CN108150347A - 抗强风的垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种抗强风的垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域，包括底座、设置在底座内部的发电机、设置在底座上方的立柱和风叶组件，风叶组件为圆弧形曲面，立柱的顶部中心设有圆盘，绕圆盘中心上贯穿圆盘设有若干连接杆，连接杆的上下两端分别套设有上滑块和下滑块，上滑块和下滑块分别与风叶组件的上下两端铰接连接，上滑块和下滑块均通过软弹性橡胶件与风叶组件中部固定连接，连接杆的上下两端分别设有上挡块和下挡块，连接杆外侧面均匀设有三个滑槽，上挡块内部设有与滑槽连通的润滑油装置，上滑块和下滑块上均设有与滑槽相对应的凸起；本申请能减小空气阻力，抵抗较强的风力，提高风力发电机的效率，且能提高垂直风力机的使用寿命。

Description

抗强风的垂直轴风力发电机

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种抗强风的垂直轴风力发电机。

背景技术

风能是一种资源丰富、绿色环保的可再生能源，其利用条件受限相对较少，前景广阔。在当前电力能源需求不断紧张的形势下，风力发电将是人类获取电力能源的一种重要途径。风力发电相对于火力、水力、太阳能发电，其具有经济性，容易实现等诸多优势。但是，由于风能利用技术还不够成熟，风能利用率和转换率不高，主要制约因素就是风力发电机叶片能效比低。所以，风机叶片设计科学性决定了风力发电机的效率。

现有风力发电机主要为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，其中垂直轴风力发电机大多为升力型风力机。额定风速和极限风速是其重要设计指标。当风速超过额定风速时，为了保证输出功率一致，风力机的控制电路会将额外的风能以电阻发热等形式消散；一旦超过极限风速时，某些结构会将风力机紧急制动，防止功率过载或者转速过大导致的结构磨损在更极端(如台风)情况下，风力发电机很可能遭到整体损坏。

因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。

例如申请号为：201720053601.8的中国专利公开了一种垂直轴风力发电机，其特征在于：包括底座(1)、设置在底座(1)内部的发电机(2)和与所述发电机(2)连接的转动主轴(3)；所述主轴(3)顶端设置有包括至少两个分支的旋转架(4)，所述旋转架(4)的每个分支自由端均设置有电机架(5)，所述电机架(5)内架设有朝向旋转架(4)转动轴线方向的螺纹杆(6)，所述螺纹杆(6)上套设有步进电机(7)，所述步进电机(7)的外壳两侧设置有滑块(8)，所述滑块(8)与开设在电机架(5)两侧的滑槽(9)相配合；所述步进电机(7)的外壳通过连杆(10)连接有垂直设置的叶片(11)；所述底座(1)上设置有风速传感器(12)，所述风速传感器(12)与控制所述步进电机(7)的单片机(13)电连接；该申请公开的垂直轴风力发电机，利用步进电机套设在螺纹杆上，通过风速传感器感应风速传输给单片机，通过增大或减小叶片的力矩来适应风速的减小或增大，且该技术方案中的风叶为固定的竖直板状，自身的抗风阻能力较小。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本申请提供了一种能减小空气阻力，抵抗较强的风力，提高垂直轴风力发电机的效率，提高风机的使用寿命的抗强风的垂直轴风力发电机。

(二)技术方案

本申请提供了一种抗强风的垂直轴风力发电机，包括底座、设置在底座内部的发电机、设置在底座上方的立柱和风叶组件，所述风叶组件为圆弧形曲面，所述立柱的顶部中心设有圆盘，绕所述圆盘中心上贯穿所述圆盘设有若干连接杆，所述连接杆的上下两端分别套设有上滑块和下滑块，所述上滑块和所述下滑块分别与所述风叶组件的上下两端铰接连接，所述上滑块和所述下滑块均通过软弹性橡胶件与所述风叶组件中部固定连接，所述连接杆的上下两端分别设有上挡块和下挡块，所述连接杆外侧面均匀设有三个滑槽，所述上挡块内部设有与所述滑槽连通的润滑油装置，所述上滑块和所述下滑块上均设有与所述滑槽相对应的凸起。

在本申请的一些实施例中，所述润滑油装置上设有三个独立的出油口，所述出油口与所述滑槽的顶部连通。

在本申请的一些实施例中，所述风叶组件包括上叶片、下叶片和连接部，所述连接部的上下两端分别固定连接所述上叶片和所述下叶片，所述上叶片和所述下叶片远离所述连接部的一端分别与所述连接杆上的所述上滑块和所述下滑块铰接连接。

