CN104712497B - 垂直轴风力发电结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风能利用率高、抗强风的垂直轴风力发电结构，包括风轮，所述风轮包括固定主轴、活动主轴、加强板和叶片轴组，所述活动主轴套设在固定主轴外，所述加强板为圆盘状，所述活动主轴穿过所述加强板的圆心，所述加强板固定在活动主轴上，所述加强板设有两个以上，每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组，所述叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围，所述叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴，所述叶轮片固定在所述叶轮片轴内，所述叶轮片轴与加强板可转动地连接。本发明有益效果在于：在风力推动下，不仅叶片轴组绕着固定主轴转动，叶轮片也绕着叶轮片轴转动，风能利用率高且结构简单、可抗强风。

Description

垂直轴风力发电结构

技术领域

本发明涉及风能发电领域，具体地说是一种垂直轴风力发电结构。

背景技术

风的产生是由于太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀变轻而往上升，热空气上升后，低温的里空气就从四周横向流入，因而形成空气的流动，这就是风。风力发电是由空气流动时产生的风压，借由空气的气动力作用(包括升力及阻力)，推动风力机的叶片旋转，进而带动发电机转动进而转换成电能。尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。

水平轴风力发电机由风叶轮、变速箱、加速齿轮箱、发电机、偏移装置、控制系统、塔架等部件所组成。风叶轮的作用是将风能转换为机械能，它是由气体流动性能良好的叶片装在轮轴上所组成，低速转动的风叶轮通过传动系统经由加速齿轮箱来增速，将动力传导给发电机。上述这些组件都安装在机舱内，整个机舱由高大的塔架支撑，由于风向会经常改变，为了有效地利用风能，必须要有自动迎风的装置，根据风向感测仪测得的风向信号，再由控制器来控制偏移电机，驱动小齿轮去推动塔架上的大齿轮，使整个机舱借由此自动控制的系统，来保持正确的迎风面。

水平式风机的发电机轴承平行于风向，也就表示其叶片与风向垂直，所以采用升力型叶片，能比垂直轴风机的推力型叶片撷取更大风能，因此水平风力发电机就必须能360度旋转以追逐风向。其叶片形式有单叶、双叶、三叶及四叶。单叶及双叶的转速通常较快，齿轮比较低，但是叶片在上下区域的变动较大，容易衍生疲劳负荷，且动态视觉、叶片平衡及输出效率较差。四叶虽然输出效率最高，但是在成本考量上仍是以三叶片最佳，因此三叶片形式的水平风机为目前最常见机种。另以其旋翼座向又可分为上风型及下风型两种。

水平式风机的最大优点为输出效率高，但缺点为扫风面积(叶片动态360度垂直投影面积)大、成本及维修费用高及噪音大。

垂直轴风力发电机具有不用对风向，无噪音，安全性高等诸多优点，是未来风力发电机发展的一个重要方向。现有的垂直轴风力发电机一般都是由叶片、传动系统、发电机等关键部件组成，通过传动系统将风力发电机叶片上的转矩输入到发电机的主轴上，带动发电机主轴转动，进而发电。整个发电机系统的效率不高，整机的结构也不够紧凑。

申请号为2014102026684的发明专利公开了一种垂直轴风力发电机，包括支撑架，设置在支撑架上的中心轴，安装在中心轴上的风轮，风轮是内、外叶片嵌套的双层结构，并以中心轴为圆心同心设置，内叶片置于外叶片围成的中心腔内，内叶片为升力型，外叶片为阻力型，内叶片通过超越离合器和中心轴连接，内叶片上设有线圈，外叶片上固定有永磁铁，内、外叶片绕中心轴沿相反的方向相对转动。该垂直轴风力发电机结构复杂，需要转动方向相反的内、外叶片双层结构来提高发电机效率，造价高的同时，为了防止风力发电机运行过程中内、外叶片发生同向转动，用超越离合器来连接内叶片和中心轴，保证风力发电机在正常工作时内叶片只能单向转动。为了防止风速高于设计风速时，风力发电机遭到破坏，还需要另外设置电磁离合器和转速传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种风能利用率高、抗强风的垂直轴风力发电结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：垂直轴风力发电结构，包括风轮，所述风轮包括固定主轴、活动主轴、加强板和叶片轴组；

