CN102410147B

CN102410147B - 垂直轴式风机塔顶装置及垂直轴式风力发电机

Info

Publication number: CN102410147B
Application number: CN2011104480042A
Authority: CN
Inventors: 丁开俊; 裘乐天; 王汝藩
Original assignee: WENZHOU OUTELAI TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN102410147A

Abstract

本发明公开了一种垂直轴式风机塔顶装置及垂直轴式风力发电机，该垂直轴式风机塔顶装置包括：转筒，沿其外周排列有安装长形风兜的上悬臂和下悬臂；塔顶架，具有向地面延伸的中心传动轴；回转轴承，包括与转筒固定连接的外保持圈和与塔架固定连接的内保持圈，以及增速传动机构，包括在内保持圈上形成的齿圈、在中心传动轴上设置的中心齿轮、以及在齿圈和中心齿轮之间过渡传动的至少一过渡齿轮。在本发明中，转筒和塔顶之间形成由齿圈和中心齿轮之间形成的增速传动机构，该增速传动机构在高度方向上结构紧凑，塔顶和中心传动轴受力合理，解决了如何将垂直风机的动力传递至地面的难题。

Description

垂直轴式风机塔顶装置及垂直轴式风力发电机

技术领域

本发明涉及一种垂直轴式风机塔顶装置及垂直轴式风力发电机。

背景技术

目前，已商业化的风机均是水平横轴式风机，其典型特征是桨叶围绕水平横轴转动，由于风能利用率很低，要获得足够的发电功率，桨叶半径均非常大，造成设备造价高，安装、维护困难、维修费用大，同时风机的使用寿命较短，使得电价居高不下。

与水平横轴式风力发电机相比，采用长形兜体的垂直轴式风力发电机其风能利用率显著提高，并且在长形兜体采用对称打开的结构后，解决了风大停机或风机风速控制的难题，使得垂直轴式风力发电机商业化成为可能。

在新开发的大功率的垂直风机中，由于垂直风机的转速比较慢，垂直风机的功率比较大，例如100kw～1000kw，技术人员遇到了如何将垂直风机的动力传递至地面的难题，造成现有技术的垂直风机的功率都比较小，没有实现商业化可并网发电的垂直轴式风力发电机可供参考或借鉴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直轴式风机塔顶装置及垂直轴式风力发电机，能够以紧凑的结构将风机动力传递至地面。

为此，本发明提供了一种垂直轴式风机塔顶装置，包括：塔顶架，其内部支撑有朝向地面延伸的中心传动轴；转筒，位于塔顶架的顶部，其上具有用于安装长形风兜的悬臂；回转轴承，包括与转筒固定连接的外保持圈和与塔顶架固定连接的内保持圈，以及增速传动机构，包括在内保持圈上形成的齿圈、在中心传动轴上设置的中心齿轮、以及在齿圈和中心齿轮之间过渡传动的至少一过渡齿轮。

进一步地，上述垂直轴式风机塔顶装置还包括通过传动齿轮与齿圈啮合传动的刹车机构。

进一步地，上述垂直轴式风机塔顶装置还包括与各长形风兜相连并且控制各长形风兜启闭的拉杆、在转筒中水平设置的驱动盘、以及设置在转筒上并驱动驱动盘相对转筒转动的电机，其中，驱动盘的盘面上设有螺旋导轨，各拉杆伸入转筒的内腔中并且具有与驱动盘的螺旋导轨传动配合的导槽。