在本申请的一些实施例中，所述上滑块和所述下滑块分别通过所述软弹性橡胶件与所述连接部固定连接。

在本申请的一些实施例中，所述风叶组件中间薄两头厚，所述风叶组件分别与所述上滑块和所述下滑块铰接连接。

在本申请的一些实施例中，所述上叶片靠近所述上滑块一侧的厚度大于靠近所述连接部一侧的厚度，所述上叶片的叶缘外薄内厚，所述下叶片靠近所述下滑块一侧的厚度大于靠近所述连接部一侧的厚度，所述下叶片的叶缘外薄内厚。

在本申请的一些实施例中，所述上叶片与所述下叶片的形状结构均相同，所述上叶片和所述下叶片靠近所述连接部一侧的厚度与所述连接部的厚度相等。

在本申请的一些实施例中，所述连接部呈弧状，所述连接部的上下两端分别通过铰链与所述上叶片的下底面和所述下叶片的上顶面固定连接。

在本申请的一些实施例中，所述风叶组件对称设置，所述相对两风叶组件相反布局，所述若干风叶组件形成空心球状体，所述风叶组件为偶数个，所述风叶组件设有6-12个。

在本申请的一些实施例中，所述连接杆均匀固定在所述圆盘上，所述连接杆的数量与所述风叶组件的数量相等，所述各连接杆以及所述连接杆上设置的所述风叶组件绕所述圆盘中心所在的竖直方向的轴转动。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，通过对称设置的圆弧形曲面风叶组件，形成的球状风叶，有利于空气流动，使风叶的受风面积最大化，同时最大限度的降低空气阻力，提高了风力利用率；

(2)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，通过在连接杆上设置的上挡块和下挡块，起到一定的限位作用，设置的滑槽以及上挡块内部设置的与滑槽连通的润滑油装置，具有一定的润滑作用，有利于上滑块和下滑块的上下滑动；

(3)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，通过将风叶组件设置呈中间薄两头厚，叶缘外薄内厚的形状，进一步增加的风叶的受力面积，增加了叶片的强度，延长上叶片和下叶片的机械寿命；

(4)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，通过将上叶片和下叶片通过上滑块和下滑块与连接杆连接，可使上叶片和下叶片沿连接杆向下或向上滑动，进而改变风叶组件的扫略面积，使风叶组件更好的适应风力的大小；

(5)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，通过在连接部与上滑块和下滑块之间设置软弹性橡胶体，不仅可以增加风叶组件的抗拉伸力，而且可以带动上滑块和下滑块的运动；

(6)本申请提供的抗强风的垂直轴风力发电机，结构简单，方面使用，能减小空气阻力，抵抗较强的风力，提高垂直轴风力发电机的效率，且能提高垂直风力机的使用寿命。

附图说明

图1为本申请抗强风的垂直轴风力发电机转动的结构示意图；

图2为本申请抗强风的垂直轴风力发电机转动的局部剖视图；

图3为本申请抗强风的垂直轴风力发电机风速较大时转动的局部剖视图；

图4为本申请抗强风的垂直轴风力发电机连接杆的结构示意图；

图5为本申请抗强风的垂直轴风力发电机连接杆的俯视图；

图6本申请抗强风的垂直轴风力发电机上滑块的俯视图。

【本申请主要元件符号说明】

1、连接杆；101、滑槽；2、风叶组件；201、上叶片；202、连接部；203、下叶片；3、立柱；4、底座；5、发电机；6、下滑块；7、软弹性橡胶件；8、圆盘；9、上滑块；10、上挡块；11、下挡块；12、润滑油装置；1201、出油口；13、凸起。

具体实施方式

本申请提供了一种结构简单，方面使用，能减小空气阻力，抵抗较强的风力，提高垂直轴风力发电机的效率，且能提高垂直风力机的使用寿命的抗强风的垂直轴风力发电机。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

在本申请的一个示例性实施例中，提供了一种抗强风的垂直轴风力发电机。如图1至图6所示，本申请包括底座4、设置在底座4内部的发电机5、设置在底座4上方的立柱3和风叶组件2，所述风叶组件2为圆弧形曲面，所述立柱3的顶部中心设有圆盘8，绕所述圆盘8中心上贯穿所述圆盘8设有若干连接杆1，所述连接杆1的上下两端分别套设有上滑块9和下滑块6，所述上滑块9和所述下滑块6分别与所述风叶组件的上下两端铰接连接，所述上滑块9和所述下滑块6均通过软弹性橡胶件7与所述风叶组件2中部固定连接，所述连接杆1的上下两端分别设有上挡块10和下挡块11，所述连接杆1外侧面均匀设有三个滑槽101，所述上挡块10内部设有与所述滑槽101连通的润滑油装置12，所述上滑块9和所述下滑块6上均设有与所述滑槽101相对应的凸起13；本申请通过通过对称设置的圆弧形曲面风叶组件2，形成的球状风叶，有利于空气流动，使风叶的受风面积最大化，同时最大限度的降低空气阻力，提高了风力利用率。

