CN202031780U - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种垂直轴风力发电装置。包括由导风板和同轴风轮组成的左、右风能采集部件、前支架部件、固定立轴部件、后支架尾翼部件、分流板、左右发电机部件和调整电机等部件组成。本实用新型采用导风板形式增加装置的受风面积,减小风轮非做功区的回转阻力,提高风能利用率,增大输出功率和改善微风启动性能。根据发电机的转速,通过调整装置的迎风夹角来改变受风面积,提高装置的抗风能力、改善输出电压稳定性。采用上、下风槽和上、下同轴风轮结构,解决不同高度风速不同,影响发电效率的问题。由于转动风轮部件的直径相对较小,使装置结构简单,降低制造、运输和安装的难度和成本。

Description

一种垂直轴风力发电机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种利用风力发电的装置,尤其是能够实现高转速和高效率的垂直轴风力发电机,属于风力发电技术领域。
背景技术
[0002] 风力发电机的发展已经是全球能源发展的一种十分重要的方式。平行轴、垂直轴风力发电机是两种基本方式。
[0003] 大型平行轴风力发电机的叶片长度已经发展到极限,受运输、制造等条件的限制, 该风力发电机功率的提高已十分困难。大型平行轴风力发电机的叶片很长,叶片尖端速度非常高,所以噪音很高,对环境造成污染。
[0004] 垂直轴风力发电机由于噪音小,且运输、安装、维护简单。所以垂直轴风力发电机逐渐被广泛应用。但是由于垂直轴风力发电机旋转时受两侧力偶不平衡的影响,抗风能力差,所以风轮直径不能做的很大,所以发电功率始终不高,从而阻碍其发展。
发明内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种垂直轴风力发电设备,解决现有技术中存在的:
[0006] 1,现有水平轴或垂直轴风力发电机,由于旋转时风叶的反向阻力,抗风能力等问题,风叶的宽度不能做的很宽,所以现有水平轴或垂直轴风力发电机的受风面积不大,所以风能利用率低,且启动风速要求大。
[0007] 2,现有垂直轴风力发电机:无论是“S”型还是“H”型风力发电机,由于正向做功区和反向回转阻力区的力矩不同,对垂直支撑轴作用力不对称,特别是强风情况下,易使装置运转不稳定。且抗风能力差,反向阻力大。
[0008] 3,现有水平轴或垂直轴风力发电机。由于其旋转轮直径是固定不可调节的,所以在强风时需要采取刹车等增加旋转轮阻力的方式,避免发电机超速。
[0009] 4,现有垂直轴风力发电机,特别是大型垂直轴风力发电机,由于高、低层风速不同造成风轮上下受力不同,从而降低效率。
[0010] 本实用新型是这样实现的:
[0011] 一种垂直轴风力发电机,主要包括,左、右导风板部件1,左、右同轴风轮部件2,前支架部件3,固定立轴部件4,后支架尾翼部件5,分流板6,左右发电机部件7,连杆机构8、 丝杠9和调整电机10等主要部件组成。
[0012] 所述的风力发电机:为了用较小直径的风轮,获得较大的受风面积,从而得到较大的输出功率和良好的微风启动性能。本实用新型采用面积大的导风板部件1和直径相对较小的同轴风轮部件2组成本装置的风能采集部件。同轴风轮部件2安装在导风板部件1的后端,当风吹到导风板部件1的板面上,由于受板面的反作用力作用改变方向,气流沿导风板部件1板面向后移动,并吹动同轴风轮部件2做功。导风板部件1的板面上聚集的风能, 相当于增加了同轴风轮部件2叶片的受风面积,从而达到在不增加同轴风轮部件2直径的情况下,提高了装置的风能利用率、风轮转速、增大输出功率和改善微风启动性能。同时由于相对减小了旋转部件风轮的直径,降低了装备的制造、运输和安装的难度和成本。另外由于同轴风轮部件2安装在导风板部件1的末端,且轴线位于导风板部件1的迎风板面的平面之后,风只能吹到同轴风轮部件2的做功区域,而风轮的非做功的回转区域,由于导风板的遮档不受正面来风的吹动,从而减少了回转阻力,本装置风轮的风叶2a在平行于轴的方向做成V字形,尖部朝向旋转方向,这种形状可减小转动阻力,提高装置的效率。
[0013] 所述的风力发电机:为了使装置在强风时受力对称、均勻,本实用新型采用左、右两组对称的由导风板部件1和同轴风轮部件2组成的风能采集部件。由于是对称部件,所以固定立轴部件4的左、右受力是对称的。
[0014] 所述的风力发电机:为了使装置在强风时避免发电机部件7超速和减少整个装置的风阻,提高抗风能力,本实用新型采用改变左、右两个导风板部件1前端之间的夹角来调整装置的受风面积。当风速弱时,调整电机10正转,带动丝杠9转动,通过连杆机构8推动左、右导风板部件1,使前端夹角增大,受风面积增大,提高风能的利用率和改善装置的微风启动性能。随着风速增强,左、右发电机部件7转速提高,当达到一定的转速时,可使调整电机10反转,带动丝杠9转动,通过连杆机构8拉动左、右导风板部件1,使夹角减小,受风面积减小,从而提高抗风能力。
