CN103161690A - 一种外挂式垂直轴风力发电机的传动结构和该风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外挂式垂直轴风力发电机的传动结构和该风力发电机，该传动结构包括塔柱，轮毂，还包括：大齿轮，小齿轮，增速齿轮箱以及发电机；其中：大齿轮固定于轮毂上，大齿轮与轮毂的旋转轴线相同；增速齿轮箱固定连接于塔柱上，该增速齿轮箱包含低速轴和高速轴；小齿轮与增速齿轮箱的低速轴同轴连接，并与大齿轮啮合；发电机固定连接于塔柱上，与增速齿轮箱的高速轴同轴连接。该风力发电机包括：数个支撑杆，数个垂直叶片；其中：支撑杆的一端与轮毂的外侧连接，另一端与垂直叶片相连；还包括上述传动结构。

Description

一种外挂式垂直轴风力发电机的传动结构和该风力发电机

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机领域，尤其涉及外挂式垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发电机按照旋转轴的方向分为水平轴和垂直轴两种。因水平轴风力发电机组的大部分部件都在高空，对塔架强度、抗风等要求高，所需成本较高，且受风力的大小、方向等诸多限制，发电效率低下。而垂直轴风力发电机因其高效、功率大和便于安装使用等特点，愈来愈受到人们的重视。

中国发明申请案201110035028.5提出了一种垂直轴盘式发电机，包括一风轮，其可转动地固设在一中心塔柱上，所述风轮上设有若干叶片，在所述风轮和塔柱之间设置发电机组，该发电机的定子部分环绕设置在塔柱上，转子部分设置在所述定子部分的外周，并与风轮的轮毂固联。该风力发电机的风轮为垂直叶片风轮，其中的叶片通过两根或多根支撑杆连接到风轮中的轮毂上，所述轮毂的至少一个与所述风力发电机的转子相连接，另外的所述轮毂与所述中心塔柱可转动地连接。其发电机的定子固定嵌于塔柱，而转子围绕塔柱中心旋转，转子外侧和支撑杆连接，叶片通过支撑杆带动转子转动。该发电机是一个外转子电机，转子包围定子并通过主轴承旋转。

但上述电机的转子部分的重量需要通过推力轴承克服重力来进行支撑。对于大型电机转子重量较大时，通过推力轴承来进行支撑会使得摩擦力较大，降低轴承的使用寿命。

针对上述问题，中国发明申请案201110035028.5提出了一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构，其中采用了两组或两组以上的磁悬浮支撑组件，分别安装于定子、转子之间，相互推斥，形成推力，以分别克服定子、转子的重力，从而减小转子的旋转阻力矩。该磁悬浮部件，采用多环支撑方式，即沿径向由多块永磁体按照极性交错排列布置于环形轭铁的上面或下面，形成沿径向永磁体极性交错排列的永磁体多环层，从而形成推斥力，从而消除机械摩擦力，延长轴承的使用寿命。

然而上述发明仍然采用的是一个定子固定嵌于塔柱，转子围绕塔柱旋转的外转子发电机的结构，对于大功率风力发电机来说，其转子转动速度和风轮速度一样，速度较慢。而且发电机体积庞大，仅设置磁悬浮支撑组件，就需要花费相当大的人力及时间，因此重量较重，成本较高。此外，由于转子围绕塔柱旋转，所以转子是一个回转体。为了保证机械性能，一般来说该回转体为整体结构，所以一旦发电机内部发生故障，在高空将很难进行维修。如果需要把发电机拆下维修，首先需要拆除外部风轮，再拆除发电机上部的塔柱后，才能把发电机吊下，导致维修成本极高。

发明内容

本发明有鉴于上述缺陷，提出了一种改良的垂直轴风力发电机。其利用一种齿轮传动结构，摒弃了上述现有技术中的庞大的磁悬浮支撑结构和定转子结构，改进了现有的直驱型垂直轴风力发电机成本过高和可维护性较差的缺点，通过将齿轮系统与发电机相连，从而将风能传送至该发电机。本发明提出的具体技术方案如下：

一种外挂式垂直轴风力发电机的传动结构，包括塔柱，轮毂，其中，塔柱固定于地面建筑上，轮毂可旋转地安装在塔柱上；该传动结构还包括：大齿轮，小齿轮，增速齿轮箱以及发电机；其中：

