CN103912453A - 一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，属于风电清洁能源技术领域。由：机座8上设通风管7，通风管顶端设顶盖701供设置发电机5，发电机的转子与三合一垂直轴风轮连接，导线6由发电机定子引出，连接控制箱9后输出电源，特征是：所述通风管7上设有出风口，利用高低温差和拔风力，促使气流通过机座和通风管从出风口排出，推动三合一垂直轴风轮中的涡轮式球形风轮第三风轮3和第二风轮2、连动第一风轮1、第四风轮4慢慢旋转，引导外界自然风源从上、中、下和内部全方位推动三合一垂直轴风轮旋转发电，使发电能力倍增，其中第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗按X层次组合而成，N或X为自然数。

Description

一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机
技术领域
本发明涉及一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，属于风电清洁能源技术领域。
背景技术
现有技术中的垂直轴风力发电机，由于风轮的限制，普遍存在输出功率不足，造价高、体积大，质量重，不够安全可靠等缺陷，而且不能全天候旋转；现有的垂直轴风力发电风轮的叶片弧形角度是固定的，不能顺风向自动调节，所以当对称的两个风叶与自然界吹来的气流风向成水平线时，由于两个风叶受力相同就会左摇右摆，克服了一端的风向阻力后才能顺利旋转，降低了旋转速度，在运行中浪费了不少的风力资源；同时，风力发电风轮的设计只限于应用外界风力的推动能力，缺点是没有将机座和通风管内部气流和外界上、中、下全方位的空气对流、拔风、内通风、旋转气流、等因素溶于一体的统筹设计，以求更大程度地发挥潜在风能，扩大发电效率和应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案：
一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，包括：机座8，机座上设通风管7，通风管顶端设顶盖701供设置发电机5，发电机5的转子通过传动部件与第一风轮1、第二风轮2、第三风轮3、第四风轮4组合而成的三合一垂直轴风轮连接，导线6由发电机5的定子引出，连接控制箱9，经控制箱调制后输出电源，特征是：所述通风管7上端设有出风口，利用高低温差和拔风力，促使气流通过机座8和通风管7从出风口排出，推动三合一垂直轴风轮中的涡轮式球形风轮第三风轮3和第二风轮2，连动第一风轮1、第四风轮4慢慢旋转，引导自然界风源从上、中、下和内部全方位推动三合一垂直轴风轮旋转发电，使发电能力倍增，其中第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，每层设定位盘115以固定每个风斗的定位角度，其中N或X为自然数。
所述三合一垂直轴风轮，由：第一风轮1设置在第二风轮2的顶端，第二风轮2的内部设置第三风轮3，第二风轮和第三风轮为一大一小的涡轮式球形风轮，第一风轮、第二风轮和第三风轮的中心点固定在一起，第二风轮2和第三风轮3顶部的防雨盖上预留连接孔供外接发电机转子或传动机构连接，第二风轮2的球围203外侧设置第四风轮4组成。
所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，N或X为自然数，其中所说的能顺风向自动开合的半月形立式风斗为：由向内翻边的弧形静片101的一端上下各设一个带圆孔的猫耳扣，在向内翻边的弧形动片103的一端上下各设一个带圆孔的猫耳扣，两对猫耳扣通过活动装置102的主轴或主轴和轴承连接成半圆形，半圆形两端翻边处各设软幕4，构成正面方形或长方形，背面半圆形，俯视为半月形的立式风斗；其中弧形动片103的弧形金属薄片长度适当超出弧形静片101的长度，在超出端的外侧设第一永磁体105，在对称的弧形静片101的内侧设第二永磁体106，第一永磁体与第二永磁体的磁性方向成NS-NS，适当选择磁性强度，使风斗在顺风时自动张开，第一永磁体105与第二永磁体106自动吸合，背风时气流克服磁性力度第一永磁体与第二永磁体自动分开，使风斗的弧形动片103自动闭拢；或者在活动装置102的主轴上设弹璜107，使风斗在顺风方向时自动弹开，在背风方向时气流克服弹璜引力弧形动片103自动闭拢，以减少风向阻力，进一步提高风能的利用率。
所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，设X为两层配置时：将金属管116划分为2层，第一层对称设置第1风斗111和第2风斗113，第二层对称设置第3风斗112和第4风斗114，其中第一定位盘115通过金属管116设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘115设置在第一层风斗的弧形静片的下端和第二层风斗的弧形静片的上端，第三定位盘115与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在金属管116的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与金属管116固定，其中，底端的第三定位盘115中设连接孔供第二风轮2连接。
所述第一风轮中的定位盘115为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸子供与金属管116焊接或螺丝固定。
