CN102146891A - 垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，包括支撑杆，所述支撑杆用于设置在所述风力发电机中风轮上的叶片和轮毂或所述发电机的转动部件之间，该支撑杆的一端设有与所述叶片的朝向所述轮毂的叶片内侧面连接的连接结构，其另一端设有与所述轮毂或所述发电机的转动部件连接的连接结构。本支撑杆结构，连接支撑叶片的强度、刚度很大，使风轮在50米/秒以下风力下安全运行，不变形、不折断，其质量很轻，使风轮在2米/秒的风速下即可启动发电。

Description

垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构
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机构件，尤其是一种垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构。
背景技术
在现有技术中，风力发电机多为水平轴式发电机，其主轴水平设置，其上设置风轮，风轮叶片多为大小头三角形式，小头细长，且通常的风力发电机的风轮叶片从风轮的轮毂延至外缘，很长，有几米、甚至十几米。这样细长的叶片，受到较大的风力时很容易变形，产生共振，在风压的作用下也很容易折断，因此，这种风轮存在抗风能力差、旋转时共振、功率偏低、损坏率高等缺点。风力发电机发展的后期，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，一般的垂直轴风力发电机都只是将发电机轴由水平位置变为垂直位置，但其上的叶片往往还是沿用现有的水平轴发电机的风轮，叶片仍然又长又细，从与发电机的转动件的连接端到风轮的外端都是叶片部分。因此，上述水平轴风力发电机风轮的许多问题没有得到彻底解决。本发明的申请人研制出一种用于垂直轴风力发电机垂直风轮的叶片，该叶片的形状为一垂直的柱状体，与风轮垂直的轴线平行，其水平截面为飞机机翼的断面形状，即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圆滑过渡，形成较大的迎风端即叶片的头部和较小的尾部。这种叶片设置在风轮的外缘，叶片与和发电机的转动部件连接的风轮轮毂之间，或者叶片与发电机的转动部件之间设置连接结构，用于连接支撑杆，而发电机的静止部件则环设在中心的塔柱上与发电机转动部件或与发电机转动部件对应的所述风轮轮毂固联的对应。支撑杆的形状结构会影响到风轮的转动性能，继而可影响到风力发电机的功率和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于连接垂直柱状体形的叶片和风轮轮毂或发电机的转动件的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，使其具有足够的强度和刚度且阻力小，不影响发电机的功率和效率。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其中，所述支撑杆用于设置在所述风力发电机中风轮上的叶片和轮毂或所述发电机的转动部件之间，该支撑杆的一端设有与所述叶片的朝向所述轮毂的叶片内侧面连接的连接结构，其另一端设有与所述轮毂或所述发电机的转动部件连接的连接结构。
该支撑杆可以是一直杆。
所述支撑杆也可以是包括有一主支撑杆、一主三通和两根分支撑杆，所述主支撑杆的一端设有与所述风轮轮毂或发电机的转动件固定的所述连接结构；两根所述分支撑杆的一端设有与所述叶片固定的连接结构；所述主三通上设有三个插孔，该三个插孔以Y形的相对位置设置在主三通上，其中位于一侧的一个插孔中插入所述主支撑杆的另一端而使得所述主三通固定连接在主支撑杆上，该主三通的另一侧的两个插孔中分别插设固定两根所述分支撑杆的另一端，使得所述分支撑杆通过所述主三通与主支撑杆固定连接。
所述支撑杆以及分成主支撑杆和分支撑杆两段的支撑杆中的各段可以是其断面为椭圆形状的杆件，其长轴在水平方向。
两根所述分支撑杆在同一水平面上设置。
所述椭圆形截面的长短轴的比例为1/2-3/4。所述椭圆的长轴和短轴的比例优选为3∶2。
所述支撑杆或所述主支撑杆的与所述发电机的转动部件连接一端的所述连接结构为：在所述支撑杆或所述主支撑杆的相应的端头设置一T形连接件，该连接件包括一管段，其管腔与所述支撑杆或所述主支撑杆端头外形相匹配，该管段的一端固联一连接部，其面积大于所述管段横截面，其端面与所述风轮的轮毂或所述发电机的转动部件的外壁形状相匹配，其上设有连接结构用于与发电机转动部件固定连接，在管段的该管内腔中插设并固定所述主支撑杆端头；和/或，
所述支撑杆或所述主支撑杆与所述叶片内侧面连接一端的所述连接结构为：在所述支撑杆或所述分支撑杆的端头设置一T形连接件，该连接件包括一管段，其管腔与所述支撑杆或所述分支撑杆端头外形相匹配，该管段的一端固联一连接部，其面积大于所述管段横截面，其端面与所述叶片的内侧面壁的形状相匹配，该连接部上设有连接结构，用以固联在叶片内侧表面上，在管段的该管内腔中插设并固定所述支撑杆或分支撑杆端头。
所述连接部上设有的连接结构为螺栓孔或螺钉孔，其上穿设螺栓或螺钉，用以使得所述支撑杆的一端固联在发电机转动部件或风轮轮毂上，另一端固联在叶片上。