[0015] 所述的风力发电机:为了使装置的前端分流板6始终迎着来风方向,本实用新型采用将前支架部件3和后支架尾翼部件5,通过上转动轴套11和下转动轴套12连接在固定立轴部件4上,并可以以固定立轴部件4的中心旋转。左、右导风板部件1的前端连接在前支架部件3上,可随着前支架部件3绕固定立轴部件4的中心旋转。当风从任何方向吹来, 由于尾翼的作用,使装置绕固定立轴部件4的中心旋转,并保持分流板6在前,后支架尾翼部件5在后的迎风状态。
[0016] 所述的风力发电机:为了使左、右导风板部件1的档风板上挡住的风,不能从板的上、下边或从风轮的外侧流出而不经过风轮做功,,本装置在导风板部件1的迎风面的上边和下边,分别安装导风立板13和14,同轴风轮部件2的外侧安装阻风板16。使气流只能沿着板面向后移动,并通过推动同轴风轮部件2做功。
[0017] 所述的风力发电机:为了解决由于高、低层风速不同造成发电机效率降低的问题, 本实用新型装置采用在导风板部件1的迎风面的中间,安装中间导风立板15,中间导风立板15和上、下相邻的导风立板13和14组成上、下风槽,上、下风槽的末端各对应安装上、下同轴风轮部件2,同轴风轮部件2通过轴承20连接在轴21上,每个同轴风轮部件2上各安装一个同轴超越离合器19,当某一风槽的风速强,而使对应的同轴风轮部件2转速大于轴 21的转速时,该风轮的超越离合器19动作,使该风轮和轴21连接,从而带动轴21旋转,并通过带轮18和齿带17带动发电机部件7发电。当某一风轮转速小于轴的转速时,风轮和轴脱离,避免该风轮对轴产生阻力。
[0018] 总之本实用新型采用:1利用导风板来增加受风面积,减少风轮非做功区的回转阻力,提高装置的风能利用率,增大输出功率和改善装置的微风启动性能,降低装置的制造、运输和安装的难度和成本。2采用左右对称形式和改变左、右导风板前迎风夹角来调整装置的受风面积,避免发电机超速,提高装置的抗风能力,改善输出电压的稳定性。3采用上、下风槽和上、下同轴风轮结构,解决不同高度风速不同,而影响发电效率的问题。附图说明
[0019] 图1为本实用新型的主视结构图;
[0020] 图2为本实用新型的俯视结构图;
[0021] 图3为本实用新型的风能采集部件的主视结构图;
[0022] 图4为本实用新型的风能采集部件的俯视结构图;
[0023] 具体各部分的结构描述将结合具体的实施方式加以描述。
具体实施方式
[0024] 图1为本实用新型的主视结构图;
[0025] 图中固定立轴部件4是本装置的支持部件,其下端固定在大地或其他支架上,上转动轴套11和下转动轴套12连接在固定立轴部件4上,并可以绕固定立轴部件4的中心转动,前支架部件3的后上、下端,后支架尾翼部件5的前上、下端,分别通过螺栓22固定在上、下转动轴套11和12上。前支架部件3,固定立轴部件4,后支架尾翼部件5,分流板6的垂直中心面位于同一垂直平面内。当风从任何方向吹来,由于后支架尾翼部件5的作用,使装置绕固定立轴部件4的中心旋转,并保持分流板6在前,后支架尾翼部件5在后的迎风状态。
[0026] 图2为本实用新型的俯视结构图;
[0027] 图中导风板部件1和同轴风轮部件2组成的左、右风能采集部件,同轴风轮部件2 安装在导风板部件1的后端,且轴线位于导风板部件1的迎风板面Ia的平面之后,当风吹到导风板部件1的板面Ia上,由于受导风板部件1的板面Ia的反作用力作用,而改变气流的运动方向,气流沿导风板部件1的板面Ia向后移动,并吹动同轴风轮部件2做功。由于导风板部件1的板面Ia的遮档,同轴风轮部件2处于非做功的回转区域,不受正面来风的吹动,从而减少了回转阻力。左、右两组对称的由导风板部件1和同轴风轮部件2组成的风能采集部件连接于前支架部件3的前端。分流板6安装在前支架部件3的最前端,把中间来风分成左、左两部分,减小风阻,同时和后支架尾翼部件5共同作用,使装置的前端分流板6 始终迎着来风方向。图中所示由导风板部件1和同轴风轮部件2组成风能采集部件,位于装置垂直中心线平面的两侧,是对称的。图中所示,通过调整电机10的正向或反向转动,带动丝杠9转动,通过连杆机构8推动左、右导风板部件1,使前端夹角增大或减小,也就是使装置的受风面积增大或减小。阻风板16通过连杆机构8的带动和导风板部件1的迎风板面Ia保持一定的角度,从而阻挡气流从同轴风轮部件2外侧流出。
[0028] 如图3至图4所示,为本实用新型的风能采集部件结构图;
[0029] 图示:导风板1的迎风面的上、下边和中间位置安装导风立板13、14和15,导风立板之间形成上、下风槽,在上、下风槽的末端各对应安装上、下同轴的同轴风轮部件2,同轴风轮部件2通过轴承20连接在轴21上,每个同轴风轮部件2上各安装一个同轴超越离合器19,当某一风槽的风速强,而使对应的同轴风轮部件2转速大于轴21的转速时,该风轮的超越离合器19动作,使该同轴风轮部件2和轴21连接,从而带动轴21旋转,并通过带轮18 和齿带17带动左、右发电机部件7发电。当某一同轴风轮部件2转速小于轴21的转速时, 风轮和轴脱离,避免该风轮对轴产生阻力。轴21通过轴承连接在导风板部件1的后端。且轴线位于导风板部件1的迎风板面的平面Ia之后。左、右发电机部件7分别安装在左、右导风板部件1的非迎风面的下方,并通过齿带17、带轮18和同轴风轮部件2的轴21连接。 风轮的风叶 2a在平行于轴的方向做成V字形,尖部朝向旋转方向,减小回转阻力。

