CN201884132U - 一种垂直轴风力发电机组 - Google Patents

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张新玉
陈修强
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Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机组,包括一级塔筒(1),所述一级塔筒(1)支撑有一级发电机(2),所述一级发电机(2)连接有一级叶轮(3);所述一级塔筒(1)进一步支撑有二级塔筒(4),所述二级塔筒(4)支撑有二级发电机(5),所述二级发电机(5)连接有二级叶轮(6)。具体地,所述二级发电机(5)包括二级主轴(51),所述二级主轴(51)支撑于所述二级塔筒(4)上。该垂直轴风力发电机组的结构设计能够有效提高单机容量和风能的利用效率,并且结构比较简单,制造成本较低。

Description

一种垂直轴风力发电机组
技术领域
[0001] 本实用新型涉及风力发电技术领域,特别涉及一种垂直轴风力发电机组。 背景技术
[0002] 风能是是取之不尽用之不竭的,是目前清洁、无污染的可再生能源之一,利用风力 发电可以减少环境污染,减少煤炭和石油等不可再生资源的使用。随着全球煤炭、石油等不 可再生资源的枯竭,风力发电越来越受到各国政府的重视。
[0003] 当今世界,随着风电的不断发展,人们越来越多的追求单机容量大、发电效率高和 综合成本低的大功率风力发电机组。但是目前大功率风力发电机组以水平轴为主导发展方 向,但是对于水平轴风力发电机组来说,随着其单机功率的增加,单机的重量也大幅增加, 从而给风机的安装、使用及维护等方面都带来了困难。
[0004] 此外,风力发电机组还具有另一种发展方向,亦即垂直轴风力发电机组。该垂直轴 风力发电机组具有如下两个优点:
[0005] 第一,垂直轴风力发电机组不需专门的调向装置,结构设计简单;
[0006] 第二,齿轮箱和发电机可以安装在地面上或者低空位置,运行及维修简便。
[0007] 垂直轴风力发电机组虽然具有上述两个优点,但是由于近地面风轮受到的风力较 小,使得垂直轴风力发电机组的风能转换效率较低;此外,单个风轮风能利用率低,单机容
量较小。
[0008] 有鉴于此,如何对现有技术中的垂直轴风力发电机组加以改进,使得其提高单机 容量和风能利用效率,是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
[0009] 本实用新型要解决的技术问题为提供一种垂直轴风力发电机组,该垂直轴风力发 电机组的结构设计能够有效提高单机容量和风能的利用效率,并且结构比较简单,制造成 本较低。
[0010] 为解决上述技术问题,本实用新型提供一种垂直轴风力发电机组,包括一级塔筒, 所述一级塔筒支撑有一级发电机,所述一级发电机连接有一级叶轮;所述一级塔筒进一步 支撑有二级塔筒,所述二级塔筒支撑有二级发电机,所述二级发电机连接有二级叶轮。
[0011 ] 优选地,所述二级发电机包括二级主轴,所述二级主轴支撑于所述二级塔筒上。
[0012] 优选地,所述二级主轴的外部可旋转连接有二级外壳,所述二级叶轮连接于所述 二级外壳上。
[0013] 优选地,所述二级叶轮通过二级支架连接于所述二级外壳上。
[0014] 优选地,所述二级外壳与所述二级主轴之间形成有二级腔体,所述二级腔体内设 有连接于所述二级主轴外部的二级定子,所述二级腔体的内设有套装于所述二级定子的外 部并且与所述二级外壳固定连接的二级转子。
[0015] 优选地,所述二级外壳通过二级轴承连接于所述二级主轴的外部。
3[0016] 优选地,所述一级发电机包括一级主轴,所述一级主轴支撑于所述一级塔筒上,且 所述一级塔筒进一步通过所述一级主轴支撑所述二级塔筒。
[0017] 优选地,所述一级主轴的外部可旋转连接有一级外壳,所述一级叶轮连接于所述 一级外壳上。
[0018] 优选地,所述一级叶轮通过一级支架连接于所述一级外壳上。