两根所述分支撑杆的夹角根据叶片的宽度设计，两根所述分支撑杆在同一水平面上设置，使得所述分支撑杆连接在所述叶片的同一水平面上的两端附近。
所述主支撑杆和分支撑杆为铝型材制造。各个所述连接件和主三通可以用铸铝制造。所述铝型材为轻质的，因此，其重量很轻，不影响风轮的转动功率和效率。
所述支撑杆与所述风轮中所述叶片的对应数量为：一个叶片与两个所述支撑杆对应，两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应，构成与所述叶片内侧面四角的连接结构。
所述支撑杆与所述风轮中所述叶片的对应数量为：一个叶片与两个或多个所述支撑杆对应，当为两个该支撑杆时，两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应，通过支撑杆或所述分支撑杆构成与所述叶片内侧面两点或四角四点的连接结构；当为多个该支撑杆时，其中两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应连接，其余该支撑杆与所述叶片上下两端之间的部分的所述内侧面对应。
支撑杆的数目与叶片的高度有关，相邻支撑杆之间的间距应该能够容置下支撑杆和与之连接的风轮的轮毂，在至少一部分轮毂和风轮中心轴之间要设置电机组件，为此也要留有足够的空间。
本发明提供的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，通过其合理的主支撑杆和分支撑杆结构和材质选择，使得其连接支撑叶片的强度、刚度很大，可以允许风轮在50米/秒以下风力下安全运行，不变形、不折断，同时，其质量很轻，使得风轮的启动力矩很小，风轮可以在2米/秒的风速下即可启动发电。
附图说明
图1为使用本发明提供的支撑杆结构的垂直轴风力发电机中风轮的结构示意图；
图2为本发明提供的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构的俯视结构示意图；
图3为图2所示的支撑杆结构连接叶片和发电机转动部件的主视结构示意图；
图4为连接主支撑杆与电机转动部件的椭圆T形连接件的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的垂直轴风力发电机风轮中的支撑杆结构，包括支撑杆，所述支撑杆用于设置在所述风力发电机中风轮上的叶片和轮毂或所述发电机的转动部件之间，该支撑杆的一端设有与所述叶片的朝向所述轮毂的叶片内侧面连接的连接结构，其另一端设有与所述轮毂或所述发电机的转动部件连接的连接结构。
一个具体的例子可以是，一个风轮上支撑杆的数量是叶片数量的两倍，如图2、3所示，一个叶片通过上下两根支撑杆连接到设于中心塔柱8上的发电机转动部件或风轮轮毂上。所述支撑杆可以是直杆，更好的设计是：每根支撑杆包括两段1、2，段1为一主支撑杆1、段2为两根分支撑杆9、10，还包括一主三通2’。主三通2’上设有三个插孔，该三个插孔以Y形分布在主三通上，其中位于一侧的一个插孔中插入主支撑杆1的一端而固定连接在主支撑杆1上，主三通2’另一侧的两个插孔中分别插设固定两根分支撑杆9、10的一端，使得分支撑杆9、10通过主三通2’与主支撑杆1固定连接，主支撑杆1的另一端连接发电机的转动件7，两根分支撑杆的另一端与叶片0的内侧表面连接。垂直柱状的叶片0上部连接一所述支撑杆，其下部连接另一所述支撑杆，上下两根支撑杆相互平行设置。当为两个该支撑杆时，两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应，通过支撑杆或所述分支撑杆构成与所述叶片内侧面两点或四角四点的连接结构。
两根分支撑杆可以是在同一水平面上设置。
主支撑杆1和分支撑杆9、10的杆截面均为椭圆形，其长轴在水平方向。椭圆的长轴和短轴的比例优选为3∶2。
上面一根支撑杆中的主支撑杆1的一端与发电机的转动件7通过一椭圆T形连接件3’固定连接；上面一根分支撑杆9、10的另一端分别通过椭圆T形连接件3和椭圆T形连接件4连接一个叶片0上部内侧面两端附近固定连接。下面一根支撑杆中的主支撑杆和分支撑杆的连接结构与上部的支撑杆相同。本发明提供的支撑杆结构，在对叶片的连接时，在其内表面上通过上面两根分支撑杆通过两个椭圆T形连接器3、4和下面根据分支撑杆通过两个椭圆T形连接器5、6成四点固联，其连接结构简单，但连接牢固、稳定。
在主支撑杆1的端头设置椭圆T形连接件3’如图4所示，包括一椭圆形管段31，其管内腔32与主支撑杆1端头外形相匹配，该管段31的一端固联一连接部33，其面积大于管段横截面，其端面与所述发电机7的转动部件的外壁形状相匹配，其上设有连接结构，例如为螺栓孔或螺钉孔，其上穿设螺栓或螺钉，用以固联在发电机转动部件上，在管段31的该管内腔32中插设并固定主支撑杆1端头。
连接分支撑杆与叶片内侧面的椭圆T形连接件3、4、5、6的结构与上述椭圆T形连接件3’结构基本相同，只是其中的连接部的端面是与叶片的内侧面形状相匹配。在所述分支撑杆的端头设置一椭圆T形连接件，在管段的该管内腔中插设并固定所述分支撑杆端头。该椭圆T形连接件通过螺栓或螺钉固定连接叶片0。