所述的第二风轮2为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成涡旋角度的弧形叶片202，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围203上，上端按角度均布固定在防雨盖201的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，防雨盖201中设连接孔供第三风轮3连接时使用。
所述的第三风轮3设置在第二风轮2的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成涡旋角度的弧形叶片302，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围303上，上端按角度均布固定在防雨盖301的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，防雨盖301中设连接孔供发电机转子传动机构连接时使用。
所述设置第二风轮2与内部的第三风轮3两风轮连接时，需要选择好出风口斜度的最佳点，将第三风轮3涡旋角度出风口向着第二风轮2涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，造成风雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，降低风轮旋转速度的缺陷。
所述的第四风轮4，设置在第二风轮2下侧加高后的球围203上，是将球围的高度均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮1的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为360度／X+F，其中X为第一风轮1的层数，F为第四风轮4的层数，相加的和为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。
所述机座8为三足鼎立的金属机座或水泥现场预制的塔形机座，机座外壁包装金属薄板，制成内部空心上下贯通的圆宝塔形状，金属薄板下端留有空间作为进风口，机座8底脚有若干圆孔供预埋螺栓连接固定，水泥塔形机座可现场预制，机座上安装符合防雷要求的接地线。
所述控制箱9中设有CPU程序软件控制系统，包含：功率检测电路、转速检测电路、电压调制电路、输出程序控制电路、过载保护电路，温度保护电路，自动或手动紧急停止开关，以及接触器、发光显示器、蓄电池等电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动识别、选择、控制发电机按设计要求发电；遇到危险信号和紧急常态时，自动断开发电机负载，向发电机输入直流电迅速停止三合一垂直轴风轮运转，并显示危险和维修信号，确保运行安全，如果发电机或多台发电机由控制箱9统一输出，输出功率超过5千瓦／S，可以申请安装并网电表，取得经济收益。
所述通风管7由钢管一体或分段制作两种方法，一体制作时：通风管上端设出风口，顶端设顶盖702供设发电机5，下端或设置蝶阀703后与机座7固定；分段制作时：上端由铝合金材料铸造成型后，通过机械加工制成上端有出风口、顶端平面可供设置发电机5，下端可以与灯柱套装连接固定的机头701，机头上安装发电机5，发电机转子与三合一垂直轴风轮连接，将机头701套接到通风管7上端固定；通风管7下端与机座8套接固定；其中所说的出风口为椭圆形或鸭嘴形，其口径大小要根据进风口直径和拔风高度计算而定。
所述顶盖702或机头701上安装的发电机5为永磁无鉄芯线圈外转子发电机时，发电机外转子与三合一垂直轴风轮的第二风轮2和第三风轮3中的防雨盖预留孔连接，当发电机5为同步发电机时，发电机转子主轴与增速器501连接，增速器501上端与第二风轮2和第三风轮3中的防雨盖预留孔连接。
所述避雷针704设在通风管7上端外侧焊接固定，需超过第一风轮顶端高度。
有益效果：
一.本设计的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，在通风管7上端设有出风口，利用高低温差和拔风力，促使气流通过机座8和通风管7从出风口排出，推动三合一垂直轴风轮中的涡轮式球形风轮第三风轮3和第二风轮2，连动第一风轮1、第四风轮4慢慢旋转，引导外界自然风源从上、中、下和内部全方位推动三合一垂直轴风轮旋转发电，使发电能力倍增。
二.所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗按X层次组合而成，每层设置一个定位盘115以固定半月形立式风斗的角度，其中N或X为自然数，使得风斗在顺风方向时自动张开，在背风方向时自动闭拢风斗，减少风向阻力，同时风斗与风斗之间，层与层之间相互对称均布岔开排列，能够克服风斗旋转死角，进一步提高风能的利用率。
三.使用内外两个涡轮式球形风轮组合安装，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流与自然界风能气流逆向抵触，造成风雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，降低风轮旋转速度的缺陷，同时利用内通风技术，使得风轮能够24小时全天候不停地旋转，克服了长期以来，由于自然界中三分之一以上时间处于微风或无法状态，因发电机长时间不转动，造成外界不良空气对传动配件的腐蚀、生锈以后间隙慢慢卡死的难题；配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机有效克服了前述的现有技术中普遍存在的输出功率不足，造价高、体积大，质量重，不够安全可靠等缺陷。