[0019] 优选地,所述一级外壳与所述一级主轴之间形成有一级腔体,所述一级腔体内设 有连接于所述一级主轴外部的一级定子,所述一级腔体的内设有套装于所述一级定子的外 部并且与所述一级外壳固定连接的一级转子。
[0020] 在现有技术的基础上,本实用新型所提供的垂直轴风力发电机的一级塔筒进一步 支撑有二级塔筒,二级塔筒支撑有二级发电机,该二级发电机连接有二级叶轮。相对于现有 技术,本实用新型增加了一个二级发电机,因而增加了单机容量;并且由于叶轮采用的双层 结构,包括一级叶轮和二级叶轮,因而可以最大限度地捕捉风能,提高了风能的利用效率。 此外,本实用新型在现有技术的一级塔筒的基础上,增加了二级塔筒,并且二级塔筒支撑有 二级发电机,其他结构无须作出改变,因而结构比较简单,制造成本较低。
[0021] 综上所述,本实用新型所提供的垂直轴风力发电机组能够有效提高单机容量和风 能的利用效率,并且结构比较简单,制造成本较低。
附图说明
[0022] 图1为本实用新型一种实施例中垂直轴风力发电机组的结构示意图;
[0023] 图2为图1中二级发电机的结构示意图;
[0024] 图3为图1中一级发电机的结构示意图。
[0025] 其中,图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
[0026] 1 一级塔筒;2—级发电机;21 —级主轴;22 —级外壳;23 —级支架;对一级定子; 25 一级转子J6 —级轴承;27 —级护罩;
[0027] 3 一级叶轮;4 二级塔筒;[0028] 5 二级发电机;51 二级主轴;52 二级外壳;53 二级支架力4 二级定子;55 二级转 子;56 二级轴承;57 二级护罩;
[0029] 6 二级叶轮。
具体实施方式
[0030] 本实用新型的核心为提供一种垂直轴风力发电机组,该垂直轴风力发电机组的结 构设计能够有效提高单机容量和风能的利用效率,并且结构比较简单,制造成本较低。
[0031] 为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案,下面结合附图和具 体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0032] 请参考图1,图1为本实用新型一种实施例中垂直轴风力发电机组的结构示意图。
[0033] 在一种实施例中,如图1所示,本实用新型所提供的垂直轴风力发电机,包括一级 塔筒1,一级塔筒1支撑有一级发电机2,具体地,一级发电机2支撑于一级塔筒1的顶面 上,一级发电机2连接有一级叶轮3。在此现有技术的基础上,一级塔筒1进一步支撑有二 级塔筒4,二级塔筒4支撑有二级发电机5,二级发电机5连接有二级叶轮6。[0034] 相对于现有技术,本实用新型增加了一个二级发电机5,因而增加了单机容量;并 且由于叶轮采用的双层结构,包括一级叶轮3和二级叶轮6,因而可以最大限度地捕捉风 能,提高了风能的利用效率。此外,本实用新型在现有技术的一级塔筒1的基础上,增加了 二级塔筒4,并且二级塔筒4支撑有二级发电机5,其他结构无须作出改变,因而结构比较简 单,制造成本较低。
[0035] 综上所述,本实用新型所提供的垂直轴风力发电机组能够有效提高单机容量和风 能的利用效率,并且结构比较简单,制造成本较低。
[0036] 需要说明的是,上述实施例对于二级发电机5和一级发电机2的结构不作限制,该 二级发电机5和一级发电机2无论采用何种结构,二者无论是采用相同结构,亦或采用不同 结构,均在本实用新型的保护范围之内。
[0037] 在上述实施例中,可以对二级发电机5的结构作出具体设计。请参考图1和图2, 图2为图1中二级发电机的结构示意图。
[0038] 如图2所示,二级发电机5包括二级主轴51,如图1所示,二级主轴51支撑于二级 塔筒4上,具体地,二级主轴51直接支撑于二级塔筒4的顶面上。显然,这种安装结构安装 比较方便,并且重量较低。
[0039] 在上述实施例中,还可以对二级叶轮6与二级发电机5之间的连接结构作出具体 设计。
