CN102400854A

CN102400854A - 垂直轴风力发电机

Info

Publication number: CN102400854A
Application number: CN2011103409685A
Authority: CN
Inventors: 郭晓梅; 胡树根; 徐爱群; 毛华锋; 谌忠瑞
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明公开了一种垂直轴风力发电机，包括风轮、转轴和发电机，所述风轮包括一组叶片组或至少两组呈环形均布设置的叶片组，所述每组叶片组包括至少三只相互平行且呈弧形排列的叶片，所述叶片两端分别与设置在顶端的顶盖和设置下端的底座固定连接，所述转轴的输入端与所述底座相连并与底座同步转动，所述转轴的输出端通过连接装置与所述发电机相连。本发明通过设置一组叶片组或多组呈环形均布布置的叶片组，且每组的叶片相互平行并呈弧形排列，在获得较大的升力型风能的同时，又能获得阻力型风能，因此，采用本发明的风轮既具有升力型风轮具有较高的风能利用率的优点，又兼具阻力型风轮具有较好的启动性能的特点。

Description

垂直轴风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体的涉及一种垂直型的风力发电机。

背景技术

随着能源危机越来越严重，风电作为一种清洁能源，越来越受到重视。中国风电事业发展迅猛，尤其是在十一五期间，风电行业得到了国家大力的支持，2006年我国风电装机总容量为2588兆瓦，2008年末为1212兆瓦，截止到2010年6月，中国风力发电能力为33800兆瓦。

一般来说，风力发电机可以划分为两类，即水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机，顾名思义，风轮的旋转平面与风向垂直，叶片个数一般为2至3片，叶片少的水平轴风力发电机在高速运行时具有较高的风能利用率，但起动风速较高。另一种为垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴与地面垂直。垂直轴风力发电机的优点是不需要对风，可以利用任何风轮四周的风，垂直轴风力发电机一般运用于小型风力发电，非常适合民用发电。

垂直轴风力发电机有很多种，其中研究较为广泛的两种是达里厄风轮和萨渥纽斯风轮。达里厄风轮为升力型风轮，特点是启动风速大，风能利用率高。萨渥纽斯风轮又称S型风轮，为阻力型风轮，其特点是启动风速低，风能利用率低。

申请号为CN 200910262634.3的中国专利申请公开了一种垂直型风力发电机，包括支撑柱，该支撑柱上间隔地设有上端转动件、下端转动件；由支撑柱支承的多个卷曲成形的风叶，该风叶的上端与上端转动件固定连接，该风叶的下端与下端转动件固定连接，上端转动件和下端转动件可相对于支撑柱转动；上端转向机构、下端转向机构，上端转向机构分别与上端转动件以及上驱动件接合，下端转向机构分别与下端转动件以及下驱动件接合，从而分别将上端转动件、下端转动件的在水平平面内的转动转换为上驱动件和下驱动件在垂直平面内的转动；与发电机连接的动力输出机构，由下驱动件驱动。

该垂直型风力发电机采用达里厄Φ型结构，风叶两端固定在支撑柱上，虽然从一定程度上解决了垂直风力发电主轴结构不稳的缺点，但是该垂直型风力发电机还存在启动性能差得缺陷。

申请号为CN 201010176426.4的中国专利申请公开了一种混合型垂直轴风力发电机，包括达里厄风轮、达里厄风轮连杆、转轴、S型风轮和发电机，其中所述S型风轮具有上隔板、下隔板以及S型风轮叶片，该S型风轮叶片能够在上隔板或下隔板上的叶片轨道内移动；混合垂直轴发电机还包括S型风轮自动闭合系统，其设置在S型风轮的上隔板或下隔板上，该S型风轮自动闭合系统能够根据发电机所处状态的不同而改变各S型风轮叶片之间的相对位置，进而改变S型风轮的迎风面积，实现在不改变发电机的最大启动力矩的情况下，降低其在正常运行时的阻力。