所述活动主轴套设在固定主轴外；

所述加强板为圆盘状，所述活动主轴穿过所述加强板的圆心，所述加强板固定在活动主轴上；

所述加强板设有两个以上，每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组，所述叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围；

所述叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴，所述叶轮片固定在所述叶轮片轴上，所述叶轮片轴与加强板可转动地连接。

本发明的有益效果在于：在风力推动下，不仅叶片轴组绕着固定主轴转动，叶轮片也绕着叶轮片轴转动，风能利用率高且结构简单、可抗强风。

附图说明

图1为本发明实施例垂直轴风力发电结构未安装最上方的加强板时的俯视图。

图2为本发明实施例垂直轴风力发电结构的立体图。

标号说明：

1、风轮；11、固定主轴；12、活动主轴；13、加强板；14、叶片轴组；141、叶轮片；142、叶轮片轴；15、压条；151、第一压条；152、第二压条；2、底座。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：固定主轴外套有活动主轴，活动主轴上固定有圆盘状的加强板，每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组，叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围；叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴，叶轮片为矩形，叶轮片固定在所述叶轮片轴上，叶轮片轴与加强板可转动地连接，在风力推动下，不仅叶片轴组绕着固定主轴转动，叶轮片也绕着叶轮片轴转动，风能利用率高且结构简单、可抗强风。

请参照图1以及图2，垂直轴风力发电结构，包括风轮1，所述风轮1包括固定主轴11、活动主轴12、加强板13和叶片轴组14；

所述活动主轴12套设在固定主轴11外；

所述加强板13为圆盘状，所述活动主轴12穿过所述加强板13的圆心，所述加强板13固定在活动主轴12上；

所述加强板13设有两个以上，每两个加强板13之间可转动地连接有多组叶片轴组14，所述叶片轴组14均匀环绕在活动主轴12周围；

所述叶片轴组14包括叶轮片141和叶轮片轴142，所述叶轮片141固定在所述叶轮片轴142上，所述叶轮片轴142与加强板13可转动地连接。

本发明垂直轴风力发电结构的固定主轴11竖直设置，活动主轴12套设在固定主轴11外，使得活动主轴12可绕固定主轴11转动，活动主轴12上固定有圆盘状的加强板13以对抗强风，防止损坏风轮1；每两个加强板13之间可转动地连接有多组叶片轴组14，叶片轴组14均匀环绕在活动主轴12周围；叶片轴组14包括叶轮片141和叶轮片轴142，叶轮片141为矩形，叶轮片141固定在所述叶轮片轴142上，叶轮片轴142与加强板13可转动地连接，在风力推动下，不仅叶片轴组14绕着固定主轴11转动，叶轮片141也绕着叶轮片轴142转动，通过这样的风轮1结构将风能转化为机械能，不受风向限制，风能利用率高。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在风力推动下，不仅叶片轴组14绕着固定主轴11转动，叶轮片141也绕着叶轮片轴142转动，风能利用率高且结构简单、可抗强风。

进一步的，所述叶轮片轴142与加强板13圆心的距离和叶轮片轴142与加强板13边缘的距离之比大于2:1。优选的，叶轮片轴142与加强板13的圆心距离和叶轮片轴142与加强板13外圆周的距离之比为3:1或4:1。

进一步的，所述加强板13上设有压条15，所述压条15包括第一压条151和第二压条152，第一压条151和第二压条152分别位于叶轮片141的两侧，所述第一压条151径向设置且位于叶轮片轴142与活动主轴12之间，所述第二压条152垂直于第一压条所在方向且位于叶轮片轴142与加强板13边缘之间。

由上述描述可知，第一压条151和第二压条152限制了叶轮片141的运动范围，在压条15的控制下，叶轮片141随着风力的推动有规律的变向，如图1所示，位于活动主轴12右侧的叶轮片141侧向风面，只有很小的风压，而活动主轴12左侧的叶轮片141全面受风产生高压，两边产生的压差带动发电机发电。