大齿轮固定于轮毂上，大齿轮与轮毂的旋转轴线相同；

增速齿轮箱固定于塔柱上，该增速齿轮箱包含低速轴和高速轴；

小齿轮与增速齿轮箱的低速轴同轴连接，并与大齿轮啮合；

发电机固定于塔柱上，与增速齿轮箱的高速轴同轴连接。

同轴连接的含义为同一根轴，或者在同一轴线上，一根轴分为两段，两段绞连在一起，两根轴同步转动。

进一步，大齿轮为外齿轮，小齿轮在大齿轮的外侧啮合传动。

进一步，大齿轮为内齿轮，小齿轮在大齿轮的内侧啮合传动。

进一步，小齿轮的转轴与增速齿轮箱的低速轴为同一根轴。

进一步，发电机的转子轴与增速齿轮箱的高速轴为同一根轴。

进一步，小齿轮为两组或两组以上，均匀分布于圆周方向，增速齿轮箱和发电机的数量与小齿轮的数量相同。

一种外挂式垂直轴风力发电机，包括数个支撑杆，数个垂直叶片，每个支撑杆的一端与轮毂的外侧连接，支撑杆的另一端与垂直叶片相连；还包括以上所述的传动结构。

进一步，所述的支撑杆的数量为两个或两个以上，均匀分布于轮毂的圆周方向；垂直叶片的数量与支撑杆的数量相同。

进一步，所述的发电机包括上下排列的两组或两组以上传动结构。

进一步，所述的传动机构为两组或两组以上。

进一步，每组传动结构的支撑杆的数量为两个或两个以上，均匀分布于轮毂的圆周方向；每组传动结构的垂直叶片的数量与支撑杆的数量相同。

进一步，上层传动结构的每个支撑杆分别与下层传动结构的每个支撑杆相互对应，并位于同一垂直面内，上层传动结构的支撑杆的末端与对应的下层传动结构的支撑杆的末端分别固定在同一个垂直叶片上。

由于采用了增速齿轮箱，使得发电机转速提高，显著降低了发电机的制造成本，进而降低整个风力发电机成本。

由于增速齿轮箱、发电机等相对容易出故障的部件均位于塔柱外侧，并且重量相对较轻，方便维护、拆卸和更换，提高了风力发电机组可维护性和可靠性。

附图说明

图1为采用根据本发明的实施例1的垂直轴风力发电机的侧面示意图；

图2为采用根据本发明的实施例1的垂直轴风力发电机的俯视示意图；

图3为采用根据本发明的实施例2的垂直轴风力发电机的侧面示意图；

图4为采用根据本发明的实施例2的垂直轴风力发电机的俯视示意图；

图5为采用根据本发明的实施例3的垂直轴风力发电机的侧面示意图；

图6为采用根据本发明的实施例4的垂直轴风力发电机的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合图1、图2所示，说明采用本发明的一个实施例1。

图中的垂直轴风力发电机主体结构主要由1个塔柱1、1个轮毂21、2个主轴承22、1个大齿轮23、2个小齿轮31、2个增速齿轮箱33、2个发电机4、3个支撑杆5以及3个垂直叶片6组成。

由上述塔柱、轮毂、大齿轮、小齿轮、增速齿轮箱和发电机组成一套传动系统。

塔柱1是整个垂直轴风力发电机的旋转中心，其固定于地面建筑上，其轴线和垂直叶片6的旋转中心同轴。

轮毂21是一个圆环型结构件，轮毂21通过2个主轴承22支撑于塔柱1，并围绕塔柱1的中心轴线旋转。轮毂21的外侧连接风力发电机的支撑杆5，支撑杆5的另一端连接垂直叶片6。支撑杆5在叶片6的驱动下带动轮毂21围绕塔柱1的中心轴线旋转。

1个大齿轮23、2个小齿轮31和2个增速齿轮箱33组成一套增速传动机构，该增速机构把1个轮毂21上的低速大扭矩转变为2个发电机4转轴上的高速小扭矩，分配到2个发电机4上的扭矩和功率基本一样。

大齿轮23为环状，和塔柱1同轴，并在塔柱1的外部，固定安装于轮毂21之上，并和轮毂21一起旋转。大齿轮23采用外齿结构，即齿轮的齿位于齿轮环的外侧。

2个小齿轮31在大齿轮的外侧，对称均匀分布于圆周方向，2个小齿轮同时和1个大齿轮23啮合，小齿轮也为外齿结构，其轴线为垂直轴线，该轴线位于塔柱外侧。该小齿轮31与增速齿轮箱33的低速轴32同轴连接。大齿轮23旋转带动两个小齿轮31旋转，并把扭矩传入增速齿轮箱33的低速轴32。

增速齿轮箱33位于塔柱1的外部，并固定连接于塔柱1，其低速轴32和高速轴34均为垂直轴，低速轴32与小齿轮31同轴连接，高速轴34与发电机4的转子同轴连接。增速齿轮箱33与小齿轮31的数量相同，也是2个，180度对称分布。

发电机4位于塔柱1的外部，并固定连接于塔柱1，其转子和所增速齿轮箱高速轴34同轴连接。发电机4的数量和小齿轮31的数量相同，也为2个。

需要说明的是，在实施例1中，小齿轮31的转轴与增速齿轮箱33的低速轴32为同一根轴。发电机4的转子轴与增速齿轮箱33的高速轴34为同一根轴。

如图3、图4所示的是采用本发明的另一个实施例2。图中的大齿轮23采用了内齿结构，即齿轮的齿位于齿轮环的内侧，2个小齿轮31在大齿轮的内侧与之啮合。其它结构和实施例1基本相同。

