CN102146885B - 垂直轴风力发电机增能翼的位移机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其包括一支撑装置和一驱动装置，支撑装置设于一固定机架上，支撑装置上还设有固联增能翼的连接结构，以连接增能翼设置于风力发电机风轮叶片回转最大圆周轨迹的外侧，且增能翼的挡风面与风轮的一部分侧面的叶片相对应以使得在使用中该增能翼挡住风轮的接受来风气流迎风面的一侧转动受阻的叶片；驱动装置设置在固定机架上，其与支撑装置相连接，使得该支撑装置位移而使设于其上的所述增能翼的挡风面挡住所述风轮的不同侧面。本发明提供的增能翼的旋转机构结构合理、简单，能够方便地驱动增能翼转动一适应风向、风速的变化调整增能翼与发电机风轮的相对位置提高风力发电机的效率。

Description

垂直轴风力发电机增能翼的位移机构

技术领域

本发明属于风力发电机技术领域，提供一种垂直轴风力发电中的构件，尤其是一种带有增能翼的垂直轴风力发电机中增能翼的位移机构。

背景技术

在现有技术中，垂直轴风力发电机越来越显示出其效率高、功率大和便于安装使用、寿命长等优点。但是，在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，当来风气流冲击风轮时，在其迎风面的一侧受到的是使得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推动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的有效受风性能，使得发电机的效率降低。

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，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，构建一个导流风场。这种通过将自然风引入导流通道，再推动风轮叶片消除风阻力的方法，存在降低自然风的风力的缺点，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的、往往也是严酷的环境中的使用、管理和维护都会带来不便。

本申请的申请人研制出一种克服风阻力矩的技术，即在风轮的迎风面的产生阻力矩一侧的风轮前面设置一可阻挡气流作用于叶片的增能翼。通过增能翼切断这部分风流场。这样，就可以明显地提高风轮的转动性能和发电机的发电功率及效率。自然界的风向是变化的，因此，增能翼的相对于叶片的位置也是要随之变化。另外，当风力较大时，其对于风轮所产生的阻力矩与有效推动力矩相比所占比例将会很小，这时，就不需要再在风轮叶片前面设置增能翼了。此时，需要将增能翼从风轮的迎风面移动到背风面或顺风面上，或者移开风轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可方便地改变增能翼的位置且结构简单的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构。

一垂直轴风力发电机风轮，其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，为一挡风件，其上具有一挡风面，该增能翼设置在一支撑装置上，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。

本发明提供的所述位移机构就是使得该支撑装置可以位移，以适应风力发电机风轮的运行。

因此，本发明提供的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构包括一支撑装置和一驱动装置，所述支撑装置设于一固定机架上，所述支撑装置上还设有固联所述增能翼的连接结构，以连接所述增能翼以不阻挡所述垂直轴风力发电机上风轮的转动的方式设置在该支撑装置上，且该增能翼上具有的一挡风面与与所述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；

所述驱动装置设置在所述固定机架上，其与所述支撑装置相连接，使得该支撑装置位移而使设于其上的所述增能翼的挡风面挡住所述风轮的不同侧面。

所述支撑装置可以是这样的：包括上下两根支撑杆，两根该支撑杆的一端通过所述连接结构分别与所述增能翼的上端和下端固联，该支撑杆的长度为使得连接在其上的所述增能翼设置于所述风力发电机风轮叶片回转最大圆周轨迹的外侧，两根该支撑杆的另一端通过可转动的所述连接结构与所述风力发电机中设置所述风轮的一静止的中心塔柱即所述固定机架可转动地连接；在其中一根所述支撑杆的与所述中心塔柱的可转动的所述连接结构上连接所述驱动机构，驱动所述支撑杆绕所述中心塔柱转动。

