CN204572338U - 垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机领域，具体而言，涉及一种垂直轴风力发电机。其包括发电机、风轮、大齿轮、小齿轮和风轮轴；所述大齿轮与所述风轮同轴且转动连接；所述大齿轮与所述小齿轮啮合；所述小齿轮与所述发电机连接，能够带动所述发电机转动并进行发电；所述风轮连接所述大齿轮，能够带动所述大齿轮转动。本实用新型提供的垂直轴风力发电机，通过在风轮轴上设置大齿轮，利用叶片带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮转动，使小齿轮的转速大于叶片的转速，小齿轮再带动发电机进行发电，实现了提高发电效率的目的。

Description

垂直轴风力发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，具体而言，涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和杯子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。世界上有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，有些还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。

垂直轴风力发电机最大优点是：风轮的旋转直径越大，风轮叶片宽度越大，这是垂直轴结构所决定的，也是垂直轴优势。这一点，水平轴所不具备的，也是水平轴的缺点。

垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

现有的垂直轴风力发电机还具有以下缺点：

1、现有垂直轴发电机，风轮与发电机同速转动，转动速度比较慢。

2、现有垂直轴发电机，叶片是升力型的，叶片结构设计：没有考虑顺风与逆风时，叶片不同的受力情况，所以启动困难。

3、现有垂直发电机，设计时没有考虑到，叶片的宽度，与叶轮旋转直径的关系(即旋转直径越大，叶片的宽度越大)，出现了叶片数量少、叶片窄的问题。风能作用的有效面面积少，因此效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种垂直轴风力发电机，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了一种垂直轴风力发电机，包括发电机、风轮、大齿轮、小齿轮和风轮轴；

所述大齿轮与所述风轮同轴且转动连接；

所述大齿轮与所述小齿轮啮合；

所述小齿轮与所述发电机连接，能够带动所述发电机转动进行发电；

所述叶片通过所述连接杆连接所述大齿轮，能够带动所述大齿轮转动。

进一步的，所述风轮包括叶片和连接杆；

所述叶片通过所述连接杆与所述大齿轮连接。

进一步的，所述大齿轮为内齿轮。

进一步的，垂直轴风力发电机还包括轴承座；

所述轴承座通过第一轴承与所述风轮轴转动连接；

所述轴承座外侧设置有与所述叶片连接的加强杆。

进一步的，所述轴承座设置在所述大齿轮的上方。

进一步的，所述叶片为弧形板；

所述弧形板的凹面与所述连接杆连接。

进一步的，所述叶片的宽度M与所述叶片至风轮轴的轴线的距离L的比值为：

M/L＝1/3。

进一步的，所述大齿轮与所述小齿轮之间设置有变速装置，用于增加所述小齿轮的转速。

进一步的，所述大齿轮与所述风轮轴之间设置有第二轴承。

进一步的，所述叶片为8片。

本实用新型提供的垂直轴风力发电机，通过在风轮上设置大齿轮，利用叶片带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮转动，使小齿轮的转速大于叶片的转速，小齿轮再带动发电机进行发电，实现了提高发电效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型垂直轴风力发电机的结构示意图；

图2为本实用新型垂直轴风力发电机的另一种结构示意图。

附图标记：

1：叶片          2：加强杆      3：大齿轮

4：小齿轮        5：连接杆      6：发电机

7：风轮轴        8：转动盘      9：轴承座

10：第一轴承     11：第二轴承   12：固定杆

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如附图所示，本实用新型提供了一种垂直轴风力发电机，包括发电机6、风轮轴7、大齿轮3和小齿轮4；

所述大齿轮3与所述风轮轴7同轴且转动连接；

所述大齿轮3与所述小齿轮4啮合；

所述小齿轮4与所述发电机6连接，能够带动所述发电机6转动并进行发电；

所述风轮连接所述大齿轮3，能够带动所述大齿轮3转动。

当风吹动风轮转动时，风轮带动在风轮轴7上转动连接的大齿轮3转动，大齿轮3再进一步带动小齿轮4转动，小齿轮4与发电机6的电机轴同轴固定连接，带动发电机6转动进行发电。

由于大齿轮3与小齿轮4的直径、齿数等参数不同，大齿轮3的直径大于小齿轮4的直径，大齿轮3的齿数多于小齿轮4的齿数，进而导致大齿轮3与小齿轮4啮合时小齿轮4的转速大于大齿轮3的转速，也就是大于风轮的转速，进而实现了对风轮转速的提速，提高了发电效率的效果。