如图1、2、3所示，用于垂直轴风力发电机的叶片0的形状为一垂直的柱状体，与风轮的垂直的轴线平行，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是渐变的，叶片的迎风面的所述间距较大，沿顺风方向，间距逐渐减小；在叶片的垂直方向上各水平截面大小形状相同。这种叶片设置在风轮的外缘，叶片与风轮转轴或者发电机的转动部件之间是通过支撑杆连接的，一个叶片0的上下两端连接两根所述支撑杆，在上的支撑杆的内侧与发电机7的转动部件相连接，而发电机的静止部件侧环设在中心的塔柱8上。在下的支撑杆的内侧的主支撑杆与风轮的轮毂通过椭圆T形连接件连接。
所述支撑杆与所述风轮中所述叶片的对应数量还可以为：一个叶片与多个所述支撑杆对应，当为多个该支撑杆时，其中两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应连接，其余该支撑杆与所述叶片上下两端之间的部分的所述内侧面对应。
所述各个支撑杆为椭圆形截面，其受风阻力小。可有利于风轮低风速下启动和在转动中减少功耗。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，包括支撑杆，所述支撑杆用于设置在所述风力发电机中风轮上的叶片和轮毂或所述发电机的转动部件之间，该支撑杆的一端设有与所述叶片的朝向所述轮毂的叶片内侧面连接的连接结构，其另一端设有与所述轮毂或所述发电机的转动部件连接的连接结构。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述支撑杆包括有一主支撑杆、一主三通和两根分支撑杆，所述主支撑杆的一端设有与所述风轮轮毂或发电机的转动件固定的所述连接结构；两根所述分支撑杆的一端设有与所述叶片固定的连接结构；所述主三通上设有三个插孔，该三个插孔以Y形的相对位置设置在主三通上，其中位于一侧的一个插孔中插入所述主支撑杆的另一端而使得所述主三通固定连接在主支撑杆上，该主三通的另一侧的两个插孔中分别插设固定两根所述分支撑杆的另一端，使得所述分支撑杆通过所述主三通与主支撑杆固定连接。
3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述支撑杆是其断面为椭圆形状的杆件，其长轴在水平方向。
4.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述主支撑杆和/或分支撑杆的杆截面为椭圆形，其长轴在水平方向设置。
5.根据权利要求3或4所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述椭圆形截面的长短轴的比例为1/2-3/4。
6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述椭圆的长轴和短轴的比例为3∶2。
7.根据权利要求1至4之一所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述支撑杆或所述主支撑杆的与所述发电机的转动部件连接一端的所述连接结构为：在所述支撑杆或所述主支撑杆的相应的端头设置一T形连接件，该连接件包括一管段，其管腔与所述支撑杆或所述主支撑杆端头外形相匹配，该管段的一端固联一连接部，其面积大于所述管段横截面，其端面与所述风轮的轮毂或所述发电机的转动部件的外壁形状相匹配，其上设有连接结构用于与发电机转动部件固定连接，在管段的该管内腔中插设并固定所述主支撑杆端头；和/或，
所述支撑杆或所述分支撑杆与所述叶片内侧面连接一端的所述连接结构为：在所述支撑杆或所述分支撑杆的端头设置一T形连接件，该连接件包括一管段，其管腔与所述支撑杆或所述分支撑杆端头外形相匹配，该管段的一端固联一连接部，其面积大于所述管段横截面，其端面与所述叶片的内侧面壁的形状相匹配，该连接部上设有连接结构，用以固联在叶片内侧表面上，在管段的该管内腔中插设并固定所述支撑杆或分支撑杆的所述端头。
8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述连接部上设有的连接结构为螺栓孔或螺钉孔，其上穿设螺栓或螺钉，用以使得所述支撑杆的一端固联在发电机转动部件或风轮轮毂上，另一端固联在叶片上。
9.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，两根所述分支撑杆在同一水平面上设置，使得所述分支撑杆连接在所述叶片的同一水平面上的两端。
10.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机中风轮的支撑杆结构，其特征在于，所述支撑杆与所述风轮中所述叶片的对应数量为：一个叶片与两个或多个所述支撑杆对应，当为两个该支撑杆时，两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应，通过支撑杆或所述分支撑杆构成与所述叶片内侧面两点或四角四点的连接结构；或者，当为多个该支撑杆时，其中两个该支撑杆的所述连接结构分别与所述叶片的上下两端的所述内侧面对应连接，其余该支撑杆与所述叶片上下两端之间的部分的所述内侧面对应。
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