该混合型垂直轴风力发电机将达里厄风轮和S型风轮安装在同一根转轴之上，且在S型风轮上加装了一个S型风轮自动闭合装置，可以根据发电机的运行情况来改变S型叶轮叶片之间的相对位置，虽然在一定程度上降低了混合型垂直轴风力机在正常运行时的阻力，使整个系统在正常运转时可以更加高效，但是该混合型垂直轴风力发电机的S型风轮自动闭合装置结构复杂，控制不便。

基于上述现有的垂直轴风力发电机存在的缺点，本发明旨在探索一种垂直轴风力发电机，使得该垂直轴风力发电机兼具阻力型风轮较好的启动性能和升力型风轮较高的风能利用率，且结构简单，制作方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种垂直轴风力发电机，该垂直轴风力发电机不仅结构简单，而且能够兼具采用阻力型风轮的风力发电机的较好的启动性能和采用升力型风轮的风力发电机的较高的风能利用率。

为了实现上述技术目的，本发明的垂直轴风力发电机，包括风轮、转轴和发电机，所述风轮包括一组叶片组或至少两组呈环形均布设置的叶片组，所述每组叶片组包括至少三只相互平行且呈弧形排列的叶片，所述叶片两端分别与设置在顶端的顶盖和设置下端的底座固定连接，所述转轴的输入端与所述底座相连并与底座同步转动，所述转轴的输出端通过连接装置与所述发电机相连。

进一步，所述连接装置包括设置在转轴上的变速箱，所述变速箱的输出轴与发电机轴之间通过联轴器相连。

进一步，所述连接装置还包括设置在所述变速箱与底座之间的离合器。

进一步，所述发电机外设有外壳，所述转轴延伸穿过外壳与所述离合器相连，所述转轴与所述外壳之间设有由上轴承、下轴承和位于上轴承与下轴承之间的轴套组成的双轴承结构。

进一步，所述外壳上设有外壳盖。

进一步，所述叶片为机翼形叶片。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过设置一组叶片组或多组呈环形均布布置的叶片组，且每组的叶片相互平行并呈弧形排列，在获得较大的升力型风能的同时，又能获得阻力型风能，因此，采用本发明的风轮既具有升力型风轮具有较高的风能利用率的优点，又兼具阻力型风轮具有较好的启动性能；

2、通过在转轴和发电机之间设置变速箱和离合器，变速箱能够将风轮的转速增加或降低为发电机需要的转速，且当风速过大时，断开离合器能有效保护发电机不受损害；

3、通过在转轴与外壳之间设置装轴承结构，可使转轴运行更加平稳；

4、将叶片设置为机翼形叶片，不仅能够获得较高的风能转化率，而且叶片采用机翼形叶片，同一组叶片组相邻两叶片之间形成风道，风道的中间部分较其两端窄，形成半风道式风叶结构，进一步提高风能利用率。

附图说明

图1为本发明垂直轴风力发电机第一实施例的结构示意图；

图2为第一实施例垂直轴风力发电机的主视图；

图3为第一实施例垂直轴风力发电机叶轮叶片布置图；

图4为本发明垂直轴风力发电机第二实施例的叶轮叶片布置图；

图5为本发明垂直轴风力发电机第三实施例的叶轮叶片布置图。

附图标记说明：

1-顶盖；2-叶片；3-底座；4-轴套；5-外壳；6-联轴器；7-发电机；8-变速箱；9-离合器；10-下轴承；11-上轴承；12-轴承盖；13-外壳盖；14-转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

第一实施例

如图1所示，为本发明垂直轴风力发电机第一实施例的结构示意图，本实施例的垂直轴风力发电机包括风轮、转轴14和发电机7，风轮包括一组叶片组或至少两组呈环形均布设置的叶片组，每组叶片组包括至少三只相互平行且呈弧形排列的叶片2，叶片2两端分别与设置在顶端的顶盖1和设置下端的底座3固定连接，转轴14的输入端与底座3相连接并与底座3同步转动，转轴14的输出端通过连接装置与发电机7相连。本实施例的风轮包括两个呈环形均布设置的叶片组，每组叶片组包括5只叶片2，5只叶片之间相互平行布置且5只叶片2之间排列成弧形，如图3所示。

