于第一外圈41上且与第一外圈41固定连接；所述发电机中心柱20为空心，所述发电机中心柱20设置于第一内定子51内，所述发电机中心柱20与第一内定子51固定连接。所述第一励磁机21包括第一励磁机定子211和第一励磁机转子212，所述第一励磁机定子211与第一内定子51连接，所述第一励磁机转子212与第一外转子52连接，所述第一励磁机定子211与发电机中心柱20固定连接。在所述发电机中心柱20上方依次设有第二轴承7、第二轴承座8、第二下法兰盘11a和第二上法兰盘11b，所述第二上法兰盘11b与塔柱1相固定，所述第二下法兰盘11a位于第二上法兰盘11b下方且与第二上法兰盘11b固定连接，所述第二轴承座8位于第二下法兰盘11a下方且与第二下法兰盘11a固定连接，所述第二轴承7由第二外圈71、第二钢珠组72和第二内圈73构成，所述第二内圈73位于第二轴承座8下方且与第二轴承座8固定连接，所述第二外圈71和第二钢珠组72可绕第二内圈73转动。在所述第二轴承7下方设有第二发电机13，所述第二发电机13包括第二内定子131、第二外转子132和第二励磁机22；所述第二内定子131位于第二轴承7内圈下方，所述第二内定子131与发电机中心柱20固定连接；所述第二外转子132位于第二轴承7外圈下方且与外圈固定连接。所述第二励磁机22包括第二励磁机定子221和第二励磁机转子222，所述第二励磁机定子221与第二内定子131连接，所述第二励磁机转子222与第二外转子132连接，所述第二励磁机定子221与发电机中心柱20固定连接。所述第一外圈41和叶片9的下端之间设有第一连接法兰6a，所述叶片9的下端通过第一连接法兰6a与第一外圈41固定连接；所述第二外圈71和叶片9的上端之间设有第二连接法兰6b，所述叶片9的上端通过第二连接法兰6b与第二外圈71固定连接。在本实施中，在所述第一轴承4上设有降低第一外圈41转速的减速装置(未示出)，减速装置(未示出)直接作用在第一轴承4的第一外圈41上；在所述第二轴承7上设有降低第二外圈71转速的减速装置(未示出)，减速装置(未示出)直接作用在第二轴承7的第二外圈71上。在实施例中，在所述塔柱1内部设有升降电梯，所述升降电梯包括轿厢12a和轿厢升降机构12b，轿厢12a由轿厢升降机构12b实现升降。
如图10所示，在所述塔柱顶部设有起重机10，所述起重机10包括回转塔架101、起重臂102、平衡臂103、平衡重104、起重小车105、导轨106、吊钩107、拉索108、起升机构109和控制系统(未示出)。所述回转塔架101与塔柱1顶部固定连接，起重臂102和平衡臂103安装在回转塔架101上，回转塔架101可以360°转动；平衡重104安装在平衡臂103的一端；导轨106设置在起重臂102上，起重小车105设置于导轨106上，起重小车105可在导轨106上前后运动；吊钩107设置于起重小车105下方，吊钩107与拉索108连接，拉索108与起升机构109相连接，由起升机构109控制吊钩107的升降。另外，在所述回转塔架101顶端与平衡臂103之间设有平衡臂拉杆110，平衡臂拉杆110一端与回转塔架101顶端固定连接，平衡臂拉杆110另一端与平衡臂103固定连接；在所述回转塔架101顶端与起重臂102之间设有平衡臂拉杆110，起重臂拉杆111一端与回转塔架101顶端固定连接，起重臂拉杆111另一端与起重臂102固定连接；平衡臂拉杆110和平衡臂拉杆110保证了起重机10的结构稳定和提高了起重机10的起重负载。
在本实施例，叶片9通过带动第一外圈41转动，进而带动第一励磁机转子212和第一外转子52转动；与此同时，叶片9还通过带动第二外圈71带动转动，进而带动第二励磁机转子222和第二外转子132转动，该结构使得发电装置的发电效率更高。
实施例3
如图9至10所示，与实施例2所不同的是：塔柱11上设有两个的发电装置，位于下层的发电装置中包括第一下法兰盘2a和第一上法兰盘2b、第一轴承座3、第一轴承4、第一发电机5、第一励磁机21、发电机中心柱20、第二轴承7、第二轴承座8、第二下法兰盘11a和第二上法兰盘11b组成；并且在第二轴承7下方设有第二发电机13，所述第二发电机13包括第二内定子131、第二外转子132和第二励磁机22。位于上层的发电装置与下层的发电装置在结构上完全相同。两个发电装置的发电原理与实施例2所述的发电装置的发电原理一样，这里不再详细说明。

Claims (8)