所述支撑装置也可以为一支架，其上设有所述增能翼固定结构，使该增能翼设置在该支架上，所述支架设置在所述垂直轴风力发电机风轮旁边的基础构成的所述固定机架上，使得所述增能翼位于所述风轮叶片回转圆周轨迹的外面；所述驱动装置安装在所述支架或固定机架上，以驱动所述支架相对于所述基础位移；

所述驱动器上的启动部件上可以连接一控制器，控制驱动器的启闭。

所述支撑杆是包括两段，其中靠近所述增能翼的一段为单根杆段，其一端与所述增能翼连接，另一段为双杆段，包括两根分杆，该两根分杆的一端设有可转动的所述连接结构用于与所述中心塔柱可转动地连接；在所述单根杆段和两根分杆之间设有一三通连接器，该三通连接器上设有三个连接部，其成Y形分布，一侧的一个连接部连接所述单根杆段的另一端，该三通连接器另一侧的两个连接部分别连接两个所述分杆的另一端。

所述支撑杆与所述增能翼的连接结构可以是：包括一主连接器，其上设有两个插孔，所述支撑杆或单根杆的相应的端部插设在其中一个插孔中固定，另一个插孔供所述增能翼上端或下端插设其中固定。

所述支撑装置中还可以包括一斜拉杆，其一端设置连接结构与所述增能翼上端固联，其另一端设置可转动连接结构与所述中心塔柱可转动地连接，所述斜拉杆与所述中心塔柱连接的所述连接结构位置高于连接在所述增能翼上端的所述支撑杆与所述中心塔柱之间的所述连接结构的位置。

所述斜拉杆的与所述中心塔柱连接的可转动的所述连接结构设置在所述中心塔柱的顶部。

所述支撑杆与所述中心塔柱连接的可转动的所述连接结构是轴承装置，轴承装置中可相对转动的内圈和外圈中的一个与所述支撑杆或斜拉杆连接，另一个用于固定在所述中心塔柱上。

所述支撑杆与所述中心塔柱连接的可转动的所述连接结构是轴承装置，所述支撑杆或分杆与所述轴承的所述外圈连接，在所述外圈的外面套固一外套，在该外套上设有插孔，所述支撑杆或分杆的端头插设于该插孔中固定。

所述支撑杆的横截面为椭圆形，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置；或者，所述单根杆段和/或分杆的横截面为椭圆形，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置；和/或，所述斜拉杆的横截面为椭圆形状，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置。

各个所述支撑杆、单根杆段和/或分杆的所述椭圆形截面的短轴和长轴的比例在1/2-3/4范围内为宜。

所述支撑杆和各个部件的材质优选为铝型材或铝铸造件，最好为轻质铝型材和铝铸件。

本发明提供的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构结构合理、简单，能够方便地驱动增能翼转动一适应风向、风速的变化调整增能翼与发电机风轮的相对位置提高风力发电机的效率。

附图说明

图1为本发明提供的垂直轴风力发电机增能翼位移机构及其上连接风轮式增能翼的主视结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为图1的仰视结构示意图；

图4为在垂直轴风力发电机风轮上设置平板式增能翼的俯视结构示意图；

图5为在垂直轴风力发电机风轮上设置风轮式增能翼的俯视结构示意图；

图6为图5提供的带有增能翼的垂直轴风力发电机的主视结构示意图；

图7为连接支撑杆和增能翼的主连接器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的垂直轴风力发电机增能翼位移机构是与如下的增能翼和与之相配的垂直轴风力发电机风轮配用的，该垂直轴风力发电机如图5、6所示，包括一垂直叶片风轮01，其可转动地固设在一中心塔柱9(如图1所示)上，其上设有若干叶片02，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9上。而与发电机转子对应的定子也固设在塔柱9上。该叶片02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，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，该柱状体在垂直方向上水平截面大小形状相同(如图5、6所示)。还包括一增能翼，其可以是平板式增能翼2’(见图4)，也可以是风轮式增能翼20(见图1、5、6)。平板式增能翼2’的上下可以设有两根连接轴，该平板的板面即为挡风面。

