CN209041021U - 一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机，涉及风力发电设备技术领域，包括支撑底架、导槽板、中心轴、叶片旋转支架、叶片和叶片中心轴，导槽板上具有导槽，叶片安装在叶片中心轴上，叶片中心轴与旋转支架转动连接，且在下端固定安装有角度控制件，控制件底面上的两个滑动件插入到导槽中，导槽板上在导槽的x型连通处具有可转动的拨叉，在导槽和拨叉的作用下叶片能够在背风面保持与风向平行，在迎风面始终与风向具有一定角度，本实用新型可以将迎风面的有效受风面积做到最大，并且完全消除了背风面的阻力，将风能的利用率做到最大化。

Description

一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别是涉及一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机。

背景技术

现今的风力发电机，按轴向分有水平轴和垂直轴风力发电机两种类型。水平轴风力发电机工作面积大，但收风面积小，风能利用率较低，成本较高，安装困难，维护不方便。垂直轴风力发电机，成本较低，安装较易，适合于作微小型的风力发电机。

要提高风力发电机的效率，就必须增大风力发电机的有效迎风面，水平轴风力发电机的工作面积大，但迎风面积小，致使风力发电机效率低，发电成本高。目前的大型垂轴式风力发电机的应用的阻力主要是由于垂轴式风力发电机比同直径的水平式风力发电机有效面积小，风能利用率低的问题。由于垂直轴风力发电机，成本较低，安装较易，因此增加垂轴式风力发电机的有效面积使其与水平轴风力发电机的有效面积相同，风能的利用效率能超过同直径的水平轴风力发电机，且更加容易推广使用。

垂直轴风力发电机是当今技术条件下效率最高、发电能力最强、成本最低、安装维修最为方便的一种。风力发电机其高效的工作、较低的造价可使风力发电机所发电的成本和价格进一步降低。对于风电行业来说由于水平轴风力发电机发电效率低下，如果没有政府的政策补贴和扶持，风电企业根本无法生存。而垂直轴风力发电机的效率理论上是水平轴风力发电机的数十倍，将在无政府补贴的情况下使风电企业能够正常运行。垂直轴风力发电机，由于其在二级风速状态下便可正常启动发电，因此其同样适合中低风速的风场使用，而中低风速区域对我国来说分布非常广泛，因此具有非常深远的发展前景。由于垂直轴风力发电机的效率在理论上达到百分之百，在可预见到数十年内，如果没有颠覆性的技术出现，将永远处于领先地位。

现有的垂直轴风力发电机依靠受风面和背风面的受力差来驱动风轮，而背风面的阻力无法完全消除，因此垂直轴风力发电的应用推广受到很大阻碍。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机，以解决现有技术中风轮背风面阻力较大导致的风能利用效率较低的问题。

本实用新型提供了一种风轮，包括支撑底架、导槽板和中心轴，所述支撑底架和导槽板均转动安装在所述中心轴上，且所述导槽板位于支撑底架的上方，所述中心轴在位于导槽板上方的侧壁上固定安装有叶片旋转支架，所述叶片旋转支架上围绕中心安装有多个叶片中心轴，每个所述叶片中心轴位于所述叶片旋转支架上方的部分均固定有一个叶片，所述叶片中心轴的底端穿过所述叶片旋转支架，在露出端固定安装有叶片角度控制件，所述叶片角度控制件的延伸方向与所述叶片平行，所述叶片角度控制件的底面两端分别垂直固定有滑动件；

所述导槽板的顶面上开设有导槽，所述滑动件插入至所述导槽中，所述导槽包括外槽和内槽，所述内槽位于外槽内部，且外槽和内槽相互连通，连通处为x型，所述导槽板顶面上靠近所述连通处的位置转动安装有拨叉，所述拨叉处于将所述外槽处于连通处上方的部分与所述内槽处于连通处下方的部分连通的转动位置，或者处于将所述外槽处于连通处下方的部分与所述内槽处于连通处上方的部分连通的转动位置。

基于相同的发明构思，本实用新型实施例还提供了具有上述风轮的垂直轴风力发电机，所述支撑底架固定在塔杆的顶端，所述中心轴与发电机的轴固定连接。

本实用新型实施例中的一种风轮及具有该风轮的垂直轴风力发电机，其有益效果在于：

1.本实用新型与现有的固定风叶的风力发电机相比，在受风面积相同的条件下，迎风面的有效面积做到了最大化。

2.本实用新型与现有的可调整风叶角度的风力发电机相比，完全消除了背风面的阻力。

3.本实用新型与现有的可调整风叶角度的风力发电机相比，利用导槽控制叶片的角度，使叶片的运行更加平稳，做到可靠性运动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例中风轮的水平示意图；

