CN113550864A - 垂直式风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直式风力发电机，是属于新能源风力发电领域，其包括外部结构、轴心和地基(电机房)。风电机以钢铁为主的材料构成，外部结构通过钢丝绳牵引担肩、担肩之间的支架连接形成蜘蛛网式结构强化其整体强度、平衡性，可实现增强外部结构的承重，使风叶能够延长其与轴心距离、增大风叶的受风面积，从而增大风叶转化风能的效率。轴心是内、外轴心组成，双轴心增强轴心的强度。风叶在运转时受相关设备调节，其中五到六片风叶同时受力运转，其余二到三片风叶顺着风向(不产生阻力)，从而有效地利用更多的风能。

Description

垂直式风力发电机

●技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种风力发电的新能源领域。

●背景技术

当今社会发展，对能源的需求日渐增大，尤其是对环境污染低的新能源。然而作为新能源代表的风力发电 机，其设备造价高昂(后期维修成本高)、易损坏、发电量低等。因此，需要一种新型垂直式风力发电方 式以实现风力发电机的造价低、不易损坏、发电量高的需求。

●发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型垂直式风力发电方式可实现风力发电机的造价低、不易损坏、发 电量高的需求。

为了解决上述技术问题，

a.本发明垂直式风力发电机(以下简称为风电机)是由风机叶片(以下简称风叶)受到风能的吹动，转 化为动能驱动外部结构水平垂直(正方向)转动，外部结构垂直转动带动其连接的轴心(正方向)转 动，进而由轴心转动带动地基上的发电机，完成风电机将风能转化为电能的过程。

b.根据a的内容，由轴心带动的发电机转子，安装在发电机整体的定子下方，地基上的地脚。

c.根据a的内容，轴心是需要转动的，故轴心分为内、外轴心。其中外轴心与外部结构连接且其随之转 动，承担传输动能到发电机。内轴心是固定的，承担风电机的外部结构及轴心的重量，维持风电机的 平衡。

d.根据c的内容，轴心由内、外轴心组成，其用双轴心组成的结构，强化轴心的强度。

e.根据a的内容，连接于轴心的外部结构是垂直转动的，其垂直转动的平衡、稳定保证风电机的平衡、 稳定。外部结构中的担肩由钢丝绳牵引、固定，强化外部结构上下平衡。外部结构的担肩由多个支架 连接(呈蜘蛛网式的形状)，强化外部结构左右平衡。

f.根据d的内容，外部结构的担肩之间，是由多个支架连接(呈蜘蛛网式的形状)。外部结构在风电机 运转情况下，其内部的担肩通过支架，能够将风叶上的动能均匀传输到外轴心上。

g.根据a的内容，风叶安装在外部结构的桅杆上，其由桅杆为中心，风叶两端分为叶头和叶尾。

①风叶在接受风能时，叶头因接受面积比叶尾小，故叶头皆处于风的上头、叶尾处于风的下头。

②风叶在桅杆上的铁针限制下，使风叶只能进行其叶尾与其左边的箍架为中心正反各45°角度转 动。

③风叶在前两点条件下，其中一到二片风叶在顺风情况下，风叶与风向水平即不产生动能(不产生 阻力)，其它的风叶产生动能。

h.根据g的内容，桅杆上的铁针是限制风叶转动的角度的，也是启动、关停风电机的设备。铁针在限制 风叶转动时，风电机是处于启动阶段。铁针在由电机驱动，驱离其卡槽时，风叶无限制而顺风而动， 不产生动能，故风电机是处于关停阶段。

本发明的有益效果为：与现有风力发电机相比①本垂直式风力发电机(以下简称风电机)的风叶接受 风能的面积、数量更大。②风电机的外部结构用钢丝绳拉动、由支架组成蜘蛛网式的形状，轴心采用双轴 心，使风电机更加结实、安全。③风电机所用的材料可选市场常见的金属材料(除发电机)，后期维修设 备时跟换成本低，设备材料对环境污染低且可进行市场回收。④风电机的发电机机组安装在地面，降低维 修人员的检修难度。⑤风电机可接受四周不同的风向(垂直水平转动)，无需增加调整方向的电机及相应 的传感器。

●附图说明

以下将结合附图对本发明方案进行描述，其中：

图1为外部结构立体图。

图2为轴心平面图。

图3为基地及机电房平面图。

图4为担肩与钢丝绳连接平面图。

图5为担肩与支架连接平面图，其中5-1为箍架，5-2支架。

图6为风叶及桅杆、铁针连接平面图。

图7为风叶受力带动外部结构转动的俯视图(正方向转动)。

图8为风电机部件连接平面图。

其中：8为内轴心，由多段钢管连接组成，承受风电机(地基外)的重量。

9为外轴心，有多段钢管连接组成，其本身可转动传输动能到发电机转子。

10为平面轴承(套拨)，其上的套拨连接担肩。平面轴承将内、外正常分离，使外轴心转动。平面 轴承将内、外轴心形成整体，增强轴心整体的强度。

11为刹车设备，在风电机完全停止转动时启动，刹停风电机(保证维修人员的安全)。

12为电梯出入口(下方预留位置)，可安放润滑油管、电线路等设备。

13为发电机安放位置。

14为眼窥，是钢丝绳与外轴心连接设施。

15为钢丝绳，牵引担肩且连接在担肩牵引装置上。

16为下拉钢丝绳，限制外部结构向上的牵引绳。

17为担肩，连接于轴承(套拨)上且传输风叶动能。

18为铁针(箍头)，铁针是限制风叶转动的设备(其安装驱动电机)，箍头是担肩、箍架和桅杆连接 固定的装置。铁针驱离卡槽，风叶顺着风向转动(360°)不产生动能而关停风电机。