风轮式增能翼可以是垂直风轮，其可转动地设置在一根风轮轴5上，该风轮轴5上可以设置一个风轮1’(见图6)，也可以设置多个风轮1(见图1)。在风轮1或1’中，叶片23通过连接杆3与轮毂4固联，轮毂4套设在风轮轴5上，轮毂4与风轮轴5之间设置轴承6。

该风轮式增能翼设置在一增能翼位移机构上。该位移机构包括一支撑装置和一驱动装置，所述支撑装置设于一固定机架上，所述支撑装置上还设有固联所述增能翼的连接结构，以连接所述增能翼设置于所述风力发电机风轮叶片回转最大圆周轨迹a(见图5)的外侧，且增能翼的挡风面与所述风轮01的一部分侧面的叶片02相对应，以使得在使用中该增能翼挡住所述风轮的接受来风气流迎风面的一侧转动受阻的叶片；所述驱动装置设置在所述固定机架上，其与所述支撑装置相连接，使得该支撑装置位移而使设于其上的所述增能翼的挡风面挡住所述风轮的不同侧面。通过改变所述增能翼与风轮的位置关系，以适应风向和风力的变化。

具体的如图1、2、3、4、5、6所示，增能翼风轮1的风轮轴5的上下两端分别固联在上下两根支撑杆21的一端，该两根支撑杆的另一端可转动地固定在中心塔柱9上，该两根支撑杆分别位于所述垂直风轮叶片02的上方和下方，该增能翼为一挡风物体，其位于所述风轮叶片回转圆周轨迹a的外面使之不会影响垂直叶片风轮的旋转，并位于风轮迎风面的前方，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。在两根支撑杆其中之一的与中心塔柱09即上述的固定机架的连接结构上连接驱动机构，驱动所述支撑杆绕中心塔柱转动，继而带动所述增能翼转动，来改变所述增能翼与风轮的位置关系，以适应风向的变化。

支撑杆21与所述增能翼的连接结构是：包括一主连接器2，如图7所示，其上设有两个插孔201、202，支撑杆21的相应的端部插设在其中一个插孔中固定，另一个插孔供所述增能翼上端或下端插设其中固定。

所述支撑杆与所述中心塔柱连接的可转动的所述连接结构是轴承装置，轴承装置中可相对转动的内圈和外圈中的一个与所述支撑杆或分杆或斜拉杆连接，另一个用于固定在所述中心塔柱上。

在本具体实施例中，支撑杆与轴承的外圈连接，其具体连接结构可以是，通过一支撑杆连接器将支撑杆与轴承外圈连接起来，该支撑杆连接器可以是在所述外圈的外面套固的一外套，在该外套上设有插孔，所述支撑杆的端头插设于该插孔中通过紧定螺钉固定。

如图1、2、3所示，所述支撑杆还可以是包括两段，其中靠近所述增能翼的一段为单根杆段，其一端与所述增能翼通过上述的主连接器连接，另一段为双杆段，包括两根分杆，例如固于增能翼上端的支撑杆中的分杆13、14和固于增能翼下端的支撑杆中的分杆17、18，该两根分杆的一端也可以通过上述的结构与轴承11的外圈固联，分杆13、14通过支撑杆连接器15与轴承11外圈固联，分杆17、18通过支撑杆连接器19与轴承11外圈固联，即在支撑杆连接器15和19的侧壁上相应处开设两个插孔，分别插设一个支撑杆的两个分杆的端头固定，即可实现其与所述中心塔柱可转动地连接；在所述单根杆段和两根分杆之间设有一三通连接器12、16，该三通连接器上设有三个连接部，其成Y形分布，一侧的一个连接部连接所述单根杆段的另一端，该三通连接器另一侧的两个连接部分别连接两个所述分杆的另一端。