[0040] 比如,请参考图2,二级主轴51的外部可旋转连接有二级外壳52,二级叶轮6连接 于二级外壳52上。二级叶轮6随着风力发生旋转,从而带动二级外壳52旋转,并进而带动 二级发电机5发电。二级叶轮6直接与二级外壳52连接,该种结构设计结构比较简单,制 造成本较低,并且安装方便,相对重量较低。
[0041] 进一步地,如图2所示,为了方便二级叶轮6与二级外壳52之间的连接,二级叶轮 6与二级外壳52之间还设有二级支架53,二级叶轮6通过该二级支架53连接于二级外壳 52上。
[0042] 具体地,如图2所示,二级外壳52外面设有二级护罩57,二级支架53从二级护罩 57中伸出,并进而与二级叶轮6连接。
[0043] 在上述实施例中,还可以对二级发电机5的二级定子M和二级转子55的结构作 出具体设计。
[0044] 比如,如图2所示,二级外壳52与二级主轴51之间形成有二级腔体,所述二级腔 体内设有二级定子54,并且该二级定子M固定连接于二级主轴21的外部;如图2所示,所 述二级腔体内还设有二级转子阳,该二级转子阳设于二级定子M的外部,并且二级转子 55与二级定子M之间具有适当的间隙,以便二级转子55能够绕二级定子M发生旋转;在 此基础上,二级转子55固定连接于二级外壳52上,具体地,二级转子55固定连接于二级外 壳52的内壁上。
[0045] 随着二级叶轮6的旋转,二级外壳52旋转,二级外壳52带动二级转子55绕二级 定子M发生旋转。
[0046] 在上述任一种技术方案中,如图2所示,二级外壳52与二级主轴51之间还设有二 级轴承56,二级外壳52通过该二级轴承56可旋转连接于二级主轴51的外部。
[0047] 在上述任一种实施例中,还可以对一级发电机2的结构作出具体设计。请参考图3,图3为图1中一级发电机的结构示意图。
[0048] 如图3所示,一级发电机2包括一级主轴21,如图1所示,一级主轴21支撑于一级 塔筒1上,具体地,一级主轴21直接支撑于一级塔筒1的顶面上;并且,如图1所示,一级塔 筒1进一步通过一级主轴21支撑二级塔筒4,该二级塔筒4直接支撑于一级主轴21的顶面 上。显然,这种安装结构安装比较方便,并且重量较低。
[0049] 在上述实施例中,还可以对一级叶轮3与一级发电机2之间的连接结构作出具体 设计。
[0050] 比如,请参考图3,一级主轴21的外部可旋转连接有一级外壳22,一级叶轮3连接 于一级外壳22上。一级叶轮3随着风力发生旋转,从而带动一级外壳22旋转,并进而带动 一级发电机2发电。一级叶轮3直接与一级外壳22连接,该种结构设计结构比较简单,制 造成本较低,并且安装方便,相对重量较低。
[0051] 进一步地,如图3所示,为了方便一级叶轮3与一级外壳22之间的连接,一级叶轮 3与一级外壳22之间还设有一级支架23,一级叶轮3通过该一级支架23连接于一级外壳 22上。
[0052] 具体地,如图3所示,一级外壳22外面设有一级护罩27,一级支架23从一级护罩 27中伸出,并进而与一级叶轮3连接。
[0053] 在上述实施例中,还可以对一级发电机2的一级定子M和一级转子25的结构作 出具体设计。
[0054] 比如,如图3所示,一级外壳22与一级主轴21之间形成有一级腔体,所述一级腔 体内设有一级定子24,并且该一级定子M固定连接于一级主轴21的外部;如图3所示,所 述一级腔体内还设有一级转子25,该一级转子25设于一级定子M的外部,并且一级转子 25与一级定子M之间具有适当的间隙,以便一级转子25能够绕一级定子M发生旋转;在 此基础上,一级转子25固定连接于一级外壳22上,具体地,一级转子25固定连接于一级外 壳22的内壁上。
[0055] 随着一级叶轮3的旋转,一级外壳22旋转,一级外壳22带动一级转子25绕一级 定子M发生旋转。
[0056] 在上述任一种技术方案中,如图2所示,一级外壳22与一级主轴21之间还设有一 级轴承沈,一级外壳22通过该一级轴承沈可旋转连接于一级主轴21的外部。
[0057] 此外,需要说明的是,在上述实施例中,一级发电机2和二级发电机5可实现独立 发电,可通过两个全功率变流器分别实现并网,也可通过一个全功率变流器对两级风力发 电机组实现并网,增加单机容量。
