CN103266993A - 一种垂直轴风力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴风力发电装置，它包括由叶片构成的第一叶片组、供叶片沿其旋转的供转件、将叶片活动安装到供转件上的连接体和发电机，在风力作用下，叶片绕所述供转件转动驱动所述发电机发电，所述供转件为环形轨道。本发明的叶片支撑在环形轨道上并绕环形轨道转动，而非现有技术中支撑在一根垂直轴转动上，所以本发明的风力发电装置的规模可以做的很大，一方面有利于提高该风力发电装置的发电效率，另一方面，由于叶片的实际运作空间只是从叶片到环形轨道这个环形区域，环形轨道内侧由于没有设置任何障碍，所以可以方便的将本发明的风力发电装置套装在一些建筑物的外围，使其很好的与建筑物融合在一起，有效的扩大了风力发电装置的安装使用范围。

Description

一种垂直轴风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电装置技术领域，具体涉及一种新型结构的垂直轴风力发电装置。 

背景技术

现有技术中的垂直轴风力发电装置大都如图1所示，包括由叶片1、连接体、垂直支撑轴3、发电机4，叶片1通过连接体活动安装在垂直支撑轴3上，可绕垂直支撑轴3旋转。垂直支撑轴3此处即为供叶片1沿其旋转的供转件。连接体由轮毂5、6和连接件2组成，轮毂5、6套装在垂直支撑轴3上，叶片1通过横向或倾斜的连接件2固定在所述轮毂5、6。发电机4与轮毂6相连，叶片1在风力作用转动，通过轮毂6驱动发电机4产生电能。 

上述结构的垂直轴风力发电装置存在运作空间太大的缺点，从叶片1到垂直支撑轴3的距离通常有数米，在该空间内，由于设置有连接件2，完全不能被利用，且难以与建筑融合，如只能设置在建筑顶层的空旷区域，限制了风力发电装置的安装范围。另外，由于现有技术中的风力发电装置的叶片都是支撑在其中心的垂直支撑轴上的，这种结构限制了现有风力发电装置的尺度，使现有的风力发电装置不可能做得很大。这里因为，现有技术中风力发电装置的这种结构，如果做得太大，偏心问题会比较严重，易引发安全问题。还有，现有结构的垂直轴风力发电装置对风速要求相对较高，在低风速时难以捕捉能量。 

发明内容

  本发明所要解决的技术问题是，提供一种能更好的与建筑相融合的新型结构的垂直轴风力发电装置，该新型结构的垂直轴风力发电装置，能有效提高风力发电装置的空间利用率，扩大风力发电装置的安装使用范围。 

  本发明解决其技术问题采取的技术手段如下：一种垂直轴风力发电装置，包括由叶片构成的第一叶片组、供叶片绕其旋转的供转件、将叶片活动安装到供转件上的连接体和发电机；在风力作用下，叶片绕所述供转件转动驱动所述发电机发电，其特征在于，所述供转件为环形轨道。环形轨道通常是固定构件，起到通过连接体滑动支撑叶片组的作用。 

  由于本发明的叶片绕环形轨道转动，环形轨道内侧由于没有设置任何障碍，使本发明除可以安装在空旷区域外，还可以套装在一些建筑物的外围，并且由于本发明的叶片是支撑在环形轨道上的，所以本发明的风力发电装置的规模可以做的很大，也使其能更方便的与建筑相融合，便于扩大风力发电装置的安装使用范围，也便于改善风力发电装置的空间利用率。 

  所述叶片数量不少于两个，叶片绕所述环形轨道均匀分布。 

  所述叶片处于在所述环形轨道的内侧或外侧。 

  所述环形轨道数量为一个以上，环形轨道之间上下同轴分布，所述环形轨道处于所述叶片组的中部或/和上部或/和下部。 

  所述连接体呈环形，第一叶片组中的叶片均匀的固定在连接体的内侧或外侧，所述环形轨道为圆环形轨道，所述连接体上设置有与所述圆环形轨道相配合的匹配结构，所述连接体通过所述匹配结构支撑在所述圆环形轨道上，在风力作用下连接体沿所述圆环形轨道旋转。所述的匹配结构包括滚珠、滚轴、液体、齿轮或其他滑动连接构件。 

  所述风力发电装置还包括支撑体，所述支撑体由一根以上的垂直支撑轴构成，所述垂直支撑轴沿所述圆环形轨道分布，所述圆环形轨道固定在所述垂直支撑轴上。 

所述风力发电装置通过其环形轨道套装在建筑物的外围。所述建筑物通过外挑构建，包括挑梁、挑板、牛腿或预埋件安装并约束供转件，或者建筑物本身即融合了供转件。相当于在本发明所述的大型垂直轴风力发电装置内部构件建筑物，上述发电装置在建筑物外围运行，不影响其内部建筑物的使用。 

  作为本发明的可选实施方式，所述连接体及所述发电机的驱动轴上设有相配合的齿槽结构，在风力作用下，连接体随第一叶片组转动，通过上述齿槽结构驱动发电机的驱动轴旋转，带动发电机发电。作为本发明的另一种可选实施方式，所述连接体的外围套有皮带，在风力作用下，连接体随第一叶片组转动，通过所述皮带驱动发电机的驱动轴旋转，带动发电机发电。 