通过大齿轮3与小齿轮4进行的一级齿轮变速，可以实现发电机6转速比风轮转速快12.31倍。

优选的实施方式为，所述风轮包括叶片和连接杆；

所述叶片通过所述连接杆与所述大齿轮连接。

将叶片通过连接杆与大齿轮连接后，能够使风直接吹动叶片，进而利用叶片带动大齿轮转动。

优选的实施方式为，所述大齿轮3为内齿轮。

内齿轮即齿圈，是将齿轮齿设置在内圈上，与相应的外齿轮啮合使用的一种齿轮。

将大齿轮3设置为内齿轮，能够极大的节约垂直轴风力发电机的整体体积，降低整体的成本，并且不仅不会降低垂直轴风力发电机的发电效率，还会对发电效率的提升有帮助。

当大齿轮3为内齿轮时，其通过固定杆12与风轮轴7转动连接，再将外圈与连接杆5固定连接，此时，可以将大齿轮3的直径制作的较大一些，其只要在叶片1行进轨迹所做的圆的内部即可。

此时，大齿轮3的直径与小齿轮4的直径的比值较大，传动比较大，进而能够使小齿轮4的转速提升的更高，进而发电机6的发电效率就会更高。

当大齿轮3为内齿轮时，小齿轮4与发电机6的位置固定不动，大齿轮3转动带动小齿轮4转动，实现对发电机6提供发电动力。

需要指出的是，大齿轮3的形式可以是通过固定杆12与风轮轴7转动连接的齿圈，但不仅仅局限于齿圈，还可以是在齿圈的一侧固定设置与风轮轴7转动连接的转动盘8，通过转动盘8对大齿轮3进行加固，避免只有一个齿圈时齿轮叶片1通过连接杆5带动齿圈转动时，对齿圈的剪切应力太大而造成齿圈的断裂等，影响整个垂直轴发电机6的寿命。此时，小齿轮4在齿圈内与齿圈啮合，发电机6在齿圈远离转动盘8的一侧与小齿轮4固定同轴连接。

变速结构的设置方式还可以是如下方式：

垂直轴风力发电机还包括转动盘8；

转动盘8外侧与连接杆5连接；

转动盘8与风轮轴7转动连接；

转动盘8与大齿轮3同轴且固定连接，能够带动大齿轮3转动。

当给大齿轮3设置转动盘8时，大齿轮3还可以是设置为外齿轮的形式。

此时，转动盘8与连接杆5的一端固定连接，连接杆5的另一端与叶片1固定连接，连接杆5大齿轮3与转动盘8同轴固定连接，转动盘8和大齿轮3均与风轮轴7转动连接，小齿轮4与大齿轮3啮合，发电机6设置在小齿轮4远离转动盘8的一侧。

大齿轮3与转动盘8的连接，可以是直接固定连接，也可以是通过连接套进行固定连接等，只要能够将大齿轮3和转动盘8固定连接在一起，实现转动盘8与大齿轮3同轴同速转动即可。

将大齿轮3设置为外齿轮，可以增加大齿轮3的抗剪切应力的强度，避免了叶片1受风力的影响对大齿轮3增加的转速太大而产生较大的剪切应力，进而对大齿轮3的寿命产生影响。

优选的实施方式为，垂直轴风力发电机还包括轴承座9；

所述轴承座9通过第一轴承10与所述风轮轴7转动连接；

所述轴承座9外侧设置有与所述叶片1连接的加强杆2。

在风轮轴7的上部设置轴承座9，轴承座9内设置第一轴承10，也就是说轴承座9通过第一轴承10与风轮轴7进行转动连接。

在轴承座9的外侧连接加强杆2的一端，加强杆2的另一端与叶片1连接。进而是叶片1的上下两端均能与风轮轴7转动连接，保证了叶片1在绕风轮轴7进行转动时的稳定性。

优选的实施方式为，所述轴承座9设置在所述大齿轮3的上方。

轴承座9设置在大齿轮3的上方，由于大齿轮3的重量较轴承座9重，因此将较重的部件设置在下方，能够使整个垂直轴风力发电机的叶片1在转动时更加的稳定，即下方的大齿轮3进行固定连接，上方的轴承座9进行加强连接，避免了叶片1转速过大时由于离心力的原因而使叶片1从大齿轮3上脱落。

需要指出的是，大齿轮3可以是设置在轴承座9的下方，但不仅仅局限于这样的设置方式，大齿轮3还可以是设置在轴承座9的上方，也可以是在大齿轮3的上下两侧均设置有轴承座9，也就是说，只要能够通过大齿轮3和轴承座9的配合设置，增加叶片1在垂直轴风力发电机上的固定强度即可。

