CN212003427U - 双风轮垂直轴风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双风轮垂直轴风力发电装置，该装置包括内风轮总成A、外风轮总成B、塔架支承总成C和发电机组总成D；所述内风轮总成A和外风轮总成B设置在塔架支承总成C上，内风轮总成A设置在外风轮总成B里面彼此按相反方向旋转构成垂直双立轴回转体系，所述内风轮总成A上的内风轮轴套装在外风轮总成B上的外风轮轴的外面，所述内风轮轴和外风轮轴可各自沿轴向相对转动带动发电机组总成D实现发电。该装置结构简单合理、能够保证在风力机垂直轴两侧产生动力、能够保证输出的力矩平衡、能够保证风力机在微风时也能发电、风能利用率高。

Description

双风轮垂直轴风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及发电装置领域，具体的说是一种双风轮垂直轴风力发电装置，该装置是利用风力能源、江河水流力能源、海洋洋流力能源等可再生能源发电的发电装置。

背景技术

人类面对化石燃料资源的枯竭，开发利用风力能源、江河水流力能源、海洋洋流力能源这些可再生能源发电非常必要和有效，这些能源的储量十分巨大，这些能源的利用环境友好，具有广泛的应用前景，目前世界上风力机发电的装机总量在逐年增加。

现今应用的风力机风轮主要有两类，一类是水平轴风轮，一类是垂直轴风轮。这两类风力机相比较，升力型(水平轴)技术比较成熟，被广泛应用，由于此类发电装置的发电机是安装在风塔的顶部，安装和维修不方便。大型水平轴风力机的桨叶非常笨重，桨叶的制造技术要求高，制造成本大，且桨叶容易损坏，发电设备启动风速高，微风状态下不能使用。水平轴风力机必须设计迎风装置稳定其迎风功能。另一类阻力型垂直轴(竖轴)风力机主要是Φ型、H型和S型，还有一些其它型状，由于结构的限制要么是启动风速高，要么是受风面积小，要么是旋转翼的加工难度大，很难大型化。由于一般性的垂直轴风力机的风叶在迎风阻力区域阻力比较大，存在效率不高还有输出力矩不平衡的问题。

但比较而言，垂直轴风力机比水平轴风力机的结构要简单，转动力矩大，生产成本、运行维护等费用要低，不需要设计迎风装置。最重要的是，垂直轴风力机可以放在建筑物的顶部，风力机和建筑物有机地结合在一起，使得风力机可以大量普及推广使用。风力机的风轮是风力机的关键部件，如何解决目前垂直轴风力机风轮存在的效率低、输出力矩不平衡的问题，这是提高风力机风能利用率的关键所在。如何设计出结构简单、加工容易、风能利用率高、输出力矩平衡的垂直轴风力机风轮，这是风电系统的一个难题，解决这个难题才可以使风能这种可再生能源得以广泛的应用。另外风力机和发电机的匹配也存在一定的问题，不能保证风力机微风时也能发电。

中国专利(申请号92236222.X)公布一种名称为“风帆式风力动力装置”的在先申请，该装置是在立轴上径向均匀分布3～4个风帆组成风轮，风帆呈矩形框架，框架中间可以安装一排排百叶窗片组件，也可用钢丝纵横交叉构成网框和在网丝上穿挂的呈鱼鳞状分布的金属薄片或若干块尼龙、帆布组成。上述的“风帆式风力动力装置”缺点是风帆叶片不能升降，当风力机遭遇狂风时会损坏；而且风帆叶片在迎风区虽然迎风角度可以自由调整但其产生阻力也是比较大的，关键是在垂直轴的两侧只能一侧产生动力，并且还要被另一侧的风帆在迎风区产生阻力消耗很大一部分，所以风能利用率比较低，输出力矩不平衡，这和中国古代传统的垂直轴风力机原理是一样的，这类风力机已经不适用了。