所述发电机的转子与所述连接体同轴设置并随其转动，在风力作用下，与发电机的定子配合作切割磁力线运动发电。 

在所述连接体上设置磁体构成所述发电机的定子，在风力作用下，与发电机的转子配合作切割磁力线运动发电。 

所述环形轨道的上部或中部或下部设置有一根转轴，所述转轴的外围设置有第二叶片组，第二叶片组中的叶片通过横向或倾斜设置的连接件竖向固定在所述转轴上，第二叶片组中的叶片与第一叶片组中的叶片布置方向相反，在风力作用下，两组中的叶片转动方向相反，所述发电机的定子和转子分别由不同叶片组驱动旋转作切割磁力线运动发电。使两叶片组以相反的方向转动，产生双倍的线速度，有利于输出电流。 

 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：1）本发明的叶片支撑在环形轨道上并绕环形轨道转动，而非现有技术中支撑在一根垂直轴转动上，所以本发明的风力发电装置的规模可以做的很大，一方面有利于提高该风力发电装置的发电效率，另一方面，由于叶片的实际运作空间只是从叶片到环形轨道这个环形区域，环形轨道内侧由于没有设置任何障碍，所以可以方便的将本发明的风力发电装置套装在一些建筑物的外围，使其很好的与建筑物融合在一起，既不会影响到建筑物本身的使用，又可以进行发电，有效的扩大了风力发电装置的安装使用范围，同时对建筑物本身也有一定的装饰作用； 

2）本发明设置两个转向相反的叶片组，分别用于驱动发电机的定子和转子，使定子和转子反向运动，产生双倍的线速度，更一步有利于提高本发明风力发电装置的发电效率。

附图说明

图1是现有技术中的垂直轴风力发电装置的结构示意图； 

图2为发明较佳实施例一的立体图；

图3为发明较佳实施例二的俯视图；

图4为发明较佳实施例二的主视图；

 图5为本发明较佳实施例三的结构示意图；

图6为本发明较佳实施例四的结构示意图；

图7为本发明较佳实施例与建筑物配合安装的结构示意图；

图8为本发明发电机转子、定子的一种布置方式示意图。

具体实施方式

实施例一

如图2所示，本发明垂直轴风力发电装置的实施例一包括由叶片1构成的第一叶片组、供叶片1绕其旋转的供转件、将叶片1活动安装到供转件上的连接体3和发电机（未画出），还包括支撑体4，在风力作用下，叶片1绕供转件转动驱动发电机发电。

如图2所示，第一叶片组中的叶片1数量不少于两个，本实施例中为三个。供转件为环形轨道2，连接体3呈环形，第一叶片组中的叶片1固定在连接体3的外侧，绕环形轨道2均匀分布。环形轨道2为圆环形轨道，连接体3支撑在圆环形轨道的上表面，在连接体3与圆环形轨道相对的一面上，设置有与所述圆环形轨道相配合的匹配结构，使连接体3与圆环形轨道形成一轴向轴承结构。 

本实施例中，环形轨道2数量为两个，两个环形轨道2上下同轴分布，之间由支撑体4支撑。支撑体4为三根沿环形轨道2均匀分布的垂直支撑轴，两环形轨道2分别固定在垂直支撑轴的上下端，与垂直支撑轴一起形成整体结构。第一叶片组中的叶片1的上部和下部分别通过连接体3竖向安装在环形轨道2的外侧，在风力作用下，第一叶片组中的叶片1绕环形轨道2转动驱动发电机发电。 

第一叶片组中的叶片1也可以通过连接体3安装于环形轨道的内侧，环形轨道的数量也可以是一个或多个。 

支撑轴并非本发明的必需结构，本发明可以直接通过其环形轨道2套装于建筑物的外围，如图7所示，图7中，9表示建筑物的核心筒。核心筒9是在建筑的中央部位，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、部分设备间和外围框架等形成的一个外框内筒式结构，此结构十分有利于结构受力，并具有极优的抗震性。图7中，本发明的垂直轴风力发电装置通过其环形轨道2直接套装在核心筒9的外围，此种安装结构有利于扩大本发明的风力发电装置的安装使用范围。在本发明的其他实施例中，连接体也可以和环形轨道构成径向轴承结构等。在本发明上述实施例的启示下，这些简单的变换，对于本领域的技术人员来说，都是非常容易想到的，亦应落入本发明的保护范围。 

  本发明发电机的安装不作限制，本实施例中，推荐如下安装方式，在连接体3的内侧和发电机的驱动轴上设置相配合的齿槽结构，在风力作用下，连接体3随第一叶片组转动，通过上述齿槽结构即可驱动发电机的驱动轴旋转，从而带动发电机发电。也可以在连接体3的外围套设皮带，在风力作用下，连接体3随第一叶片组转动，通过皮带驱动发电机的驱动轴旋转，带动发电机发电。 