[0058] 一级叶轮3和二级叶轮6可根据叶轮支架的设计,实现两级叶轮的扫风区域串联 或交叉,尽可能提高风力发电机组的利用率;一级叶轮3与二级叶轮6可根据叶轮设计形 状,实现两级叶轮的同向旋转;为了更好的改善塔筒的受力状况,可改变叶轮的设计形状, 实现两级叶轮的逆向旋转;所述风力发电机组的一级支架23和二级支架53可安装变桨机 构,实现叶轮的变桨,提高风力发电机组的利用率。
[0059] 所述风力发电机组的一级发电机2和二级发电机5可采用永磁直驱同步发电机或 励磁直驱同步发电机,为了减轻发电机的重量和外形尺寸,所述两级发电机定子和转子的 材料可采用特殊材料,譬如超导材料。[0060] 以上对本实用新型所提供的一种垂直轴风力发电机组进行了详细介绍。本文中应 用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮 助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说, 在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进 和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种垂直轴风力发电机组,包括一级塔筒(1),所述一级塔筒(1)支撑有一级发电机 O),所述一级发电机(¾连接有一级叶轮(3);其特征在于,所述一级塔筒(1)进一步支撑 有二级塔筒G),所述二级塔筒(4)支撑有二级发电机(5),所述二级发电机(¾连接有二 级叶轮(6)。
2.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述二级发电机(5)包括二 级主轴(51),所述二级主轴(51)支撑于所述二级塔筒(4)上。
3.如权利要求2所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述二级主轴(51)的外部 可旋转连接有二级外壳(52),所述二级叶轮(6)连接于所述二级外壳(5¾上。
4.如权利要求3所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述二级叶轮(6)通过二级 支架(5¾连接于所述二级外壳(5¾上。
5.如权利要求3所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述二级外壳(52)与所述 二级主轴(51)之间形成有二级腔体,所述二级腔体内设有连接于所述二级主轴(51)外部 的二级定子(M),所述二级腔体的内设有套装于所述二级定子(54)的外部并且与所述二 级外壳(5¾固定连接的二级转子(55)。
6.如权利要求3至5任一项所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述二级外壳 (52)通过二级轴承(56)连接于所述二级主轴(51)的外部。
7.如权利要求1至5任一项所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述一级发电 机(¾包括一级主轴(21),所述一级主轴支撑于所述一级塔筒(1)上,且所述一级塔 筒(1)进一步通过所述一级主轴支撑所述二级塔筒G)。
8.如权利要求7所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述一级主轴的外部 可旋转连接有一级外壳(22),所述一级叶轮C3)连接于所述一级外壳0¾上。
9.如权利要求8所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述一级叶轮(3)通过一级 支架连接于所述一级外壳0¾上。
10.如权利要求8所述的垂直轴风力发电机组,其特征在于,所述一级外壳02)与所述 一级主轴之间形成有一级腔体,所述一级腔体内设有连接于所述一级主轴外部 的一级定子(M),所述一级腔体的内设有套装于所述一级定子04)的外部并且与所述一 级外壳0¾固定连接的一级转子05)。
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