CN102192091A - 分体式垂直轴风力发电机系统 - Google Patents

Abstract

一种分体式垂直轴风力发电机系统，它包括垂直轴发电机系统；发电机、助力加速器、发电机支架。垂直轴风力叶片系统；叶片主轴、上、下套筒、悬臂支架、升力叶片、阻力叶片、离心式减速装置、垂直轴叶片系统支架。通过联轴器将发电机系统、叶片系统连接起来。其特征是：垂直轴发电机转子通过助力加速器、联轴器与垂直轴叶片系统主轴连接，主轴外直接通过轴承连接上、下套筒，上、下套筒与悬臂支架连接，升力叶片、阻力叶片设置在悬臂支架上，悬臂支架上设置有阻力叶片转动装置和离心减速装置，所述的阻力叶片转动装置由上、下轴承组成安装在悬臂支架上，所述的离心式减速装置安装在阻力叶片的轴头上。

Description

分体式垂直轴风力发电机系统

一、技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，特别是一种分体式垂直轴风力发电机系统。

二、技术背景

利用洁净的能源(可再生能源)是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。也是一个地区环保的重要指标。洁净能源包括太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源。天不会无风、不会无太阳……风能是取之不尽、源源不断的可再生的能源。是技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。

地球风能约为2.74×109MW，可利用风能为2×107MW，是地球水能的十倍。只要利用上地球1％的风能就能满足全球能源的需要。我国探明风能理论储量为32.26亿KW，而可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5亿KW。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000小时以上就可取得较大经济利润效益。

就风能的商业利用价值来说，风力越大价值越高。地点稍有变化对发电都有很大影响，因为电能和风速的立方成正比。这意味着即使是同一台蜗轮发电机，在风速为每小时12英里时，发电量比每小时11英里的发电量高30％。风力发电的前提条件是离地面10m的风速必须达到每秒4-5m。海滨地区的风速大多超过这个数值，但越往内地，随着风力不断减弱，可生产的电能也就越少。

如何在内地风速弱的地区同样达到良好的发电效果如何能够将复杂的昂贵的风力发电系统通过不断的创新，成为简单的实用的安全的风力发电机系统，使 风力发电机低风速能够启动发电，高风速能够自我保护，使风力发电机系统成为低成本、高品质的风力发电系统是本发明的目的。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种分体式垂直轴风力发电机，首先要便于安装、维护，能够大幅度的降低垂直轴风力发电机的成本，其次要能够解决风力发电机普遍存在的低风速叶片难启动，高风速发电机过载、垂直轴风力发电机系统风桶状效应、叶片损坏、整个风力发电机系统处于危险中等问题，高风速能够实施自我保护。

本发明的目的是这样实现的：

分体式垂直轴风力发电机包括垂直轴发电机系统和垂直轴叶片系统。垂直轴发电机系统包括助力加速器、联轴器、工控机、发电机支架。垂直轴风力叶片系统包括主轴、上、下套筒、悬臂支架、升力叶片、阻力叶片、离心式减速装置、风速仪、风速传感器、垂直轴叶片系统支架。其特征是：垂直轴发电机转子通过助力加速器、联轴器与垂直轴叶片系统的主轴连接，这样的最大好处是发电机系统在安装、维护以及叶片系统在安装、维护时是分体的，安装、维护变得非常的简单、容易。通过联轴器连接之后就可以进行风力发电。叶片系统的主轴外直接通过轴承连接到上、下套筒，上、下套筒与悬臂支架进行连接，升力叶片、阻力叶片安装在悬臂支架上，悬臂支架上还设置有阻力叶片转动装置和离心减速装置，所述的阻力叶片转动装置是通过设置在阻力叶片轴的上、下轴承安装在悬臂支架上，所述的离心式减速装置由齿轮条、齿轮、拉力弹簧组成安装在阻力叶片一端的轴头上，所述的风速仪通过风速传感器将风速信息传递到工控机，由工控机根据风速的大小控制助力加速器工作。

本发明还包括这些特征：

分体式垂直轴发电机系统与垂直轴风力叶片系统是分体的，发电机系统安装在发电机支架上，叶片系统安装在叶片支架上，通过联轴器将垂直轴发电机转子与垂直轴风力叶片系统主轴连接起来。

