CN201858086U - 双轮直驱复合型垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合型叶片双风轮直驱的垂直轴风力发电机。主要由至少3个复合型叶片构成的可逆转的上下风轮、强风下的限速机构、发电机、集电环组成。复合型叶片为分离的头翼和尾翼由肋筋和封板连接而成。头翼横截面轮廓为抛物线或利用计算机技术生成的修正抛物线。尾翼为非对称尾翼或平板型。头翼横截面最大弦长与其外缘点至尾翼前缘点的连线夹角为22°-26°，头翼横截面最大弦长与叶片总长的比值为0.3～0.5。尾翼总弦长与叶片总长的比值为0.45～0.65。非对称尾翼最弯头为12～14％。本实用新型结构紧凑，易于制作，启动力矩小，作功力矩大，输出电压高，运行平稳，风能转化率高，性价比高，适于低风速地区的使用。

Description

双轮直驱复合型垂直轴风力发电机 

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机，尤其是一种双轮直驱复合型叶片结构的中小型垂直轴风力发电机 

背景技术

目前，国内外中小型垂直轴风力发电机多为单轮结构，叶片大多采用单纯的阻力型或升力型设计。 

阻力型风力发电机迎风面积大，做功力矩大，启动力矩小，具有一定的发电能力。但由于作功力矩是靠叶片的迎风面和背风面的阻力差来实现的，存在阻力平衡点，即转速不会随着风速的增加而无限增加。当风速达到某一值，即转速不再明显增加。叶尖速比较低(0.3-0.8)。虽具有相当的发电能力但由于转速的限制，输出电压低，存在有电不能输出的现象。目前主要的解决方法是配置增速机构，既而增加了设计的复杂性，也增加了制作成本。 

升力型风力发电机是靠翼型叶片形成的升力作为旋转力矩。在高风速下(10米/秒以上)有一定的发电能力，叶尖速比高(2-6)，输出电压较高，但由于用升力作为旋转动力，存在做功力矩小输出功率低的问题。并且要求风速较高。目前的解决方法是增加扫掠面积(约为理论计算的150％以上)和增加实度比或增加叶片的设计尺寸，无疑也是增加了制作成本。 

发明内容

众所周知，风力发电机的感生电动势与角速度成正比。角速度与旋转半径成反比。旋转力矩与旋转半径和旋转动力成正比。旋转力矩和风速的平方成正比。风功率与扫掠面积和风速的立方成正比。基于上述理论和大量实验数据的支持，本实用新型克服了上述背景技术所述的问题。提供一种微风下启动，弱风下发电，强风下平稳发电的双轮直驱复合型叶片的高效垂直轴风力发电机。 

包括：复合型叶片、复合型叶片及组件组成的上下风轮、限速机构、交流发电机、集电环。该发电机转子轴垂直于地面设置。 

复合型叶片由分离的头翼和尾翼组成，并通过若干肋筋和上下封板中心线轴对称连接。头翼横截面轮廓为抛物线或由计算机技术生成的修正抛物线。可降低迎风阻力。尾翼轮廓为平板形或非对称翼形。上下封板和肋筋前缘开有缺口，防止冬季积雪导致旋转失衡。头翼横截面最大弦长a与头翼最大深度b的比值(a/b)为0.5～1.。头翼横截面最大弦长线与其最大弦长线外缘点至尾翼前缘点的连线夹角为22°～26°。可避免空气分离(紊流)而降低转速。头翼横截面最大弦长a与叶片总长d的比值(a/d)为0.3～0.5.尾翼总弦长c与叶片总长d的比值(c/d)为0.45～0.65.非对称尾翼最弯头为12～14％。叶片安装攻角为7～14°。叶片的制作材料可为钢板、铝合金、复合材料及相应的制作工艺制作。 

至少3个复合型叶片通过悬臂与上风轮中心轴连接法兰连接，形成上风轮。上风轮中心轴通过法兰与固定在转子轴上的锥套法兰连接，可绕发电机中心轴线自由旋转。至少3个复合型叶 片通过悬臂与发电机定子上下法兰连接，形成下风轮。定子下法兰底部连有管轴及轴承座，通过轴承与固定在机架上的空心主支撑轴连接，并可绕发电机中心轴线自由旋转。上下风轮通过叶片安装方向的不同，可绕发电机中心轴线逆向旋转。 

定子上法兰与转子轴间设有限速机构。包括至少两个重锤和曲臂、调节弹簧、花键套、上下制动片。强风下重锤在离心的作用下，通过曲臂克服调节弹簧的压力，推动下制动片与上摩擦片接触产生磨擦力，限制发电机转速。转速过低时在调节弹簧压力的作用下制动片自动分离。可根据发电机的性能及当地的风力条件调节调节弹簧的压力使风力机在稳定的转速下运行，提高机械和电力系统的安全性。 