前述包括两分杆的支撑杆，可以对其支撑的重力和受到的阻力进行分解，这样的结构比起单杆的支撑杆其强度和刚度更大。在承受同样重力和阻力时，这种结构的支撑杆可以做的更加纤细一些，这样，还可以降低风轮的阻力。

如图1所示，在上支撑杆所连接的轴承的外圈可连接一驱动器10，其驱动所述轴承的外圈转动。该驱动器设置在空心的中心塔柱内固定，其可以是一电机，该电机的输出轴连接轴承的外圈。该电机的电能输入端可以连接电网。也可以连接本风力发电机上设置的蓄电机构，该蓄电机构可以从风力发电机上得到电量，也可以是，风轮式增能翼的风轮与风轮轴之间设置发电机组，风轮在用作增能翼起到阻挡相应叶片作用的同时又作为发电机，发出的电能由蓄电机构储蓄，用来驱动增能翼旋转机构。

所述支撑装置中还包括一斜拉杆，其一端设置连接结构与所述增能翼上端固联，其另一端设置可转动连接结构与所述中心塔柱可转动地连接，所述斜拉杆与所述中心塔柱连接的所述连接结构位置高于与所述增能翼的上端连接的所述支撑杆与所述中心塔柱连接的所述连接结构。

具体的，如图1、6所示，连接在增能翼1风轮轴5上端的主连接器2的上部设有一加强筋203(见图7)，在该加强筋203上设连接结构连接固定斜拉杆7的一端，该斜拉杆7的另一端沿斜上方延至中心塔柱9，与设置在塔柱9塔顶上的一斜拉轴承8连接，形成可转动地与塔柱9的连接结构。通过该斜拉杆，可使得增能翼与中心塔柱的连接更加稳定、牢固。

所述支撑装置中的各个支撑杆和例如主连接器、三通连接器、支撑杆连接器等的材质为铝型材或铝铸造件。轻质铝型材制成的本支撑装置重量轻、阻力小。

所述支撑杆或是分成单根杆段和分杆的两段式支撑杆中的各个杆体的横截面优选为椭圆形，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置。

所述斜拉杆的横截面也可以为椭圆形状，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置

各个所述支撑杆的所述椭圆形截面的短轴和长轴的比例为1/2-3/4。优选为2∶3。

前述设置在中心塔柱上的各个轴承可以是标准件，可以选择各种滚动轴承即可，例如为滚柱轴承等。

所述驱动器上的启动部件上可以连接一控制器，控制驱动器的启闭。该机构是根据风向的指示标向控制器输送信号，由控制器给驱动器指令，使增能器的旋转机构同步旋转到迎风面或是顺风面，或者随风向的变化而转动到风轮新的迎风面上。该控制器可以采用PLC控制器M340。

所述增能翼可以与中心塔柱连接，也可以与风力发电机近旁的其它固定支架连接，例如，可以在风力发电机风轮之外的地面上设置一轨道，沿轨道上可移动地设置一支架，在该支架上固设板式或风轮式增能翼，其与风轮叶片的相对位置关系可以与前述相同，起到阻挡阻碍风轮转动的风吹到风轮叶片。该支架上可以设有行走轮，该行走轮连接器驱动机构，该驱动机构上设置刹车装置。启动该驱动机构，即可使得支架沿轨道移动。当移动到位后，可以通过驱动机构上设置的刹车装置刹车，使得该支架能够在设定位置上固定。

实现增能翼的固定和位移的装置很多，不能穷举。上述实施例只是做说明之用，不在于对本发明的限定。

Claims (8)

1.一种垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，包括一支撑装置和一驱动装置，

所述支撑装置设于一固定机架上，所述支撑装置上还设有固联所述增能翼的连接结构，以连接所述增能翼以不阻挡所述垂直轴风力发电机上风轮的转动的方式设置在该支撑装置上，且该增能翼上具有的一挡风面与所述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；

