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

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

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

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。 

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。 

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

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： 

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。 

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。 

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。 

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。 

本实用新型是这样实现的： 

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。 

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。 

所述的风力发电机：为了使装置在强风时受力对称、均匀，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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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

图1为本实用新型的主视结构图； 

图2为本实用新型的俯视结构图； 

图3为本实用新型的风能采集部件的主视结构图； 

图4为本实用新型的风能采集部件的俯视结构图； 

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

图1为本实用新型的主视结构图； 

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。 

图2为本实用新型的俯视结构图； 

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1a的平面之后，当风吹到导风板部件1的板面1a上，由于受导风板部件1的板面1a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1a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1a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1a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。 

如图3至图4所示，为本实用新型的风能采集部件结构图； 

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1a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(2)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(1)和同轴风轮部件(2)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(2)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。

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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