进一步的，所述垂直轴风力发电结构还包括底座2，所述固定主轴11竖直的固定在底座2上，所述底座2内设有发电机，所述活动主轴12与发电机之间设有联轴器，所述联轴器同时与活动主轴12和发电机连接。

由上述描述可知，风轮1收集的风能转化为机械能后，由底座2内设置的发电机转化为电能，实现风力发电。

进一步的，所述叶轮片141为矩形，所述叶轮片141长度与加强板13半径相同。

进一步的，所述叶轮片141也可以是曲面形。

请参照图1以及图2，本发明的实施例为：垂直轴风力发电结构，包括风轮1，所述风轮1包括固定主轴11、活动主轴12、加强板13和叶片轴组14；所述活动主轴12套设在固定主轴11外；所述加强板13为圆盘状，所述活动主轴12穿过所述加强板13的圆心，所述加强板13固定在活动主轴12上；所述加强板13设有两个以上，每两个加强板13之间可转动地连接有多组叶片轴组14，所述叶片轴组14均匀环绕在活动主轴12周围；所述叶片轴组14包括叶轮片141和叶轮片轴142，所述叶轮片141为矩形，所述叶轮片141固定在所述叶轮片轴142上，所述叶轮片轴142与加强板13可转动地连接。所述叶轮片轴142与加强板13圆心的距离和叶轮片轴142与加强板13边缘的距离之比为3:1。所述加强板13上设有压条15，所述压条15包括第一压条151和第二压条152，第一压条151和第二压条152分别位于叶轮片141的两侧，所述第一压条151径向设置且位于叶轮片轴142与活动主轴12之间，所述第二压条152垂直于第一压条所在方向且位于叶轮片轴142与加强板13边缘之间。所述垂直轴风力发电结构还包括底座2，所述固定主轴11竖直的固定在底座2上，所述底座2内设有发电机，所述活动主轴12与发电机之间设有联轴器，所述联轴器同时与活动主轴12和发电机连接。所述叶轮片141为矩形，所述叶轮片141长度与加强板13半径相同。

综上所述，本发明提供的垂直轴风力发电结构的有益效果在于：固定主轴竖直设置，活动主轴套设在固定主轴外，使得活动主轴可绕固定主轴转动，活动主轴上固定有圆盘状的加强板以对抗强风，防止损坏风轮；每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组，叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围；叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴，叶轮片为矩形，叶轮片固定在所述叶轮片轴上，叶轮片轴与加强板可转动地连接，在风力推动下，不仅叶片轴组绕着固定主轴转动，叶轮片也绕着叶轮片轴转动，通过这样的风轮结构将风能转化为机械能，不受风向限制，风能利用率高；结构简单。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.垂直轴风力发电结构，其特征在于：包括风轮，所述风轮包括固定主轴、活动主轴、加强板和叶片轴组；

所述活动主轴套设在固定主轴外；

所述加强板为圆盘状，所述活动主轴穿过所述加强板的圆心，所述加强板固定在活动主轴上；

所述加强板设有两个以上，每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组，所述叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围；

所述叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴，所述叶轮片固定在所述叶轮片轴上，所述叶轮片轴与加强板可转动地连接；

所述加强板上设有压条，所述压条包括第一压条和第二压条，第一压条和第二压条分别位于叶轮片的两侧，所述第一压条径向设置且位于叶轮片轴与活动主轴之间，所述第二压条垂直于第一压条所在方向且位于叶轮片轴与加强板边缘之间。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电结构，其特征在于：所述叶轮片轴与加强板圆心的距离和叶轮片轴与加强板边缘的距离之比大于2:1。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电结构，其特征在于：还包括底座，所述固定主轴竖直的固定在底座上，所述底座内设有发电机，所述活动主轴与发电机之间设有联轴器，所述联轴器同时与活动主轴和发电机连接。

4.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电结构，其特征在于：所述叶轮片为矩形，所述叶轮片长度与加强板半径相同。

5.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电结构，其特征在于：所述叶轮片为曲面形。