分体式垂直轴叶片系统的主轴与上、下套筒之间设置有深沟球轴承和压力轴承，

分体式垂直轴发电机系统的助力加速器装置可以采用包括电子液压助力系统、电动助力系统、线控助力系统、电磁助力系统等，助力加速器装置的工作状态由工控机控制，助力加速器和工控机以及风速传感器的电源是蓄电池组。

分体式垂直轴风力叶片系统的升力叶片是按照一定角度固定安装在悬臂支架上的，阻力叶片设置有转动装置与离心式减速装置连接，阻力叶片转轴设定在叶片中心处，阻力叶片可以单向转动。

分体式垂直轴风力叶片系统的离心式减速装置是由齿轮、齿轮条、拉力弹簧组成，齿轮安装在阻力叶片转动轴的一端，齿轮条与弹簧连接安装在悬臂支架上，阻力叶片转动装置与离心式减速装置通过齿轮与齿轮条连接。

分体式垂直轴风力发电机的风速仪将实时的风速信息通过风速传感器提供给工控机，工控机根据预先设置的程序控制助力加速器工作。

分体式垂直轴风力发电机叶片系统的叶轮采用升力与阻力结合型，每个叶轮包括一组升力、阻力叶片，通常是升力叶片小，阻力叶片大。

分体式垂直轴风力发电机叶片系统一般由3至5个风轮组成。

四、附图说明：

图1是本发明的整体效果图。

图2是本发明的主视图(局部剖视图)。

图3是本发明的阻力叶轮、离心式减速器部位(局部视图)。

图4是本发明的阻力减速器结构图。

图5是本发明的工控机逻辑图。

图6是本发明的工控机、风速传感器、助力加速器与蓄电池连接示意图。

五、具体实施方式

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6，本发明分体式垂直轴风力发电机系统的发电机10与发电机系统支架00相连固定在地面上，发电机10与助力加速器11连接形成了分体式垂直轴风力发电机系统。通过联轴器12与分体式垂直轴的叶片系统的叶片主轴21连接。分体式垂直轴叶片系统包括叶片主轴21，升力叶片22、阻力叶片23通过悬臂支架20与上套筒26、下套筒27结合成一个叶片系统的整体。风速仪27安装在叶片主轴21上。

由图1、图2、可以看出分体式垂直轴发电机系统与垂直轴风力叶片系统是分体的，发电机系统安装在发电机支架00上，叶片系统安装在叶片支架30上，通过联轴器12将垂直轴发电机10转子与垂直轴风力叶片系统主轴21连接起来。

由图2、图3、图4分体式垂直轴风力发电机叶片系统通过叶片系统支架30支撑着叶片系统，叶片系统的主轴21外直接通过轴承连接到上套筒26、下套筒27，上套筒26、下套筒27与悬臂支架20进行连接，升力叶片22、阻力叶片23安装在悬臂支架20上，悬臂支架20上还设置有阻力叶片转动装置24和离心减速装置25，所述的阻力叶片转动装置24是通过设置在阻力叶片轴的上、下轴承安装在悬臂支架上，所述的离心式减速装置25由齿轮条32、齿轮31、拉力弹簧33组成安装在阻力叶片23一端的轴头上，

由图5可以看出分体式垂直轴风力发电机叶片系统的风速仪28将风速通过风速传感器36将风速信息传递到工控机37，由工控机37根据风速的大小控制助力加速器11工作。

由图6可以看出分体式垂直轴风力发电机的风速传感器36、工控机37以及 助力加速器11的电源，由蓄电池组38提供。

分体式垂直轴发电机系统的助力加速器装置11可以采用包括电子液压助力系统、电动助力系统、线控助力系统、电磁助力系统等，助力加速器装置11的工作状态由工控机37控制，助力加速器11和工控机37的电源是蓄电池组38。

由图2、图3、图4可以看出分体式垂直轴风力叶片系统的升力叶片22是按照一定角度固定安装在悬臂支架20上的，阻力叶片23设置有转动装置24与离心式减速装置25连接，阻力叶片23的转轴24设定在叶片中心处，阻力叶片23可以单向转动。

分体式垂直轴风力叶片系统的离心式减速装置25是由齿轮31、齿轮条32、拉力弹簧33以及齿轮条的导向模块34组成，齿轮31安装在阻力叶片23转动轴的一端，齿轮条32与弹簧33连接安装在悬臂支架20上，阻力叶片23转动装置24与离心式减速装置25通过齿轮31与齿轮条32连接。