四.控制箱9中设有CPU程序软件控制系统，包括：功率检测电路、转速检测电路、电压调制电路、输出程序控制电路、过载保护电路，温度保护电路，自动或手动紧急停止开关，以及接触器、发光显示器、蓄电池等电器元件，以确保发电机运行安全，如果发电机或多台发电机由控制箱9统一输出，发电机输出功率超过5千瓦／S，可以联系电力局申请安装并网电表，取得经济收益。
本设计的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，适用于江河湖海沿岸、山岭，边境无电力供应地带，风力资源比较充沛地区，如果全面普及使用起来，对于缓解目前与日俱增的城镇化建设中的用电量来说，具有事半功倍的效果。
附图说明
附图1、一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机的结构示意图。
附图2、一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机的水泥机座结构示意图。
附图3、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构俯视图。
附图4、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构正视图。
附图5、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮正视图。
附图6、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮俯视图。
附图7、一种第二风轮和第四风轮的结构视意图。
附图8、一种第三风轮的结构视意图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。
实施例：附图1、一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机的结构示意图。
作为优选，图中：1.第一风轮，2.第二风轮，3.第三风轮，4.第四风轮，5.发电机，501.增速器，6.导线，7.通风管，701.顶盖，8.机座，9.控制箱。
实施例：附图2、一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机的水泥机座结构示意图。
作为优选，图中：1.第一风轮，2.第二风轮，3.第三风轮，4.第四风轮，5.发电机，6.导线，7.通风管，702.机头，703.蝶阀，704.避雷针，8.水泥机座，801.定风球，802.水泥机座基础，9.控制箱；其中，第一风轮1中的风斗与金属管116之间设加长杆，蝶阀703为控制通风量的手动安全通风阀门，在检修等特殊情况下使用；水泥机座基础802预制在水域岸边的浅水中，机座中心设定风球801，使进风气流在机座内涡旋形上升。
实施例：附图3、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构俯视图；附图4、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构正视图。
作为优选，两图中：101.弧形静片，102.活动装置，103.弧形动片，104.软幕，105.第一永磁体，106.第二永磁体，107.弹璜。
附图5、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮正视图；附图6、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮俯视图。
作为优选，两图中：111.第1风斗，113.第2风斗，112.第3风斗，114.第4风斗，115.定位盘，116.金属管；其中，风斗与金属管116之间设加长杆，使两个风斗与金属管116之间横向距离加长，在杠杆作用下增强旋转力度，提高发电能力，金属管116顶端密封防水或设置吊环。
附图7、一种第二风轮和第四风轮的结构视意图。
作为优选，图中：201.防雨盖，202.涡旋角度的弧形叶片，203.球围，4.第四风轮。
附图8、一种第三风轮的结构视意图。
作为优选，图中：301.防雨盖，302.涡旋角度的弧形叶片，303.球围。

Claims (10)

1.一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，包括：机座(8)，机座上设通风管(7)，通风管顶端设顶盖(701)供设置发电机(5)，发电机(5)的转子与第一风轮(1)、第二风轮(2)、第三风轮(3)、第四风轮(4)组合而成的三合一垂直轴风轮连接，导线(6)由发电机(5)的定子引出，连接控制箱(9)，经控制箱调制后输出电源，特征是：所述通风管(7)上设有出风口，利用高低温差和拔风力，促使气流通过机座(8)和通风管(7)从出风口排出，推动三合一垂直轴风轮中的涡轮式球形风轮第三风轮(3)和第二风轮(2)、连动第一风轮(1)、第四风轮(4)慢慢旋转，引导自然界风源从上、中、下和内部全方位推动三合一垂直轴风轮旋转发电，使发电能力倍增，其中第一风轮(1)由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，每层设定位盘(115)以固定每个风斗的定位角度，其中N或X为自然数。