传统的垂直轴风力机装置，都是风力机风帆在垂直轴一侧顺风区产生动力，而当此风帆进入垂直轴的另一侧迎风区时会产生阻力，这既降低了风力机的效率，也使得输出力矩不平衡。

实用新型内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种双风轮垂直轴风力发电装置，该装置结构简单合理、能够保证在风力机垂直轴两侧产生动力、能够保证输出的力矩平衡、能够保证风力机在微风时也能发电、风能利用率高。

本实用新型的目的是这样实现的，一种双风轮垂直轴风力发电装置，该装置包括内风轮总成A、外风轮总成B、塔架支承总成C和发电机组总成D；所述内风轮总成A和外风轮总成B设置在塔架支承总成C上，内风轮总成A 设置在外风轮总成B里面彼此按相反方向旋转构成垂直双立轴回转体系，所述内风轮总成A上的内风轮轴套装在外风轮总成B上的外风轮轴的外面，所述内风轮轴和外风轮轴可各自沿轴向相对转动，所述内风轮轴上的内风轮轴伞形齿轮和外风轮轴上的外风轮轴伞形齿轮连接发电机组总成D。

所述内风轮总成A包括内风轮轴、内风轮上圈圆周轨道、内风轮下圈圆周轨道、内风轮轴上端轴承和内风轮轴伞形齿轮；所述内风轮上圈圆周轨道和内风轮下圈圆周轨道通过径向均布设置的至少三个内风帆托架总成E与内风轮轴连接构成一个轮毂式结构，所述内风轮轴的上端设置有一个内风轮轴上端轴承、下端设置有一个内风轮轴伞形齿轮。

所述内风帆托架总成E包括内风轮圈顶部支承杆、内风轮圈底部支承杆、托帆网、托帆网支承杆风帆托架、风帆叶片和升降帆绳；至少三个托帆网支承杆风帆托架设置在上下相对应的内风轮圈顶部支承杆和内风轮圈底部支承杆之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网，所述带有升降帆绳的风帆叶片设置在托帆网的一侧，升降帆绳设置在内风帆托架总成E的顶部。

所述外风轮总成B包括外风轮轴、外风轮上圈、外风轮下圈、外风轮圈顶部支承杆、支承滚轮圆周轨道、外风轮轴下端轴承和外风轮轴伞形齿轮；所述外风轮上圈和外风轮下圈通过径向均布设置的至少三个外风帆托架总成 F与上下两个支承滚轮圆周轨道连接，每个所述外风帆托架总成F上端的外风轮托帆网支承杆顶部横梁径向连接外风轮圈顶部支承杆，所述外风轮圈顶部支承杆的另一端与外风轮轴固连，所述外风轮上圈和每个外风轮圈顶部支承杆上倾斜连接有外风轮圈顶部斜拉索，每根所述外风轮圈顶部斜拉索的顶端与外风轮轴连接，所述外风轮轴的下面设置有外风轮轴下端轴承和外风轮轴伞形齿轮。

所述外风帆托架总成F包括外风轮托帆网支承杆顶部横梁、外风轮托帆网支承杆底部横梁、外风轮圈顶部斜拉索、托帆网、托帆网支承杆风帆托架、风帆叶片和升降帆绳；至少三个所述托帆网支承杆风帆托架设置在上下相对应的外风轮托帆网支承杆顶部横梁和外风轮托帆网支承杆底部横梁之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网，所述带有升降帆绳的风帆叶片设置在托帆网的一侧。

所述塔架支承总成C包括支承滚轮、支承滚轮圈梁、内风轮轴下端轴承、外风轮轴上端轴承、动力输出主轴伞形齿轮、动力输出主轴、惯性旋转轮盘室、增速器及组合发电机室、塔架顶部支承杆、塔架底部支承杆、塔架底部支承圈梁、塔架中部支承圈梁、塔架上部支承立柱、塔架支柱和塔架基础底盘；所述塔架基础底盘上呈周向均布间隔设置有至少三个塔架上部支承立柱和塔架支柱，所述塔架支柱倾斜连接在塔架上部支承立柱的下端，在四个塔架上部支承立柱之间由上至下依次间隔设置有两个支承滚轮圈梁和一个塔架中部支承圈梁，在四个塔架支柱之间设置有一个塔架底部支承圈梁，所述塔架底部支承圈梁内部通过四个径向设置的塔架底部支承杆连接一个内风轮轴下端轴承，在四个所述塔架上部支承立柱的上端分别通过径向设置的塔架顶部支承杆连接一个外风轮轴上端轴承，每个所述支承滚轮圈梁上带有至少四个支承滚轮，所述塔架基础上还设置有动力输出主轴伞形齿轮、动力输出主轴、惯性旋转轮盘室和增速器及组合发电机室，所述动力输出主轴伞形齿轮连接动力输出主轴。