19为桅杆，分为内、外桅杆，中间有轴承连接，内桅杆是固定的，外桅杆是转动的且安装风叶的装 置。

20为风叶，分为叶头、叶尾。因风叶的厚度薄，故安装龙骨固定风叶。

21为轴心顶平台，是电梯上方出口、工作人员安放维修工具处和直升机停机坪。下方内轴心与轴心 顶平台连接。

22为启动电机。启动电机转动外轴心，风叶顺着风向转动(360°)，铁针上电机能驱动铁针卡入卡 槽，使铁针能限制风叶转动角度而风电机正常运转。

图9位风电机立体图。

●具体实施方法

如图1、2、3所示，一种新型垂直式风力发电机，包括外部结构、轴心和电机房(地基)。外部结构1 与轴心2连接，传输由风叶转化风能形成的动能到轴心2，再由轴心2将动能传输到发电机3，进行发电。 与现有风力发电机相比，本发明通过风力发电机垂直式转动方式将发电机3安装于地面，使发电机不受其 重量、体积的限制，维护人员能方便对其进行日常维护。

如图4、5所示，本发明的外部结构1中增强其结构强度的示意图，包括担肩17、钢丝绳15、支架5-2 和箍架5-1。钢丝绳15牵引担肩17，为担肩分担外部结构1整体重量，使外部结构1保持上下平衡。支架 5-2和箍架5-1连接在担肩17之间，是风叶20传输的动能，均匀地由担肩17传输到外轴心9，使外部结 构1能左右平衡。

与现有风力发电机相比，本发明可通过增加钢丝绳17、支架5-2和箍架5-1的数量，在外部结构1强 度不变的情况下，将外部结构1按比例放大，则风叶20亦可增大其面积、延长与轴心距离(杠杆原理)， 故在相同等级的风情况下，本发明的垂直风力发电机有更大的发电量。

如图6、7所示，本发明的风叶20及其开启、关停的相关设备，包括风叶20、桅杆19、铁针(箍头) 18和箍架5-1。风叶20水平安装在桅杆19上，桅杆19上的轴承可使风叶20能够三百六十度转动。铁针 (箍头)18在风电机启动的情况下，其限制风叶20在叶尾以左边箍架5-1为中心，正反各四十五角度下 转动。铁针(箍头)18在风电机关停的情况下，铁针(箍头)18驱离卡槽、不限制风叶20转动角度，风 叶20顺着风向且不产生动能。如图7所示，将风叶20转动区间分为ABCDEFGH八个区间，风叶20在 ABCDEF区间受风力运转，风叶20在G区间风叶的驱动力小，H区间没有铁针18角度限制而顺着风向(与 风向水平平衡)不产生动能且不产生阻力。风叶20在DE区间之间，风叶20顺风正方向转动至叶尾与正 方向四十五度之处且风叶20继续受风力。

与现有风力发电机相比，本发明垂直式风力发电机能用六叶片受力驱动风电机，故垂直式风力发电机 在相同等级的风时，能有更大的发电量。

Claims (7)

1.一种垂直转动式风力发电机，包括外部结构、轴心和地基(机电房)，其特征：风力发电机运转时，外部结构上的风机叶片(以下简称风叶)受到风力驱动产生动能，并驱动外部结构正方向转动，进而驱动轴心(外轴心)转动，将动能传输到发电机进行发电。

2.根据权利1要求所述的外部结构，其特征：外部结构是八棱柱状，是安装、稳定风叶(八片)、传输风叶转化的动能到轴心的设施。

3.根据权利要求2所述的外部结构，其特征：外部结构利用钢丝绳牵引分担整体重量、稳定上下平衡；外部结构利用支架支撑，形成蜘蛛网状增强强度、稳定左右平衡。

4.根据权利要求1、2其中所述的风叶，其特征：风叶运转时，受到铁针限制，使风叶在固定角度转动，其中风叶因角度影响，五片风叶受风驱动，转化风能为动能，三片风叶顺风而动不产生动能且不产生阻力，其中固定风叶的桅杆由内、外桅杆组成，增强风叶整体的强度。

5.根据权利要求1、2和4其中所述的风叶，其特征：风叶是由龙骨结构和金属材料组成，其龙骨是稳定风叶强度的结构。

6.根据权利要求1、2所述的轴心，其特征：轴心分为内轴心、外轴心，由平面轴承进行连接，双轴心的结构增强轴心的强度。

7.根据权利要求1、5其中所述的轴心，其特征：内轴心是固定的，承担包括外部结构和轴心的重量，稳定整体的平衡性；外轴心是通过平面轴承与内轴心分离、独立转动，传输动能到发电机上。

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