以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：

具体的，在本申请的此实施例中，如图5所示，所述润滑油装置12上设有三个独立的出油口1201，所述出油口1201与所述滑槽101的顶部连通，本申请通过在连接杆1上设置的上挡块10和下挡块11，起到一定的限位作用，设置的滑槽101以及上挡块10内部设置的与滑槽101连通的润滑油装置12，具有一定的润滑作用，有利于上滑块9和下滑块6的上下滑动。

具体的，如图1至图6所示，上滑块9和下滑块6的结构、形状、大小均相同，上滑块9和下滑块6分别位于连接杆1上下两端的上挡块10和下挡块11之间，且在软弹性橡胶体7的作用下沿连接杆1上的滑槽101向上或者向下运动，润滑油装置12设置在上挡块10的内部，三个独立设置的出油口1201分别伸长至三个滑槽101的上顶部与滑槽101连通，润滑油可从出油口1201直接流入至滑槽101内，使上滑块9和下滑块6在滑槽101内快速滑动。

具体的，在本申请的此实施例中，如图1至图2所示，所述风叶组件2包括上叶片201、下叶片203和连接部202，所述连接部202的上下两端分别固定连接所述上叶片201和所述下叶片203，所述上叶片201和所述下叶片203远离所述连接部202的一端分别与所述连接杆1上的所述上滑块9和所述下滑块6铰接连接，所述上滑块9和所述下滑块6分别通过所述软弹性橡胶件7与所述连接部202固定连接。

进一步的，上滑块9的下部侧面与上叶片201上端部铰接连接，上滑块9的上部侧面与软弹性橡胶件7固定连接，下滑块6的上部侧面与下叶片203的下端部铰接连接，下滑块6的下部侧面与软弹性橡胶件7固定连接，这样的设计可以最大化的增加上叶片201和下叶片203的滑动距离。

具体的，所述风叶组件2中间薄两头厚，所述风叶组件2分别与所述上滑块9和所述下滑块6铰接连接；本申请通过将风叶组件2设置呈中间薄两头厚，叶缘外薄内厚的形状，进一步增加的风叶的受力面积，增加了叶片的强度，延长上叶片201和下叶片203的机械寿命。

具体的，所述上叶片201靠近所述上滑块9一侧的厚度大于靠近所述连接部202一侧的厚度，所述上叶片201的叶缘外薄内厚；所述下叶片203靠近所述下滑块6一侧的厚度大于靠近所述连接部202一侧的厚度，所述下叶片203的叶缘外薄内厚；所述上叶片201与所述下叶片203的形状结构均相同，所述上叶片201和所述下叶片203靠近所述连接部202一侧的厚度与所述连接部202的厚度相等；所述连接部呈弧状202，所述连接部202的上下两端分别通过铰链与所述上叶片201的下底面和所述下叶片203的上顶面固定连接。

具体的，每个风叶组件2的结构均为中间薄两头厚，叶缘外薄内厚，弯曲成褶形，也即是每个风叶组件2中的上叶片201上端厚下端薄，下叶片203上端薄下端厚，上叶片201下端较薄一端与下叶片203上端较薄一端厚度相等且与连接部202的厚度相同，这样的设计可以不仅保证风叶组件2的平滑过渡，增大风叶组件2的受风面积，同时能最大限度的降低风叶组件2的空气阻力，优化力学分布，增强风叶组件2的叶片强度，延长风叶组件的使用寿命。

具体的，如图1和图2所示，所述风叶组件2对称设置，所述相对两风叶组件2相反布局，所述若干风叶组件2形成空心球状体；所述风叶组件2为偶数个，所述风叶组件2设有6-12个。

具体的，风叶组件2设有对称设置，相对的两风叶组件2相反布局，风叶组件2上下两端分别通过上滑块9和下滑块6连接在连接杆1上下两端，组装成空心的球状风机叶片，进一步优选的，风叶组件2的数量为10个，这种设计有利于空气流动，减小空气阻力，有利于风力利用，提高风力利用率。

具体的，在本申请的此实施例中，如图1和图2所示，所述连接杆1均匀固定在所述圆盘8上，所述连接杆1的数量与所述风叶组件2的数量相等；所述各连接杆1以及所述连接杆1上设置的所述风叶组件2绕所述圆盘8中心所在的竖直方向的轴转动。

具体的，在实际使用过程中，风叶组件2形成的空心球状结构绕圆盘8中心所在的竖直方向的轴转动，内部设置的软弹性橡胶件7可通过弹性收缩或拉伸来增加风叶组件2的抗风能力，防止风叶组件2因风力过大而造成折损；本申请通过在连接部202与上滑块9和下滑块6之间设置软弹性橡胶体7，不仅可以增加风叶组件7的抗拉伸力，而且可以带动上滑块9和下滑块6的运动。