所述发电机组总成D包括动力输出主轴、惯性旋转轮盘室、和增速器及组合发电机室，所述内风轮轴下端的内风轮轴伞形齿轮、外风轮轴下端的外风轮轴伞形齿轮与动力输出主轴伞形齿轮相啮合，所述动力输出主轴伞形齿轮连接动力输出主轴，所述动力输出主轴上设置有惯性旋转轮盘室，所述动力输出主轴连接增速器及组合发电机室，所述增速器及组合发电机室由一级增速器、连接一级增速器的四级发电机和二级增速器、连接二级增速器的三级发电机和三级增速器、连接三级增速器的二级发电机和四级增速器、和连接四级增速器的一级发电机构成。

所述内风轮总成A上的内风帆托架总成E、外风轮总成B上的外风帆托架总成F能够倾斜悬挂。

所述内风轮总成A、外风轮总成B和塔架支承总成C的长度可根据需要增加或缩短。

本实用新型的优点和技术效果是：

1、本实用新型装置外风轮总成和内风轮总成的风帆叶片在迎风方向都是挂在托帆网的前面并且风帆叶片位于垂直轴的两侧，所以在风力的作用下外风轮总成在塔架外部旋转，内风轮总成在塔架内部和外风轮总成按相反方向旋转。内风轮轴设计为圆筒状，外风轮轴处于内风轮轴圆筒之内从上贯穿到下，在外风轮和内风轮的驱动下，外风轮轴和内风轮轴也按相反方向旋转。内风轮轴伞形齿轮和外风轮轴伞形齿轮位于动力输出主轴伞形齿轮的两侧，驱动动力输出主轴伞形齿轮旋转带动动力输出主轴旋转输出动力。

2、本实用新型装置由于内风轮总成和外风轮总成按相反方向旋转，外风轮总成风帆叶片在顺风动力做功区域能对内风轮总成的风帆叶片进行部分屏蔽遮挡而减小其在逆风阻力区的阻力。同理，内风轮总成风帆叶片在顺风动力做功区域能对外风轮总成风帆叶片进行部分屏蔽遮挡而减小其在逆风阻力区的阻力。

3、本实用新型装置在外风轮总成内侧的圆周轨道和内风轮上圈圆周轨道及内风轮下圈圆周轨道之间安装有支承滚轮，支承滚轮固定在支承滚轮圈梁上。支承滚轮随着外风轮总成内侧圆周轨道和内风轮上圈圆周轨道及内风轮下圈轨道的反方向转动而转动，通过支承滚轮的转动可以把外风轮和内风轮所产生的动力或阻力相互耦合传递，使外风轮总成和内风轮总成转动时动力克服阻力使动力输出趋于平稳。

4、本实用新型装置发电机组由多个发电机组成，在增速的过程中发电机组中的各发电机分别和各级增速轮通过皮带相连接，增速轮转速最快的四级增速器匹配连接功率最小的一级发电机，增速轮转速较慢的一级增速器匹配连接功率较大的四级发电机，依此类推。当有的发电机发电工作时，其他发电机可处在空载状态，实现小风发小电，大风发大电。

5、本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置可以用于江河水流力或海洋洋流发电，当用于江河水流力或海洋洋流发电时其金属构件要做防腐处理，齿轮传动部分、惯性旋转轮盘、增速器及发电机组要做防水处理进行密封。