分体式垂直轴风力发电机叶片系统的叶轮采用升力22与阻力23结合型，每个叶轮包括一组升力22、阻力23叶片，通常是升力叶片22小，阻力叶片23大。

本发明是这样工作的，当空气中有风并且风速达到1.5m/s时，风速仪27通过风速传感器36将扑捉到的风速信息传送到工控机37，工控机37启动助力加速器11工作，同时升力叶片22、阻力叶片23在风力和助力加速器11的作用下，启动发电机10工作，实现低风速启动。当风速达到或超过4m/s时，工控机37设定的程序停止助力加速器11工作，助力加速器11处于待机状态，发电机10正常工作。

当风速超过额定发电速度时，阻力叶片23连接的离心式减速器25开始工作，阻力叶片23变角，产生阻力，保证分体式垂直轴风力发电机不超过额定转速发电。

当风速达到危险速度时，工控机37根据预先设置的程序启动助力加速器11工作，由助力加速器11的固定转速对发电机10进行减速，同时阻力叶片23的离心式减速器25与助力加速器11共同工作，保证高速风力能流出分体式垂直轴风力发电机叶片系统，不会因失速形成风桶效应，对分体式垂直轴风力发电机叶片系统构成威胁。实现了分体式垂直轴风力发电机整个系统在高风速时的自我保护功能。

当风速降低，工控机37根据预先设置的程序停止助力加速器11工作，同时阻力叶片23渐渐复位。如此反复，形成一个完整的风力发电过程。

六、工业实用性：

本发明提供了一种新型的风力发系统。该风力发达系统克服了现有风力发电技术中的不足，力求做到风力发电机的简单、实用、安全、低风速能够启动发电、超风速能够自我保护。这种分体式垂直轴风力发电机能够满足我国绝大多数风力资源不太发达地区的风力发电需要。具有非常广泛的推广和使用价值。

Claims (6)

1.一种分体式垂直轴风力发电机系统，它包括垂直轴发电机系统；助力加速器、联轴器、发电机支架，垂直轴风力叶片系统；叶片主轴、上、下套筒、悬臂支架、升力叶片、阻力叶片、离心式减速装置、垂直轴叶片系统支架，发电机系统、叶片系统通过联轴器将它们连接起来，其特征是：垂直轴发电机转子通过助力加速器、联轴器与垂直轴叶片系统主轴连接，主轴外直接通过轴承连接上、下套筒，上、下套筒与悬臂支架连接，升力叶片、阻力叶片设置在悬臂支架上，悬臂支架上设置有阻力叶片转动装置和离心减速装置，所述的阻力叶片转动装置由上、下轴承组成安装在悬臂支架上，所述的离心式减速装置由齿轮条、齿轮、拉力弹簧组成安装在阻力叶片的轴头上。

2.如权力要求1所述的分体式垂直轴风力发电机，其特征是垂直轴发电机系统与垂直轴风力叶片系统是分体的，发电机系统安装在发电机支架上，叶片系统安装在叶片支架上，通过联轴器将垂直轴发电机转子与垂直轴风力叶片主轴连接起来。

3.如权力要求1所述的分体式垂直轴风力发电机，其特征是：垂直轴叶片系统的主轴与上、下套筒之间设置有深沟球轴承和压力轴承，

4.如权力要求1所述的分体式垂直轴风力发电机，其特征是：垂直轴发电机系统的助力加速器装置可以采用包括电子液压助力系统、电动助力系统、线控助力系统、电磁助力系统等，助力加速器装置与蓄电池组为电源。

5.如权力要求1所述的分体式垂直轴风力发电机，其特征是垂直轴风力叶片系统的升力叶片是按照一定角度固定安装在悬臂支架上的，阻力叶片设置有转动装置和与离心式减速装置，阻力叶片转轴设定在叶片中心处。

6.如权力要求5所述的分体式垂直轴风力发电机，其特征是离心式减速装置是由齿轮、齿轮条、弹簧组成，齿轮安装在阻力叶片转动轴的一端，齿轮条与弹簧连接安装在悬臂支架上，阻力叶片转动装置与离心式减速装置通过齿轮与齿轮条连接。

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