图2是图1中拨叉的结构示意图；

图3是图1中风轮的叶片在经过拨叉之前的状态示意图；

图4是图3中叶片的上部滑动件经过拨叉时的状态示意图；

图5是图3中叶片的下部滑动件经过拨叉时的状态示意图；

图6是图3中的叶片完全经过拨叉后的状态示意图。

附图标号说明：

100-支撑底架，200-导槽板，300-中心轴，400-叶片角度控制件，500-叶片旋转支架，600-叶片中心轴，700-滑动件，800-拨叉，810-转动部，820-导向部，830-转轴，900-叶片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种风轮，该风轮包括支撑底架100、导槽板200和中心轴300，所述支撑底架100的上表面中央开设有与所述导槽板200厚度相当，且大小匹配的槽，所述导槽板200安装在该槽中。所述支撑底架100和导槽板200的中心均开设有同轴的通孔，所述中心轴300通过轴承转动安装在所述支撑底架100和导槽板200的通孔中，以使所述支撑底架100和导槽板200能够相对于所述中心轴300转动。

所述中心轴300在位于导槽板200上方的外侧壁上固定安装有叶片旋转支架500，所述叶片旋转支架500为圆形板，其中心与所述中心轴300的中心重合。所述叶片旋转支架500上围绕中心安装有多个叶片中心轴600，多个所述叶片中心轴600均匀分布在以所述叶片旋转支架500为中心的圆上，每个所述叶片中心轴600均通过轴承转动安装在所述叶片旋转支架500上。

本实施例中，所述叶片中心轴600的数量为三个，两个所述叶片中心轴600与所述叶片旋转支架500的中心成120度角。当然，所述叶片中心轴600的数量也可以是两个、三个以上等数量，本实用新型实施例对数量不做具体限制。

每个所述叶片中心轴600位于所述叶片旋转支架500上方的部分均固定有一个叶片900，所述叶片中心轴600位于叶片900的中轴线上，所述叶片900能够在风力作用下移动，进而带动所述叶片旋转支架500转动。

所述叶片中心轴600的底端穿过所述叶片旋转支架500，在露出端固定安装有叶片角度控制件400，所述叶片角度控制件400具体为矩形板，该矩形板的长边与所述叶片900平行，所述叶片中心轴600固定在所述叶片角度控制件400顶面的中心。所述叶片角度控制件400的底面两端分别垂直固定有一个滑动件700，所述导槽板200的顶面上开设有导槽，所述滑动件700插入至所述导槽中。

所述导槽板200的顶面上还转动安装有一个拨叉800，如图2所示，所述拨叉800包括连接在一起的转动部810和导向部820，所述转动部810通过转轴830转动安装在导槽板200的顶面上。所述转动部810的宽度大于所述导向部820的宽度，因此在转动部810在与导向部820连接处形成位于导向部820两侧的拨壁，将外力施加在两个拨壁中的任意一个即可控制所述拨叉800转动一定角度。

参照图3-图6，所述导槽包括外槽和内槽两部分，这两个槽均为环形的闭合槽，所述中心轴300位于这两个环形槽的内部。所述内槽位于外槽内部，且外槽和内槽相互连通，连通处为x型，所述拨叉800即安装在所述导槽板200顶面上靠近所述连通处的位置，且所述拨叉800上的两个拨壁分别处于所述外槽和内槽的上方。所述拨叉800的导向部820在一个转动位置时将所述外槽处于连通处上方的部分与所述内槽处于连通处下方的部分连通，而当所述拨叉800的导向部820在另一个转动位置时将所述外槽处于连通处下方的部分与所述内槽处于连通处上方的部分连通，所述拨叉800同时只能处在上述两个转动位置中的一个。

所述导槽为轴对称形状，对称轴为所述连通处的中心与所述中心轴300中心的连线，与对称轴垂直的直线将所述导槽分为左右两部分，右部为以所述中心轴300的中心为圆心的同心半圆环，左部以对称轴为界分为上部和下部，上部和下部结构相同，本实施例仅以上部为例进行说明。上部的外槽和内槽在垂直于对称轴方向上的距离均处处相等。

在初始状态下，所述拨叉800处于将所述外槽处于连通处上方的部分与所述内槽处于连通处下方的部分连通的位置，所述叶片900在风力作用下带动所述叶片旋转支架500顺时针转动，因此所述叶片角度控制件400下方的两个滑动件700分别在所述外槽或内槽中顺时针滑动。在经过所述拨叉800之前，两个所述滑动件700分别位于所述外槽的下半部分和内槽的下半部分中，且由于内槽和外槽在左部中沿垂直于对称轴的方向距离处处相等，使得所述叶片旋转支架500在内槽和外槽的左部中始终处于与对称轴垂直的方向，即与来风方向平行，最大限度减小甚至消除了风轮在背风面的阻力，如图3、4和5所示，图中箭头方向即为来风方向。