附图说明

图1是本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置的主视图。

图2是本实用新型图1的俯视图。

图3是本实用新型图1中外风轮总成B的立体结构图。

图4是本实用新型图1中内风轮总成A的立体结构图。

图5是本实用新型图1中塔架支承总成C的立体结构图。

图6是本实用新型图1中上下支承滚轮机构的结构放大图。

图7是本实用新型内风帆托架总成E或外风帆托架总成F正面悬挂风帆叶片结构示意图。

图8是本实用新型内风帆托架总成E或外风帆托架总成F背面悬挂风帆叶片结构示意图。

图9是本实用新型发电机组总成D的结构框图。

图10是本实用新型图9中惯性旋转轮盘室结构示意图。

图11是本实用新型内风帆托架总成E或外风帆托架总成F上风帆叶垂直悬挂状态示意图。

图12是本实用新型图11中挡杆和风帆叶片正反面调换后的状态示意图。

图13是本实用新型图11中内风帆托架总成E或外风帆托架总成F倾斜悬挂时的状态示意图。

图14是本实用新型内风轮总成A和长度增加时内风轮总成A和与其匹配的塔架支承总成C的结构示意图。

图15是本实用新型传动机构中单齿轮变成双齿轮组传动时结构示意图。

上述附图的附图标记如下：

A―内风轮总成、B―外风轮总成、C―塔架支承总成、D―发电机组总成、E―内风帆托架总成、F―外风帆托架总成。

1―内风轮轴、2―外风轮轴、3―内风轮上圈圆周轨道、4―内风轮下圈圆周轨道、5―外风轮上圈、6―外风轮下圈7―内风轮圈顶部支承杆、8―内风轮圈底部支承杆、9―外风轮圈顶部支承杆、10―外风轮托帆网支承杆顶部横梁、11―外风轮托帆网支承杆底部横梁、12―外风轮圈顶部斜拉索、13―托帆网、14―托帆网支承杆风帆托架、14-1―挡杆、15―风帆叶片、16―升降帆绳、17―支承滚轮圆周轨道、18―支承滚轮、19―支承滚轮圈梁、20―内风轮轴上端轴承、21―内风轮轴下端轴承、22―内风轮轴伞形齿轮、22－1 第一伞形齿轮、23―外风轮轴上端轴承、24―外风轮轴下端轴承、25―外风轮轴伞形齿轮、25－1第二伞形齿轮、26―动力输出主轴伞形齿轮、26－1 第三伞形齿轮、26－2圆盘、27―动力输出主轴、28―惯性旋转轮盘室、 28-1－惯性旋转轮盘、28-2－动力输出主轴支承座、28-3－动力输出主轴承载轴承、28-4－基座、29―增速器及组合发电机室、30―塔架顶部支承杆、 31―塔架底部支承杆、32―塔架底部支承圈梁、33―塔架中部支承圈梁、 34―塔架上部支承立柱、35―塔架支柱、36―塔架基础底盘。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。

实施例1

由附图1、2所示：一种双风轮垂直轴风力发电装置，该装置包括内风轮总成A、外风轮总成B、塔架支承总成C和发电机组总成D。

所述内风轮总成A和外风轮总成B设置在塔架支承总成C上，内风轮总成A设置在外风轮总成B里面彼此按相反方向旋转构成垂直双立轴回转体系，所述内风轮总成A上的内风轮轴1套装在外风轮总成B上的外风轮轴2 的外面，所述内风轮轴1和外风轮轴2可各自沿轴向相对转动，所述内风轮轴1上的内风轮轴伞形齿22轮和外风轮轴2上的外风轮轴伞形齿轮25连接发电机组总成D。

由附图1、2、4所示：所述内风轮总成A包括内风轮轴1、内风轮上圈圆周轨道3、内风轮下圈圆周轨道4、内风轮轴上端轴承20和内风轮轴伞形齿轮22；所述内风轮上圈圆周轨道3和内风轮下圈圆周轨道4通过径向均布设置的多个内风帆托架总成E与内风轮轴1连接构成一个轮毂式结构(如图 4所示)，所述内风轮轴1的上端设置有一个内风轮轴上端轴承20、下端设置有一个内风轮轴伞形齿轮22。