下风轮定子下法兰底部管轴内设有集电环，定子绕组导线通过集电环与固定在架体上的空心主支撑轴的中心孔导出，实现电力输出。 

本实用新型结构紧凑，易于制作，启动力矩小，作工力矩大，输出电压高，运行平稳，风能转化率高，性价比高，适于低风速地区的使用。 

附图说明

图1是，本实用新型的结构示意图 

图2是，一种风轮结构截面图 

图3是，复合叶片结构比值示意图 

图4是，复合叶片上下封板示意图 

图5是，复合叶片肋筋侧视结构示意图 

图1-图6图号： 

1.上风轮中心轴、2.支撑法兰、3.悬臂、4.中心轴定位法兰、5.锥套法兰、6.上制动片、7.下制动片、8.花键套、9.调节弹簧、10.调整螺母、11.管轴下法兰、12.轴承座法兰13.空心主支撑轴、14.空心主支撑轴中心孔、15.复合型叶片、16.锁紧螺母、17.转子轴、18.重锤及曲臂 19.曲臂支撑、20.定子上法兰、21.定子、22.定子下法兰、23.集电环、24.定子绕组导线 

25.管轴、26.轴承、27.轴承座、28.头翼、29.尾翼、30.肋筋 

具体实施方式

如图1所示，至少3个复合型叶片(15)通过悬臂(3)与上风轮中心轴(1)上的支撑法兰(2)连接。上风轮中心轴(1)通过中心轴定位法兰(4)与由锁紧螺母(16)固定在发电转子轴(17)上的锥套法兰(5)连接。锥套法兰(5)下圆柱部固定连接上制动片(6)。下制动片(7)与固定在发电机定子上法兰(20)上的花键套(8)滑动连接。调节弹簧(9)套接在花键套(8)外部，并与调整螺母(10)固定连接。重锤及曲臂(18)与固定在定子上法兰(20)上的曲臂支撑(19)铰接。至少3个叶片，通过悬臂，分别与固定在发电机定子(21)上的定子上法兰(20)和定子下法兰(22)连接。发电机支撑管轴下法兰(11)与轴承座法兰(12)连接，并将集电环(23)压接在轴承座(27)内。轴承座(27)通过轴承(26)与固定在支架上的空心主支撑轴(13)连接。发动机定子绕组导线(24)通过集电环(23)自空心主支撑轴的中心孔(14)引出。 

图2是本实用新型一个实施方式的风轮结构截面示意图。本例复合型叶片的头翼与肋筋材料为薄钢板，尾翼为复合材料。开有缺口的肋筋(30)与头翼(28)焊接，并通过螺栓与非对称尾翼(29)连接。悬臂(3)的两端分别与复合叶片的肋筋(30)和支撑法兰(2)螺栓连接。叶片攻角β为7°-14°。 

图3是复合叶片结构截面比例示意图，头翼(28)的横截面最大弦长a与横截面最大深度b的比值(a/b)为0.5-1。头翼横截面最大弦长线a与其最大弦长线外缘点至尾翼前缘点的连线夹角θ为22°-26°。头翼横截面最大弦长a与叶片总弦长d的比值(a/d)为0.3-0.5。尾翼总弦长c与叶片总弦长d的比值(c/d)为0.45-0.65。 

图4是一种复合叶片上下封板示意图，本例材料为薄钢板。头部外缘曲线为抛物线或由计算机技术生成的修正抛物线，前缘开有半圆缺口。 

图5是一种肋筋侧视结构示意图，本例材料为薄钢板。头部外缘曲线为抛物线或由计算机技术生成的修正抛物线，前缘开有半圆缺口。 

Claims (4)

1.一种双轮直驱复合型垂直轴风力发电机，包括：由复合型叶片组成的上下风轮、限速机构、集电环、交流发电机，其特征在于：至少3个复合叶片通过悬臂与中心轴上的支撑法兰连接，形成上风轮，至少3个复合叶片通过悬臂与定子上下法兰连接，形成下风轮，定子上法兰与转子轴间设有限速机构，定子下法兰的管轴内设有集电环，管轴通过法兰与轴承座连接，轴承座通过轴承与固定在架体上的空心主支撑轴连接。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：复合叶片由分离的头翼和尾翼组成，并由前缘开有缺口的肋筋中心线轴对称连接成整体叶片，头翼横截面轮廓为抛物线或由计算机技术生成的修正抛物线，尾翼为横截面为平板型或非对称翼型。

3.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：复合叶片的头翼横截面最大弦长a与其最大深度b的比值为0.5-1，头翼横截面最大弦长线a与其最大弦长外缘点至尾翼前缘点的连线夹角θ为22°-26°，头翼横截面最大弦长a与叶片总弦长d的比值为0.3-0.5，尾翼总弦长c与叶片总弦长d的比值为0.45-0.65，非对称尾翼最大弯度为12-14％。

4.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：上下风轮通过复合叶片安装方向的不同而逆向旋转。 

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