本实施例通过设置两组呈环形均布布置的叶片组，且每组的叶片2相互平行并呈弧形排列，在获得较大的升力型风能的同时，又能获得阻力型风能，因此，采用本实施例的风轮既具有升力型风轮较高的风能利用率的优点，又兼具阻力型风轮具有较好的启动性能。

作为本实施例的一种改进，连接装置包括设置在转轴14上的变速箱8，变速箱8的输出轴与发电机轴之间通过联轴器6相连，通过设置变速箱8能将风轮较快/较慢的转速降低/增加为发电机7所需的转速进行发电。

作为本实施例的一种改进，连接装置还包括设置在变速箱8与底座3之间的离合器9，通过设置离合器9，当风力较大，风力转速过快时，断开离合器能有效保护发电机7不受损害。

作为本实施例的一种改进，发电机7外设有外壳5，转轴14延伸穿过外壳5与离合器9相连，转轴14与外壳5之间设有由上轴承11、下轴承10和位于上轴承11与下轴承10之间的轴套4组成的双轴承结构，发电机7固定安装在外壳5内，如图2所示。通过设置双轴承结构，可使转轴运行更加平稳。优选的，外壳5上设有外壳盖13，通过设置外壳13能够便于发电机7和外壳5内的其他装置的维护。

作为本实施例的一种改进，所述叶片2采用机翼形叶片，将叶片2设置为机翼形叶片，不仅能够获得较高的风能转化率，而且叶片3采用机翼形叶片，同一组叶片组相邻两叶片之间形成风道，风道的中间部分较其两端窄，形成半风道式风叶结构，进一步提高风能利用率。

第二实施例

如图4所示，为本发明垂直轴风力发电机第二实施例的叶轮叶片布置图，本实施例的叶轮包括一组叶片组，该叶片组包括3只叶片2，每只叶片2之间呈平行设置，3只叶片2不在一条直线上且布置成弧形。

本实施例通过设置一组叶片组，且叶片2相互平行并呈弧形排列，在获得较大的升力型风能的同时，又能获得阻力型风能，因此，采用本实施例的风轮既具有升力型风轮较高的风能利用率的优点，又兼具阻力型风轮具有较好的启动性能。

本实施例的其他结构与第一实施例相同，不再一一累述。

第三实施例

如图5所示，为本发明垂直轴风力发电机第三实施例的叶轮叶片布置图，本实施例的叶轮包括三组呈环形均布布置的叶片组，每个叶片组包括7只相互平行设置的叶片2，每个叶片组的7只叶片2排列为弧形。

本实施例通过设置三组叶片组，且每组叶片组的7只叶片2相互平行并呈弧形排列，在获得较大的升力型风能的同时，又能获得阻力型风能，因此，采用本实施例的风轮既具有升力型风轮较高的风能利用率的优点，又兼具阻力型风轮具有较好的启动性能。

本实施例的其他结构与第一实施例相同，不再一一累述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.垂直轴风力发电机，包括风轮、转轴和发电机，其特征在于：所述风轮包括一组叶片组或至少两组呈环形均布设置的叶片组，所述每组叶片组包括至少三只相互平行且呈弧形排列的叶片，所述叶片两端分别与设置在顶端的顶盖和设置下端的底座固定连接，所述转轴的输入端与所述底座相连并与底座同步转动，所述转轴的输出端通过连接装置与所述发电机相连。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述连接装置包括设置在转轴上的变速箱，所述变速箱的输出轴与发电机轴之间通过联轴器相连。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述连接装置还包括设置在所述变速箱与底座之间的离合器。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述发电机外设有外壳，所述转轴延伸穿过外壳与所述离合器相连，所述转轴与所述外壳之间设有由上轴承、下轴承和位于上轴承与下轴承之间的轴套组成的双轴承结构。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述外壳上设有外壳盖。

6.根据权利要求1-5任一项所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述叶片为机翼形叶片。