由附图4、7、8所示：所述内风帆托架总成E包括内风轮圈顶部支承杆 7、内风轮圈底部支承杆8、托帆网13、托帆网支承杆风帆托架14、风帆叶片15和升降帆绳16；至少三个托帆网支承杆风帆托架14设置在上下相对应的内风轮圈顶部支承杆7和内风轮圈底部支承杆8之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网13，所述带有升降帆绳16(固定在托帆网的顶部)的风帆叶片15设置在托帆网13的一侧。

由附图1、2、3所示：所述外风轮总成B包括外风轮轴2、外风轮上圈5、外风轮下圈6、外风轮圈顶部支承杆9、支承滚轮圆周轨道17、外风轮轴下端轴承24和外风轮轴伞形齿轮25；所述外风轮上圈5和外风轮下圈6通过径向均布设置的至少三个外风帆托架总成F与上下两个支承滚轮圆周轨道 17连接，每个所述外风帆托架总成F上端的外风轮托帆网支承杆顶部横梁10 径向连接外风轮圈顶部支承杆9，所述外风轮圈顶部支承杆9的另一端与外风轮轴2固连，所述外风轮上圈5和每个外风轮圈顶部支承杆9上倾斜连接有外风轮圈顶部斜拉索12，每根所述外风轮圈顶部斜拉索12的顶端与外风轮轴2连接，所述外风轮轴2的下面设置有外风轮轴下端轴承24和外风轮轴伞形齿轮25。

由附图3、7、8所示：所述外风帆托架总成F包括外风轮托帆网支承杆顶部横梁10、外风轮托帆网支承杆底部横梁11、外风轮圈顶部斜拉索12、托帆网13、托帆网支承杆风帆托架14、风帆叶片15和升降帆绳16；

至少三个所述托帆网支承杆风帆托架14设置在上下相对应的外风轮托帆网支承杆顶部横梁10和外风轮托帆网支承杆底部横梁11之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网13，所述带有升降帆绳16的风帆叶片15设置在托帆网13的一侧，所述升降帆绳16固定在托帆网的顶部。

所述外风轮轴2、外风轮上圈5、外风轮下圈6、外风轮圈顶部支承杆9、外风帆托架总成F和支承滚轮圆周轨道17组装后构成一个轮毂式结构(如图 3所示)。

由附图1、2、5所示：所述塔架支承总成C包括支承滚轮18、支承滚轮圈梁19、内风轮轴下端轴承21、外风轮轴上端轴承23、动力输出主轴伞形齿轮26、动力输出主轴27、惯性旋转轮盘室28、增速器及组合发电机室29、塔架顶部支承杆30、塔架底部支承杆31、塔架底部支承圈梁32、塔架中部支承圈梁33、塔架上部支承立柱34、塔架支柱35和塔架基础底盘36；所述塔架基础底盘36上呈周向均布间隔设置有至少三个塔架上部支承立柱34 和塔架支柱35，所述塔架支柱35倾斜连接在塔架上部支承立柱34的下端，在四个塔架上部支承立柱34之间由上至下依次间隔设置有两个支承滚轮圈梁19和一个塔架中部支承圈梁33，在四个塔架支柱35之间设置有一个塔架底部支承圈梁32，所述塔架底部支承圈梁32内部通过四个径向设置的塔架底部支承杆31连接一个内风轮轴下端轴承21，在四个所述塔架上部支承立柱34的上端分别通过径向设置的塔架顶部支承杆30连接一个外风轮轴上端轴承23，每个所述支承滚轮圈梁19上带有至少四个支承滚轮18，所述塔架基础36上还设置有动力输出主轴伞形齿轮26、动力输出主轴27、惯性旋转轮盘室28和增速器及组合发电机室29，所述动力输出主轴伞形齿轮26连接动力输出主轴27。

由附图1、2、6所示：所述内风轮总成A、外风轮总成B和塔架支承总成C组装后上面的支承滚轮圆周轨道17对应内风轮上圈圆周轨道3、下面的支承滚轮圆周轨道17对应内风轮下圈圆周轨道4，至少四个所述支承滚轮18 设置在支承滚轮圆周轨道17与内风轮上圈圆周轨道3或内风轮下圈圆周轨道 4之间实现限位和驱动力矩的耦合平衡。