在经过所述连通处时，由于位于所述内槽中的滑动件700距离更近，因此该滑动件700首先进入到连通处。且由于当前状态下所述拨叉800将所述外槽处于连通处上方的部分与所述内槽处于连通处下方的部分连通，因此该滑动件700沿着在所述内槽中的移动趋势直接进入到所述外槽中，同时在经过所述拨叉800时，滑动件700对所述拨叉800处于外槽上方的拨壁产生作用力，带动所述拨叉800顺时针转动一定角度，使所述拨叉800切换至另一个转动位置。

随着风力作用，所述叶片旋转支架400继续移动，当原本位于所述外槽中的滑动件700进入到连通处时，在所述拨叉800的导向作用下，该滑动件700沿着在所述外槽中的移动趋势直接进入到所述内槽中，同时在经过所述拨叉800时，滑动件700对所述拨叉800处于内槽上方的拨壁产生作用力，带动所述拨叉800逆时针转动一定角度，使所述拨叉800切换至初始的转动位置。

待所述叶片旋转支架500转动至所述导槽的右部时，由于右部的外槽和内槽为同心圆环，且内槽和外槽之间的距离等于两个所述滑动件700之间的距离，因此所述叶片旋转支架500始终指向所述中心轴300，在这个过程中所述叶片900的迎风面积逐渐增大，当所述叶片旋转支架500转动到与对称轴平行时所述叶片900的与风向垂直，即达到迎风面积达到最大，如图6中虚线位置所示。此后迎风面积逐渐较小，直到所述叶片旋转支架500转动到与对称轴垂直时所述叶片900的迎风面积减小到零，并再次进入到上述的初始状态，如此循环往复。

图3-6中的虚线圆圈表示所述叶片中心轴600的转动轨迹。

为了减小所述滑动件700在导槽中滑动时的阻力，所述滑动件700上安装有轴承，轴承可以将滑动过程中的阻力转换为滚动阻力，使阻力大大减小。

基于上述风轮，本实用新型实施例还提供了一种具有上述风轮的垂直轴风力发电机，所述支撑底架100固定在塔杆的顶端，所述中心轴300与发电机的轴固定连接，当叶片900转动时带动所述中心轴300转动，进而带动发电机发电。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种风轮，其特征在于，包括支撑底架(100)、导槽板(200)和中心轴(300)，所述支撑底架(100)和导槽板(200)均转动安装在所述中心轴(300)上，且所述导槽板(200)位于支撑底架(100)的上方，所述中心轴(300)在位于导槽板(200)上方的侧壁上固定安装有叶片旋转支架(500)，所述叶片旋转支架(500)上围绕中心安装有多个叶片中心轴(600)，每个所述叶片中心轴(600)位于所述叶片旋转支架(500)上方的部分均固定有一个叶片(900)，所述叶片中心轴(600)的底端穿过所述叶片旋转支架(500)，在露出端固定安装有叶片角度控制件(400)，所述叶片角度控制件(400)的延伸方向与所述叶片(900)平行，所述叶片角度控制件(400)的底面两端分别垂直固定有滑动件(700)；

所述导槽板(200)的顶面上开设有导槽，所述滑动件(700)插入至所述导槽中，所述导槽包括外槽和内槽，所述内槽位于外槽内部，且外槽和内槽相互连通，连通处为x型，所述导槽板(200)顶面上靠近所述连通处的位置转动安装有拨叉(800)，所述拨叉(800)处于将所述外槽处于连通处上方的部分与所述内槽处于连通处下方的部分连通的转动位置，或者处于将所述外槽处于连通处下方的部分与所述内槽处于连通处上方的部分连通的转动位置。

2.如权利要求1所述的风轮，其特征在于，所述支撑底架(100)的上表面中央开设有与所述导槽板(200)厚度相当，且大小匹配的槽，所述导槽板(200)安装在该槽中。

3.如权利要求1所述的风轮，其特征在于，所述拨叉(800)包括连接在一起的转动部(810)和导向部(820)，所述转动部(810)通过转轴(830)转动安装在所述导槽板(200)的顶面上，所述转动部(810)的宽度大于所述导向部(820)的宽度，在所述转动部(810)在与导向部(820)连接处形成位于导向部(820)两侧的拨壁，两个所述拨壁分别处于所述外槽和内槽的上方。

4.如权利要求1所述的风轮，其特征在于，所述导槽为轴对称形状，对称轴为所述连通处的中心与所述中心轴(300)中心的连线，与对称轴垂直的直线将所述导槽分为左右两部分，右部为以所述中心轴(300)的中心为圆心的同心半圆环，且内槽和外槽之间的距离等于两个所述滑动件(700)之间的距离，左部以对称轴为界分为上部和下部，上部的外槽和内槽在垂直于对称轴方向上的距离处处相等，下部的外槽和内槽在垂直于对称轴方向上的距离处处相等。

5.如权利要求1所述的风轮，其特征在于，所述滑动件(700)上安装有轴承。

6.具有权利要求1中所述风轮的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述支撑底架(100)固定在塔杆的顶端，所述中心轴(300)与发电机的轴固定连接。