优选的实施方式为，所述叶片1为弧形板；

所述弧形板的凹面与所述连接杆5连接。

将叶片1设置为弧形板，弧形板的凹面通过连接杆5与大齿轮3连接，作为动力面，弧形板的凸面背离大齿轮3设置，作为阻力面。

当风吹来时，由于弧形板的凹面具有兜风的功能，可以为风产生较大的阻力，通过力的相互作用的原理，就是说风通过凹面给弧形板提供较大的动力，使弧形板能够通过连接杆5带动大齿轮3绕风轮轴7转动。

当弧形板转到对面的时候，叶片1反向，凸面面对迎风方向，而由于弧形板的凸面对风产生的阻力相对较小，风对叶片1转动时的阻力也就会较小，就避免了叶片1在转动时的两个转动状态下的风阻力抵消的情形产生，使叶片1的转动更加的快速和容易。

也就是说，通过将叶片1设置为弧形板的形状，使叶片1的顺风和逆风两个状态下受到的风力不同，进而使垂直轴风力发电机的启动变得简单容易。

优选的实施方式为，所述叶片1的宽度M与所述叶片至风轮轴的轴线的距离L的比值为：

M/L＝1/3。

如：3米的旋转直径，叶片的宽度0.5米；5米的旋转直径，叶片的宽度0.8米。

这样的设置，叶片1的宽度在原来的基础上增加了2-3倍，由于叶片1为弧形板，所以风能作用的有效面积有可能会是增加了10倍左右，甚至更多，大大的提高了大齿轮3的转动速度，也就提高了发电机6的发电效率。

优选的实施方式为，所述大齿轮3与所述小齿轮4之间设置有变速装置，用于增加所述小齿轮4的转速。

在大齿轮3与小齿轮4之间再设置变速装置，通过变速装置，能够进一步增加小齿轮4的转速，进而提高发动机的发电效率。

变速装置可以是通过几个直径不一的齿轮相互啮合来实现，也可以是通过齿轮与齿条的配合、皮带与皮带轮的配合等多种方式实现变速，其只要能够实现提供小齿轮4的转速即可。

优选的实施方式为，所述大齿轮3与所述风轮轴7之间设置有第二轴承11。

在大齿轮3与风轮轴7之间设置第二轴承11，通过第二轴承11减小风轮轴7与大齿轮3之间的摩擦，降低风轮轴7对大齿轮3的阻力，进而提高大齿轮3的转速，进一步就能提高了小齿轮4的转速，最终实现提高发电机6的发电效率的目的。

优选的实施方式为，所述叶片1为8片。

将叶片1设置为8片，且8片叶片1以风轮轴7为中心均匀设置，可以增加叶片1为大齿轮3提供的动力，也能够使力度均匀，不会对大齿轮3产生较大的剪切应力。

需要指出的是，叶片1可以是设置为8片，但其不仅仅局限于8片的设置数量，其还可以是其他如6片、如9片、如10片等，其只要能够均匀设置在风轮轴7的周围即可。

本实用新型提供的垂直轴风力发电机，通过在风轮轴7上设置大齿轮3，利用叶片1带动大齿轮3转动，大齿轮3带动小齿轮4转动，使小齿轮4的转速大于叶片1的转速，小齿轮4再带动发电机6进行发电，实现了提高发电效率的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电机，其特征在于，包括发电机、风轮、大齿轮、小齿轮和风轮轴；

所述大齿轮与所述风轮轴同轴且转动连接；

所述大齿轮与所述小齿轮啮合；

所述小齿轮与所述发电机连接，能够带动所述发电机转动并进行发电；

所述风轮连接所述大齿轮，能够带动所述大齿轮转动。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述风轮包括叶片和连接杆；

所述叶片通过所述连接杆与所述大齿轮连接。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述大齿轮为内齿轮。

4.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，还包括轴承座；

所述轴承座通过第一轴承与所述风轮轴转动连接；

所述轴承座外侧设置有与所述叶片连接的加强杆。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述轴承座设置在所述大齿轮的上方。

6.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片为弧形板；

所述弧形板的凹面与所述连接杆连接。

7.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片的宽度M与所述叶片至风轮轴的轴线的距离L的比值为：

M/L＝1/3。

8.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述大齿轮与所述小齿轮之间设置有变速装置，用于增加所述小齿轮的转速。

9.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述大齿轮与所述风轮轴之间设置有第二轴承。

10.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述叶片为8片。