进一步地，上述电机的输出轴上设有齿轮，驱动盘的盘面上设有与齿轮啮合传动的齿圈。

进一步地，上述沿驱动盘的圆周上设有用于在下方支撑驱动盘的多个支撑辊和用于在上方压下施压驱动盘的多个定位压辊。

进一步地，上述中心传动轴的位于塔顶架中的部位设有引入电源的第一电刷机构，中心传动轴的位于转筒的部位设有引出电源的第二电刷机构，其中，第二电刷机构与电机电连接。

进一步地，上述悬臂包括上悬臂和下悬臂，上述转筒包括安装上悬臂的上转筒体和安装下悬臂的下转筒体，其中，上悬臂和下悬臂成对使用。

进一步地，上述成对使用的上悬臂和下悬臂之间呈V形配置，并且上悬臂和下悬臂均为桁架结构。

进一步地，上述至少一过渡齿轮围绕中心齿轮环形均布。

根据本发明的另一方面，提供了一种垂直轴式风力发电机，包括塔顶装置和安装在塔顶装置上的长形风兜，该塔顶装置为上面所描述的垂直轴式风机塔顶装置。

在本发明中，转筒和塔顶之间形成由齿圈和中心齿轮之间形成的增速传动机构，该增速传动机构在高度方向上结构紧凑，塔顶和中心传动轴受力合理，解决了如何将垂直风机的动力传递至地面的难题。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明的垂直轴式风机塔顶装置的结构示意图；

图2是图1所示垂直轴式风机塔顶装置的内部结构示意图；以及

图3是图2所示垂直轴式风机塔顶装置的驱动盘和拉杆之间的配合关系。

附图标记说明

10转筒 20长形风兜

11上悬臂 12下悬臂

30塔顶架 31中心转动轴

40回转轴承 41外保持圈

42内保持圈 50增速传动机构

51齿圈 52中心齿轮

53过渡齿轮 60刹车机构

61传动齿轮 70拉杆驱动机构

71拉杆 72驱动盘

73电机 721螺旋导轨

711导槽 731齿轮

722齿圈 74支撑辊

75定位压辊 81第一电刷机构

82第二电刷机构 13上转筒体

14下转筒体 90恒速装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1示出了根据本发明的垂直轴式风机塔顶装置的结构示意图；图2是图1所示垂直轴式风机塔顶装置的内部结构示意图。如图1和图2所示，垂直轴式风机塔顶装置包括：转筒10，沿其外周排列有安装长形风兜20的上悬臂11和下悬臂12；塔顶架30，具有向地面垂直延伸的中心传动轴31；回转轴承40，包括与转筒固定连接的外保持圈41和与塔架固定连接的内保持圈42，以及增速传动机构50，包括在内保持圈上形成的齿圈51、在中心传动轴31上设置的中心齿轮52、以及在齿圈51和中心齿轮52之间过渡传动的至少一过渡齿轮53。

本发明的垂直轴式风机塔顶装置的工作原理如下：转筒10在长形兜体20的驱动下旋转，带动齿圈51转动，该齿圈51通过至少一过渡齿轮53向中心齿轮52传递动力，由中心齿轮52带动中心转动轴31向下传递动力，实现增速减扭。

再如图2所示，垂直轴式风机塔顶装置还包括刹车机构60，该刹车机构60通过传动齿轮61与内齿圈51实现啮合。通过设置内齿圈51，不仅易于实现增速传动，还易于实现转筒10的刹车。

图3是图2所示垂直轴式风机塔顶装置的驱动盘和拉杆之间的配合关系，结合参照图2和图3，垂直轴式风机塔顶装置还包括拉杆驱动机构70，该拉杆驱动机构70包括与控制长形风兜20启闭的恒速装置90连接的拉杆71、在转筒10中水平设置的驱动盘72、以及驱动驱动盘72转动的电机73，其中，驱动盘72的盘面上设有螺旋导轨721，各拉杆71伸入转筒10的内腔中并且具有与驱动盘72的螺旋导轨721传动配合的导槽711。

其中，电机73的输出轴上设有齿轮731，驱动盘72的盘面上设有与齿轮731啮合传动的齿圈722。

拉杆驱动机构70的工作过程如下：当需要打开长形兜体20时，电机驱动驱动盘72沿预定方向转动，拉杆71向转筒10外伸出，消除长形兜体20打开的阻力，长形兜体20在风力的作用下打开，以及时放走多余风能；当需要闭合长形兜体20时，电机驱动驱动盘72沿预定方向的反方向转动，拉杆71向转筒10内回缩移动，增加长形兜体20打开的阻力，长形兜体20逐渐闭合。