Claims (8)

1. 一种垂直轴风力发电机,包括由导风板部件(1)和同轴风轮部件(2)组成的左、右风能采集部件,前支架部件(3),固定立轴部件(4),后支架尾翼部件(5),分流板(6),左、右发电机部件(7),连杆机构(8)、丝杠(9)和调整电机(10);其特征在于:固定立轴部件(4)其下端固定在大地或其他支架上,前支架部件(3)、后支架尾翼部件(5)、分流板(6)的垂直中心面和固定立轴部件(4)的垂直中心面位于同一垂直平面内,该平面构成整个装置的中心一垂直平面;前支架部件(3)和后支架尾翼部件 (5),分别通过转动轴套(11)和(12)安装在固定立轴部件(4)上,由导风板部件(1)和同轴风轮部件(2)组成的左、右风能采集部件的前端,安装在前支架部件(3)的前端,且对称于装置的中心垂直平面两侧,并各自可以绕前端固定点的垂直中心线转动,整个装置可以绕固定立轴部件(4)的垂直中心线转动。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的由导风板(1) 和风轮⑵组成的左、右风能采集部件前端的迎风夹角,可通过调整电机(10)的正向或反向转动,带动丝杠(9)正向或反向转动,并通过连杆机构(8)推或拉动左、右导风板部件(1),使前端迎风夹角增大或减小,同时阻风板(16)通过连杆机构(8)的带动和导风板(1) 的垂直平面保持一定的角度。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的由导风板部件⑴和同轴风轮部件⑵组成的左、右风能采集部件,其同轴风轮部件(2)安装在导风板部件(1)的后端,且轴线垂直位于导风板(1)的迎风板面的垂直平面之后,在导风板部件(1)的迎风面的上边和下边,分别安装导风立板(13)和(14),风轮(2)的外侧安装阻风板(16)。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的由导风板部件(1)和同轴风轮部件(2)组成的左、右风能采集部件,其导风板(1)的迎风面面板的中间位置安装导风立板(15),并和导风立板(13)、(14)之间形成上、下风槽,在上、下风槽的末端各对应安装上、下同轴的风轮(2),风轮(2)通过轴承(20)连接在轴(21)上,每个风轮 (2)上各安装一个同轴超越离合器(19)。
5.根据权利要求1-2之一所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的由导风板部件(1)和同轴风轮部件(2)组成的左、右风能采集部件的风轮(2)的风叶,在平行于轴的方向做成V字形,且尖部朝向旋转方向。
6.根据权利要求1-2之一所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的发电机部件(7)分别安装在左、右导风板部件(1)的非迎风面的下方,并通过齿带(17)、带轮 (18)和风轮⑵的轴(21)连接。
7.根据权利要求1-2之一所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的装置安装有后支架尾翼部件(5),且垂直安装于装置的中心垂直平面内、固定立轴部件(4)之后ο
8.根据权利要求1-2之一所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的装置安装有分流板(6),且垂直安装于装置的中心垂直平面内、前支架部件(3)的前端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102619692A (zh) * 2012-03-26 2012-08-01 哈尔滨工程大学 可伸展式垂直轴风力发电机
CN102649253A (zh) * 2012-04-17 2012-08-29 诸暨市丰柯塑胶有限公司 带珠体角度调节锁紧装置的磨珠机
CN109915316A (zh) * 2019-04-26 2019-06-21 浙江海洋大学 一种具有自动调节功能的风能发电装置

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