本发明也可以将发电机的转子安装在连接体3上，让转子与连接体3同轴设置并随之转动，使其在风力作用下与发电机的定子配合作切割磁力线运动发电。如如图8所示，在连接体3内部沿竖直方向设置作为发电机转子的线圈7，在环形轨道2两侧布置磁体8的两极，转动时线圈7切割磁力线。此结构中，需注意磁体8与叶片1的配合问题。 

本发明还可以使在连接体3上设置磁体构成发电机的定子，在风力作用下，使其与发电机的转子配合作切割磁力线运动发电。与典型的发电机不同，这里磁极布置在连接体上，而线圈固定在环形轨道内部。 

图3和4分别为实施例二的俯视图和主视图。

实施二与实施例一相比，仅环形轨道2的设置位置不同，两个环形轨道2分别固定在支撑体4的中部和上部，支撑体4下端固定在一基座10中，两个环形轨道2分别通过连接体3与叶片1的中部相连。 

如图5、6为本发明的实施例三和四。

实施例三和四都是实施例一的变形。具体是在实施例一的上部加装一根转轴5，在转轴5外围设置第二叶片组，第二叶片组中的叶片6通过横向设置的连接件7竖向固定在转轴5上，第二叶片组中的叶片6与第一叶片组中的叶片1布置方向相反，在风力作用下，两组中的叶片转动方向相反，发电机的定子和转子分别由不同叶片组驱动旋转作切割磁力线运动，从而产生双倍的线速度，有利于发电机电流输出效率的提高。 

在实施例一的上方加装转轴可以有多种方式。实施例三中的方式为：在实施例一的风力发电装置的中部加装一根竖直轴11，该竖直轴11上端穿出环形轨道2和环形的连接体3，转轴5套装在竖直轴11上部，下端支撑在竖直轴11上部外围设置的环形外凸结构上，转轴5的下端和竖直轴11上部所述环形外凸结构构成相匹配的轴向轴承结构。作为发电机定子的磁体和作为发电机转子的线圈分别设于该轴向轴承结构的内外侧。传统结构的风力发电装置，其叶片组都要离开地面一段距离，在其下方设置本实施例一中的风力发电装置，也是提高传统结构风力发电装置空间利用率的一种方式。 

实施例四中加装转轴的方式为：在实施例一的风力发电装置的中部加装一根竖直轴11，该竖直轴11上端穿出环形轨道2和环形的连接体3，转轴5活动套装在竖直轴11上部，在风力驱动下，第二叶片组及其转轴5绕竖直轴11转动。第二叶片组下端水平设有环形体12，环形体12下端面设有用于容纳连接体3的凹糟，所述连接体3容纳其中。作为发电机定子的磁体和作为发电机转子的线圈分别设于所述环形体12和连接体3上。风力作用下，第一叶片组和第二叶片组向相反方向运动，为发电机带来双倍线速度。 

本发明的实施方式不限于上述具体实施例，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明作出的其它多种形式的等效修改、替换或变更，均应落于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电装置，包括由叶片构成的第一叶片组、供叶片沿其旋转的供转件、将叶片活动安装到供转件上的连接体和发电机，在风力作用下，叶片绕所述供转件转动驱动所述发电机发电，其特征在于，所述供转件为环形轨道。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述叶片数量不少于两个，叶片绕所述环形轨道均匀分布。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述叶片处于所述环形轨道的内侧或外侧。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述环形轨道数量为一个以上，环形轨道之间上下同轴分布，所述环形轨道处于所述叶片组的中部或/和上部或/和下部。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述连接体呈环形，第一叶片组中的叶片均匀的固定在连接体的内侧或外侧，所述环形轨道为圆环形轨道，所述连接体上设置有与所述圆环形轨道相配合的匹配结构，所述连接体通过所述匹配结构支撑在所述圆环形轨道上，在风力作用下连接体沿所述圆环形轨道旋转。

6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置通过其环形轨道套装在建筑物的外围。

7.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述连接体及所述发电机的驱动轴上设有相配合的齿槽结构，在风力作用下，连接体随第一叶片组转动，通过上述齿槽结构驱动发电机的驱动轴旋转，带动发电机发电；或所述连接体的外围套有皮带，在风力作用下，连接体随第一叶片组转动，通过所述皮带驱动发电机的驱动轴旋转，带动发电机发电。

8.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述发电机的转子与所述连接体同轴设置并随其转动，在风力作用下，与发电机的定子配合作切割磁力线运动发电。

9. 根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，在所述连接体上设置磁体构成所述发电机的定子，在风力作用下，与发电机的转子配合作切割磁力线运动发电。

10. 根据权利要求1~9任一项所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述环形轨道的上部或中部或下部设置有一根转轴，所述转轴的外围设置有第二叶片组，第二叶片组中的叶片通过横向或倾斜设置的连接件竖向固定在所述转轴上，第二叶片组中的叶片与第一叶片组中的叶片布置方向相反，在风力作用下，两组中的叶片转动方向相反，所述发电机的定子和转子分别由不同叶片组驱动旋转作切割磁力线运动发电。

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