长形兜体优选采用对称打开方式，该长形兜体的结构在中国发明专利说明书(申请号201010566629.7)中有详细描述，其全部内部结合于此供参考。

采用上述拉杆驱动机构70可实现拉杆缓慢移动，非常符合长形兜体的启闭要求。另外拉杆驱动机构70结构较简单，可以满足多个拉杆例如5～9个拉杆同时启闭的要求。

优选地，驱动盘72的圆周上均布有多个支撑辊74和定位压辊75，以此可水平转动地设置在转筒10的内腔中，该驱动盘72的安装方式具有结构简单、便于拆卸维护的优势。

优选地，中心传动轴31的下端(位于塔顶架中)设有引入电源的第一电刷机构81，中心传动轴31的上端设有引出电源的第二电刷机构82，其中，该第二电刷机构82与电机73电连接。进一步优选地，中心转动轴31为空心轴，连接第一电刷机构81和第二电刷机构82的电源导线从中穿过。

优选地，上述转筒10包括安装上悬臂11的上转筒体13和安装下悬臂12的下转筒体14，其中，上转筒体13和下转筒体14设置成使上悬臂11和下悬臂12能够成对使用，以连接同一长形风兜。进一步地优选地，上悬臂11和下悬臂12呈V形张开，如此可减小转筒的高度，进而增加塔架的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，包括：

塔顶架（30），其内部支撑有朝向地面延伸的中心传动轴（31），所述中心传动轴（31）为空心轴；

转筒（10），位于所述塔顶架（30）的顶部，其上具有用于安装长形风兜（20）的悬臂；

回转轴承（40），包括与所述塔顶架（30）固定连接的外保持圈（41）和与所述转筒（10）固定连接的内保持圈（42），以及

增速传动机构（50），包括在所述内保持圈（42）上形成的齿圈（51）、在所述中心传动轴（31）上设置的中心齿轮（52）、以及在所述齿圈（51）和所述中心齿轮（52）之间过渡传动的至少一过渡齿轮（53）。

2.根据权利要求1所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，还包括通过传动齿轮（61）与所述齿圈（51）啮合传动的刹车机构（60）。

3.根据权利要求1所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，还包括与各所述长形风兜（20）相连并控制各所述长形风兜（20）启闭的拉杆（71）、在所述转筒（10）中水平设置的驱动盘（72）、以及设置在所述转筒（10）上并驱动所述驱动盘（72）相对所述转筒（10）转动的电机（73），其中，所述驱动盘（72）的盘面上设有螺旋导轨（721），各所述拉杆（71）伸入所述转筒（10）的内腔中并且具有与所述驱动盘（72）的螺旋导轨（721）传动配合的导槽（711）。

4.根据权利要求3所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，所述电机（73）的输出轴上设有齿轮（731），所述驱动盘（72）的盘面上设有与所述齿轮（731）啮合传动的齿圈（722）。

5.根据权利要求3所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，沿所述驱动盘（72）的圆周上设有用于在下方支撑所述驱动盘（72）的多个支撑辊（74）和用于在上方向下施压所述驱动盘（72）的多个定位压辊（75）。

6.根据权利要求3所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，所述中心传动轴（31）的位于所述塔顶架（30）中的部位设有引入电源的第一电刷机构（81），所述中心传动轴的位于所述转筒（10）的部位设有引出电源的第二电刷机构（82），其中，所述第二电刷机构（82）与所述电机（73）电连接。

7.根据权利要求1所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，所述悬臂包括上悬臂（11）和下悬臂（12），所述转筒（10）包括安装所述上悬臂（11）的上转筒体（13）和安装所述下悬臂（12）的下转筒体（14），其中，所述上悬臂（11）和下悬臂（12）成对使用。

8.根据权利要求7所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，所述成对使用的上悬臂（11）和下悬臂（12）之间呈V形配置，并且所述上悬臂（11）和下悬臂（12）均为桁架结构。

9.根据权利要求1所述的垂直轴式风机塔顶装置，其特征在于，所述至少一过渡齿轮围绕所述中心齿轮环形均布。

10.一种垂直轴式风力发电机，包括塔顶装置和安装在所述塔顶装置上的长形风兜（20），其特征在于，所述塔顶装置为权利要求1-9中任一项所述的垂直轴式风机塔顶装置。