由附图1、9所示：所述发电机组总成D包括动力输出主轴27、惯性旋转轮盘室28、和增速器及组合发电机室29。所述内风轮轴1下端的内风轮轴伞形齿轮22、外风轮轴2下端的外风轮轴伞形齿轮25与动力输出主轴伞形齿轮26相啮合，所述动力输出主轴伞形齿轮26连接动力输出主轴27，所述动力输出主轴27横向贯通惯性旋转轮盘室28连接增速器及组合发电机室 29，所述增速器及组合发电机室29由一级增速器、连接一级增速器的四级发电机和二级增速器、连接二级增速器的三级发电机和三级增速器、连接三级增速器的二级发电机和四级增速器、和连接四级增速器的一级发电机构成。

由附图10所示：所述惯性旋转轮盘室28包括一个基座28-4、所述基座 28-4上间隔对称设置有两个动力输出主轴支承座28-2、所述动力输出主轴27通过动力输出主轴承载轴承28-3设置在输出主轴支承座28-2上，所述惯性旋转轮盘28-1设置在两个动力输出主轴支承座28-2之间动力输出主轴27 上。

由附图1、2所示：所述外风轮轴2穿过外风轮上部轴承23的内圈，再穿过内风轮轴1的内筒下部固定在外风轮轴底部轴承24内圈上，外风轮轴底部轴承24的外圈固定在塔架基础底盘36上，外风轮轴伞形齿轮25固定在外风轮轴2的下端并处于外风轮轴底部轴承24内圈的上面。内风轮轴上端轴承 20的内圈套在外风轮上端轴承23外圈的外面固定在塔架顶部支承杆30上，内风轮轴1筒套在内风轮轴上端轴承20外圈的外面并固定，内风轮轴1筒套在外风轮轴2的外面穿过内风轮下端轴承21的的内圈其下端固定内风轮轴伞形齿轮22，内风轮下端轴承21的外圈固定在塔架底部支承杆31上。在内风轮总成A上设有叁个或叁个以上的内风帆托架总成E，外风轮总成B上设有叁个或叁个以上的外风帆托架总成F，其中外风轮总成B上的托帆网支承杆风帆托架14固定在外风轮托帆网支承杆顶部横梁10和外风轮托帆网支承杆底部横梁11之间；内风轮总成A上的托帆网支承杆风帆托架14固定在内风轮圈顶部支承杆7和内风轮圈底部支承杆8之间。风帆叶片15悬挂在托帆网 13上，托帆网13绑附在托帆网支承杆风帆托架14上，在升降帆绳16的牵引下可以上下移动。外风轮的支承滚轮圆周轨道17靠在支承滚轮圈梁19上的支承滚轮18上在塔架外面旋转；内风轮的内风轮上圈圆周轨道3和内风轮下圈圆周轨道4倚靠在支承滚轮圈梁19上的支承滚轮18上，在塔架里面与外风轮按相反方向旋转，通过支承滚轮18的转动构成内风轮和外风轮构成驱动力矩耦合平衡系统。塔架支柱35和塔架上部支承立柱34以及连接它们的塔架顶部支承杆30、支承滚轮圈梁19、塔架中部支承圈梁33、和塔架底部支承圈梁32构成风力机的塔架支承总成C。外风轮轴2及外风轮顶部支承杆9和外风轮斜拉索12还有外风轮托帆网支承杆顶部横梁10和外风轮托帆网支承杆底部横梁11还有支承滚轮圆周轨道17构成外风轮旋转总成。内风轮上圈3和内风轮顶部支承杆7，内风轮下圈4和内风轮底部支承杆8还有托帆网支承杆风帆托架14构成内风轮旋转总成。动力输出主轴伞形齿轮26 处于内风轮轴伞形齿轮22和外风轮轴伞形齿轮25之间，内风轮轴伞形齿轮 22处于动力输出主轴伞形齿轮26的上面，外风轮轴伞形齿轮25处于动力输出主轴伞形齿轮26的下面，外风轮轴伞形齿轮25和内风轮轴伞形齿轮22 的反向旋转驱动动力输出主轴伞形齿轮26旋转通过动力输出主轴27输出动力，惯性旋转轮盘28-1固定在动力输出主轴27上。动力输出主轴伞形齿轮 26的转速经过增速器一级、二级、三级和四级等多级增速后，四级增速器转速最快和小功率一级发电机相匹配进行发电，三级增速器转速较快和比一级发电机功率稍大的二级发电机相匹配进行发电，同理，二级增速器和三级发电机相匹配进行发电，一级增速器和四级发电机相匹配发电。