1、一种垂直风力发电机，包括塔柱、发电机和两片以上的叶片，其特征在于：所述塔柱为空心，在所述塔柱上设有一个以上的发电装置；所述发电装置由设置于塔柱上的第一下法兰盘和第一上法兰盘、第一轴承座、第一轴承、第一发电机、发电机中心柱、第二轴承、第二轴承座、第二下法兰盘和第二上法兰盘组成；
所述第一下法兰盘与塔柱相固定，所述第一上法兰盘位于第一下法兰盘上且与第一下法兰盘固定连接，所述第一轴承座固定在第一上法兰盘上，所述第一轴承由第一外圈、第一钢珠组和第一内圈构成，所述第一内圈固定在第一轴承座上，所述第一外圈和第一钢珠组可绕第一内圈转动；
所述第一发电机包括第一内定子、第一外转子和第一励磁机，所述第一内定子位于第一内圈上，所述第一外转子位于第一外圈上且与第一外圈固定连接；
所述发电机中心柱为空心，所述发电机中心柱设置于第一内定子内，所述发电机中心柱与第一内定子固定连接；
所述第一励磁机包括第一励磁机定子和第一励磁机转子，所述第一励磁机定子与第一内定子连接，所述第一励磁机转子与第一外转子连接，所述第一励磁机定子与发电机中心柱固定连接；
在所述发电机中心柱上方依次设有第二轴承、第二轴承座、第二下法兰盘和第二上法兰盘，所述第二上法兰盘与塔柱相固定，所述第二下法兰盘位于第二上法兰盘下方且与第二上法兰盘固定连接，所述第二轴承座位于第二下法兰盘下方且与第二下法兰盘固定连接，所述第二轴承由第二外圈、第二钢珠组和第二内圈构成，所述第二内圈位于第二轴承座下方且与第二轴承座固定连接，所述第二外圈和第二钢珠组可绕第二内圈转动；
所述叶片的上端与第二外圈固定连接，所述叶片的下端与第一外圈固定连接。
2、根据权利要求1所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述第一外圈和叶片的下端之间设有第一连接法兰，所述叶片的下端通过第一连接法兰与第一外圈固定连接；所述第二外圈和叶片的上端之间设有第二连接法兰，所述叶片的上端通过第二连接法兰与第二外圈固定连接。
3、根据权利要求1至2任意一项所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述第一轴承或第二轴承上设有降低第一外圈或第二外圈转速的减速装置。
4、根据权利要求1至3任意一项所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述第二轴承下方设有第二发电机，所述第二发电机包括第二内定子和第二外转子，所述第二内定子位于第二内圈下方，所述第二内定子与发电机中心柱固定连接，所述第二外转子位于第二外圈下方且与第二外圈固定连接；
所述第二发电机设有第二励磁机，所述第二励磁机包括第二励磁机定子和第二励磁机转子，所述第二励磁机定子与第二内定子连接，所述第一励磁机转子与第一外转子连接，所述第二励磁机定子与发电机中心柱固定连接。
5、根据权利要求1至4任意一项所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述塔柱内部设有升降电梯，所述升降电梯包括轿厢和轿厢升降机构。
6、根据权利要求1至5任意一项所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述塔柱顶部设有起重机，所述起重机包括回转塔架、起重臂、平衡臂、平衡重、起重小车、小车行走机构、吊钩、拉索、起升机构和控制系统；
所述回转塔架与塔柱顶部固定连接，起重臂和平衡臂安装在回转塔架上，平衡重安装在平衡臂的一端，小车行走机构设置在起重臂上，起重小车设置于小车行走机构上，吊钩设置于起重小车下方，吊钩与所述拉索的一端连接，拉索的另一端与起升机构相连接。
7、根据权利要求6所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述小车行走机构为设置于起重臂上的导轨，所述起重小车设置与所述导轨上。
8、根据权利要求6所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：在所述回转塔架顶端与平衡臂之间设有平衡臂拉杆，平衡臂拉杆一端与回转塔架顶端固定连接，平衡臂拉杆另一端与平衡臂固定连接；在所述回转塔架顶端与起重臂之间设有起重臂拉杆，起重臂拉杆一端与回转塔架顶端固定连接，起重臂拉杆另一端与起重臂固定连接。
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