如图5所示的是采用本发明的另一个实施例3。图中的垂直轴风力发电机采用了上下两层排列的支撑杆结构。除了采用同一个塔柱外，上、下两层采用了两套相同的，如实施例1所示的传动系统，分别和上、下两层支撑杆连接。每套传动系统中均包括有塔柱、轮毂、大齿轮、小齿轮、增速齿轮箱和发电机。

图5所示的是上层的每个支撑杆5分别与下层的每个支撑杆5相互对应，并位于同一垂直面内，上层支撑杆5的末端与对应的下层支撑杆5的末端分别固定在同一个垂直叶片6上。

当然，上、下层支撑杆5也可以分别连接各自的垂直叶片，而不共用同一个垂直叶片6。

实际上，如果支撑杆有多层的话，则相应地可以在垂直方向上和支撑杆对应地布置多套相同的传动系统。

如图6所示的是采用本发明的另一个实施例4。图中给出的一套传动和发电机系统中，1个外齿结构的大齿轮带动了3个沿圆周方向均布的小齿轮，3个小齿轮分别与3个齿轮箱低速轴连接，3个齿轮箱高速轴再分别连接3个发电机。这种结构和实施例1相比较，小齿轮的个数从2个增加为3个，增速箱、发电机也相应地从2个增加为3个。实际上，大齿轮带动的小齿轮数可以是1个或1个以上。2个以上(包括2个)小齿轮对称分布。

当然，也可以采用内齿结构的一个大齿轮带动3个小齿轮，3个小齿轮在大齿轮的内侧与之啮合。其它结构与实施例4基本相同。

以上对本发明所提供的一种用于垂直轴风力发电机组的传动结构和该风力发电机进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对本发明作出多种的改动，很明显，这些改动都将落入本发明专利权的范围内。

Claims (11)

1.一种外挂式垂直轴风力发电机的传动结构，包括塔柱(1)，轮毂(21)，其中，塔柱(1)固定于地面建筑上，轮毂(21)可旋转地安装在塔柱(1)上；其特征在于，该传动结构还包括：大齿轮(23)，小齿轮(31)，增速齿轮箱(33)以及发电机(4)；其中：

大齿轮(23)固定于轮毂(21)上，大齿轮(23)与轮毂(21)的旋转轴线相同；

增速齿轮箱(33)固定于塔柱(1)上，该增速齿轮箱(33)包含低速轴(32)和高速轴(34)；

小齿轮(31)与增速齿轮箱(33)的低速轴(32)同轴连接，并与大齿轮(23)啮合；

发电机(4)固定于塔柱(1)上，与增速齿轮箱(33)的高速轴(34)同轴连接。

2.如权利要求1所述的传动结构，其特征在于，大齿轮(23)为外齿轮，小齿轮(31)在大齿轮(23)的外侧啮合。

3.如权利要求1所述的传动结构，其特征在于，大齿轮(23)为内齿轮，小齿轮(31)在大齿轮(23)的内侧啮合。

4.如权利要求1所述的传动结构，其特征在于，小齿轮(31)的转轴与增速齿轮箱(33)的低速轴(32)为同一根轴。

5.如权利要求1所述的传动结构，其特征在于，发电机(4)的转子轴与增速齿轮箱(33)的高速轴(34)为同一根轴。

6.如权利要求1-5中任一项所述的传动结构，其特征在于，小齿轮(31)为两组或两组以上，均匀分布于圆周方向，增速齿轮箱(33)和发电机(4)的数量与小齿轮(31)的数量相同。

7.一种外挂式垂直轴风力发电机，包括数个支撑杆(5)，数个垂直叶片(6)，每个支撑杆(9)的一端与轮毂(21)的外侧连接，支撑杆(9)的另一端与垂直叶片(6)相连；其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的传动结构。

8.如权利要求7所述的发电机，其特征在于，所述的支撑杆(5)的数量为两个或两个以上，均匀分布于轮毂(21)的圆周方向；垂直叶片(6)的数量与支撑杆(5)的数量相同。

9.如权利要求7所述的发电机，其特征在于，所述的发电机包括上、下排列的两组或两组以上传动结构。

10.如权利要求9所述的发电机，其特征在于，每组传动结构的支撑杆(5)的数量为两个或两个以上，均匀分布于轮毂(21)的圆周方向；每组传动结构的垂直叶片(6)的数量与支撑杆(5)的数量相同。

11.如权利要求9所述的发电机，其特征在于，上层传动结构的每个支撑杆(5)分别与下层传动结构的每个支撑杆(5)相互对应，并位于同一垂直面内，上层传动结构的支撑杆(5)的末端与对应的下层传动结构的支撑杆(5)的末端分别固定在同一个垂直叶片(6)上。

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