2.根据权利要求1所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说三合一垂直轴风轮是，由：第一风轮(1)设置在第二风轮(2)的顶端，第二风轮(2)的内部设置第三风轮(3)，第二风轮和第三风轮为一大一小的涡轮式球形风轮，第一风轮、第二风轮和第三风轮的中心点固定在一起，第二风轮(2)和第三风轮(3)顶部的防雨盖上预留连接孔供外接发电机转子连接，其中第二风轮(2)的球围(203)外侧设置四风轮(4)组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说的能顺风向自动开合的半月形立式风斗为：由向内翻边的弧形静片(101)的一端上下各设一个带圆孔的猫耳扣，在向内翻边的弧形动片(103)的一端上下各设一个设带圆孔的猫耳扣，两对猫耳扣通过活动装置(102)的主轴或主轴和轴承连接成半圆形，半圆形两端翻边处各设软幕(4)，构成正面方形，背面半圆形，俯视为半月形的立式风斗，其中弧形动片(103)的弧形金属薄片长度适当超出弧形静片(101)的长度，在超出端的外侧设第一永磁体(105)，在对称的弧形静片(101)的内侧设第二永磁体(106)，第一永磁体与第二永磁体的磁性方向成NS-NS，适当选择磁性强度，使风斗在顺风时自动张开，第一永磁体(105)与第二永磁体(106)自动吸合，背风时气流克服磁性力度第一永磁体与第二永磁体自动分开，使风斗的弧形动片(103)自动闭拢；或者在活动装置(102)的主轴上设弹璜(107)，使风斗在顺风方向时自动弹开，在背风方向时气流克服弹璜引力弧形动片(103)自动闭拢，以减少风向阻力，进一步提高风能的利用率。
4.根据权利要求1或2所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说第一风轮(1)由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，设X为两层配置时：将金属管(116)划分为2层，第一层对称设置第1风斗(111)和第2风斗(113)，第二层对称设置第3风斗(112)和第4风斗(114)，其中第一定位盘(115)通过金属管(116)设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘(115)设置在第一层风斗的弧形静片的下端和第二层风斗的弧形静片的上端，第三定位盘(115)与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在金属管(116)的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与金属管(116)固定，其中，底端的第三定位盘(115)中设连接孔供第二风轮(2)连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：定位盘(115)为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸子供与金属管116焊接或螺丝固定。
6.根据权利要求1或2所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说设置第二风轮(2)与内部的第三风轮(3)两风轮连接时，需要选择好出风口斜度的最佳点，将第三风轮(3)涡旋角度出风口向着第二风轮(2)涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，造成风雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，降低风轮旋转速度的缺陷。
7.根据权利要求1或2所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说的第四风轮(4)，设置在第二风轮(2)下侧加高后的球围(203)上，将球围的高度均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮(1)的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为360度／X+F，其中X为第一风轮(1)的层数，F为第四风轮(4)的层数，相加的和为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。
8.根据权利要求1所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说机座(8)为三足鼎立的金属机座或水泥现场预制的塔形机座，机座外壁包装金属薄板，制成内部空心上下贯通的圆宝塔形状，金属薄板下端留有空间作为进风口，机座(8)底脚有若干圆孔供预埋螺栓连接固定，水泥塔形机座可现场预制，机座上安装符合防雷要求的接地线。
9.根据权利要求1所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说通风管(7)由钢管一体或分段制作两种方法，一体制作时：通风管上端设出风口，顶端设顶盖(701)供设发电机(5)，下端与机座(8)固定；分段制作时：上端由铝合金材料铸造成型后，通过机械加工制成上有出风口、顶端平面可供设置发电机(5)，下端可以与灯柱套装连接固定的机头(702)，机头上安装发电机(5)，发电机转子与三合一垂直轴风轮连接后，将机头(702)套接到通风管(7)上端固定；通风管(7)下端与机座(8)固定；其中所说的出风口为椭圆形或鸭嘴形，其口径大小要根据进风口直径和拔风高度计算而定。
10.根据权利要求1所述的一种配置三合一垂直轴风轮的大功率风力发电机，特征是：所说顶盖(701)或机头(702)上安装的发电机(5)为永磁无鉄芯线圈外转子发电机时，发电机外转子与三合一垂直轴风轮的第二风轮(2)和第三风轮(3)中的防雨盖预留孔连接；当发电机(5)为同步发电机时，发电机转子主轴与增速器(501)连接，增速器(501)上端与第二风轮(2)和第三风轮(3)中的防雨盖预留孔连接。
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