所述驱动装置设置在所述固定机架上，其与所述支撑装置相连接，使得该支撑装置位移而使设于其上的所述增能翼的挡风面挡住所述风轮的不同侧面；

所述支撑装置包括上下两根支撑杆，两根该支撑杆的一端通过连接结构分别与所述增能翼的上端和下端固联，该支撑杆的长度为使得连接在其上的所述增能翼设置于所述风力发电机风轮叶片回转最大圆周轨迹的外侧，两根该支撑杆的另一端通过可转动的连接结构与所述固定机架即所述风力发电机中设置所述风轮的一静止的中心塔柱可转动地连接；在其中一根所述支撑杆的与所述中心塔柱的可转动的连接结构上连接所述驱动机构，驱动所述支撑杆绕所述中心塔柱转动；或者，所述支撑装置为一支架，其上设有所述增能翼固定结构，使该增能翼设置在该支架上，所述支架设置在所述垂直轴风力发电机风轮旁边的基础构成的所述固定机架上，使得所述增能翼位于所述风轮叶片回转圆周轨迹的外面；所述驱动装置安装在所述支架或固定机架上，以驱动所述支架相对于所述基础位移；或者，所述驱动器上的启动部件上连接一控制器，以控制驱动器的启闭；

所述支撑杆包括两段，其中靠近所述增能翼的一段为单根杆段，其一端与所述增能翼连接，另一段为双杆段，包括两根分杆，该两根分杆的一端设有可转动的连接结构用于与所述中心塔柱可转动地连接；在所述单根杆段和两根分杆之间设有一三通连接器，该三通连接器上设有三个连接部，其成Y形分布，一侧的一个连接部连接所述单根杆段的另一端，该三通连接器另一侧的两个连接部分别连接两个所述分杆的另一端。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所述支撑杆与所述增能翼的连接结构是：包括一主连接器，其上设有两个插孔，所述单根杆段的相应的端部插设在其中一个插孔中固定，另一个插孔供所述增能翼上端或下端插设其中固定。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所 述支撑装置中还包括一斜拉杆，其一端设置连接结构用于与所述增能翼上端固联，其另一端设置可转动连接结构与所述中心塔柱可转动地连接，所述斜拉杆与所述中心塔柱连接的连接结构位置高于与所述增能翼的上端连接的所述支撑杆与所述中心塔柱连接的连接结构。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所述斜拉杆的与所述中心塔柱连接的可转动的连接结构设置在所述中心塔柱的顶部，为一轴承装置，其中内圈连接所述中心塔柱，外圈连接所述斜拉杆的一端，所述斜拉杆的另一端与连接所述支撑杆和所述增能翼上端的一主连接器固联。

5.根据权利要求1的所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所述支撑杆与所述中心塔柱之间的可转动的连接结构是轴承装置，该轴承装置中的外圈外面套固一外套，在该外套上设有插孔，所述支撑杆的端头插设于该插孔中固定。

6.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所述支撑杆中的两个分杆与所述中心塔柱之间的可转动的连接结构是轴承装置，所述分杆与所述轴承的外圈连接，在所述外圈的外面套固一外套，在该外套上设有两个插孔，两个所述分杆的端头插设于该插孔中固定。

7.根据权利要求1或3或4所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，所述支撑杆的横截面为椭圆形，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置；或者，所述单根杆段和／或分杆的横截面为椭圆形，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置；和／或，所述支撑装置中还包括的一端设置连接结构与所述增能翼上端固联、另一端设置可转动连接结构与所述中心塔柱可转动地连接的斜拉杆的横截面为椭圆形状，该椭圆形截面的长轴在水平方向设置；或者，

所述支撑装置的材质为铝型材或铝铸造件。

8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电机增能翼的位移机构，其特征在于，各个所述支撑杆的所述椭圆形截面的短轴和长轴的比例为1/2-3/4。 

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