具体的，如图3所示，在遭遇强风时，由于离心力的作用，风叶组件2上端连接部202向外侧做离心运动，与连接部202连接的软弹性橡胶件7被向外拉伸，带动与软弹性橡胶件7连接的上滑块9向下运动，下滑块6向上运动，进而上滑块9带动上叶片201的上端沿滑槽101向下运动，下滑块6带动下叶片203的下端沿滑槽101向上运动，最终可相对于圆盘8的上下两面形成两半圆，能在保证空气流动性良好，空气阻力小的前提下，减小风叶组件2的扫略面积，进而使垂直轴风力发电机正常工作时的输出功率保持恒定，防止出现在风力过大(如台风)时，风力发电机损坏的现象。

具体的，如图1所示，在风力较小时，风叶组件2中的连接部202在软弹性橡胶件7回弹力的作用下与上叶片201和下叶片203上下齐平连接，同时上叶片201连接的上滑块9向上运动，下叶片203连接的下滑块6向下运动，使风叶组件形成如图1所示的状态进行转动；本申请通过将上叶片201和下叶片203通过上滑块9和下滑块6与连接杆1连接，可使上叶片201和下叶片203沿连接杆1向下或向上滑动，进而改变风叶组件2的扫略面积，使风叶组件2更好的适应风力的大小。

具体的，采用软弹性橡胶件7作为回弹件，不仅因为软弹性橡胶件7弹性好，而且回弹力度大，可避免因拉力过大而断裂或者发生弹性形变而无法恢复原状的现象。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗强风的垂直轴风力发电机，包括底座(4)、设置在底座(4)内部的发电机(5)、设置在底座(4)上方的立柱(3)和风叶组件(2)，所述风叶组件(2)为圆弧形曲面，所述立柱(3)的顶部中心设有圆盘(8)，绕所述圆盘(8)中心上贯穿所述圆盘(8)设有若干连接杆(1)，所述连接杆(1)的上下两端分别套设有上滑块(9)和下滑块(6)，所述上滑块(9)和所述下滑块(6)分别与所述风叶组件的上下两端铰接连接，所述上滑块(9)和所述下滑块(6)均通过软弹性橡胶件(7)与所述风叶组件(2)中部固定连接，其特征在于：所述连接杆(1)的上下两端分别设有上挡块(10)和下挡块(11)，所述连接杆(1)外侧面均匀设有三个滑槽(101)，所述上挡块(10)内部设有与所述滑槽(101)连通的润滑油装置(12)，所述上滑块(9)和所述下滑块(6)上均设有与所述滑槽(101)相对应的凸起(13)。

2.根据权利要求1所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述润滑油装置(12)上设有三个独立的出油口(1201)，所述出油口(1201)与所述滑槽(101)的顶部连通。

3.根据权利要求1所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风叶组件(2)包括上叶片(201)、下叶片(203)和连接部(202)，所述连接部(202)的上下两端分别固定连接所述上叶片(201)和所述下叶片(203)，所述上叶片(201)和所述下叶片(203)远离所述连接部(202)的一端分别与所述连接杆(1)上的所述上滑块(9)和所述下滑块(6)铰接连接。

4.根据权利要求3所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上滑块(9)和所述下滑块(6)分别通过所述软弹性橡胶件(7)与所述连接部(202)固定连接。

5.根据权利要求1所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风叶组件(2)中间薄两头厚，所述风叶组件(2)分别与所述上滑块(9)和所述下滑块(6)铰接连接。

6.根据权利要求3所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上叶片(201)靠近所述上滑块(9)一侧的厚度大于靠近所述连接部(202)一侧的厚度，所述上叶片(201)的叶缘外薄内厚，所述下叶片(203)靠近所述下滑块(6)一侧的厚度大于靠近所述连接部(202)一侧的厚度，所述下叶片(203)的叶缘外薄内厚。

7.根据权利要求6所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上叶片(201)与所述下叶片(203)的形状结构均相同，所述上叶片(201)和所述下叶片(203)靠近所述连接部(202)一侧的厚度与所述连接部(202)的厚度相等。

8.根据权利要求7所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述连接部呈弧状(202)，所述连接部(202)的上下两端分别通过铰链与所述上叶片(201)的下底面和所述下叶片(203)的上顶面固定连接。

9.根据权利要求1所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风叶组件(2)对称设置，所述相对两风叶组件(2)相反布局，所述若干风叶组件(2)形成空心球状体，所述风叶组件(2)为偶数个，所述风叶组件(2)设有6-12个。

10.根据权利要求1所述的抗强风的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述连接杆(1)均匀固定在所述圆盘(8)上，所述连接杆(1)的数量与所述风叶组件(2)的数量相等，所述各连接杆(1)以及所述连接杆(1)上设置的所述风叶组件(2)绕所述圆盘(8)中心所在的竖直方向的轴转动。