由附图7、8、11所示：本实用新型根据风帆叶片15的挂法不同实现内风轮总成A、外风轮总成B按相反的方向旋转，在顺风区时，风帆叶片15一边固定在内风轮风帆托架径向外侧托帆网13上，处在迎风方向托帆网13的前面，当风吹来时被风力吹压在托帆网13上(如图11中的A－1所示，风向垂直纸面)对托帆网13产生推力，托帆网13对托帆网支承杆风帆托架14 产生推力，托帆网支承杆风帆托架14对风轮的上、下支承构件产生推力使内风轮延逆时针方向旋转，当风帆叶片15旋转到逆风区时由于其是处于托帆网的后面(如图11中的A－2所示，风向垂直纸面)被风吹离托帆网，随风飘动减少风轮在迎风区的阻力。这样当内风轮转动后，风帆叶片15在顺风区产生动力，在迎风区产生阻力循环往复。同理，在顺风区时，风帆叶片15一边固定在外风轮风帆托架径向外侧托帆网13上，处在迎风方向托帆网13的前面，当风吹来时被风力吹压在托帆网13上(如图11中的B－1所示，风向垂直纸面)对托帆网13产生推力，托帆网13对托帆网支承杆风帆托架14产生推力，托帆网支承杆风帆托架14对风轮的上、下支承构件产生推力使外风轮延顺时针方向旋转，当风帆叶片15旋转到逆风区时由于其是处于托帆网的后面(如图11中的B－2所示风向垂直纸面)被风吹离托帆网，随风飘动减少风轮在迎风区的阻力。这样当风轮转动后，风帆叶片15在顺风区产生动力，在迎风区产生阻力循环往复。

为防止风帆叶片15的过位现象的出现，在内风帆托架总成E和外风帆托架总成F外侧的托帆网支承杆风帆托架14上垂直安装多个轻质材料制成的挡杆14－1(如图7、8所示)以防止风帆叶片15在迎风区被乱流的风(比如旋风)吹到托帆网的前面而使风轮旋转停下来，挡杆14－1不能影响托帆网13上及其上面的风帆叶片15在托帆网支承杆风帆托架14上被升降帆绳16 拉动的上下滑动。托帆网13上的风帆叶片15可根据风力机的大小悬挂一片或多片。可以通过调整外风轮总成B或内风轮总成A的及塔架支承总成C半径，内风帆托架总成E、外风帆托架总成F风力机垂直轴径向的宽窄及其上悬挂风帆叶片15的个数及风帆叶片15的宽窄改变其迎风面积，改变其旋转力矩使得内风轮总成A和外风轮总成B的旋转力矩相等，保证动力输出主轴 27的旋转更加平稳。

参考图12：当风力机垂直轴(内风轮轴1、外风轮轴2)不变，将两个内风帆托架总成E和两个外风帆托架总成F上的挡杆14－1及风帆叶片15 由前后互换，则此状态下内风轮总成A将顺时针方向旋转，外风轮总成B将逆时针方向旋转，综上所述内风轮总成A和外风轮总成B旋转方向和风向及风帆叶片15的挂法有关，因为水平哪个方向来风内风轮总成A和外风轮总成 B都会发生旋转，所以本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置的不需要配备对风装置。

本实用新型风力机垂直轴采用内外两个轴(内风轮轴1、外风轮轴2)，外风轮总成B跟外风轮轴2相连推着外风轮轴2旋转，内风轮总成A跟内风轮轴1相连推着内风轮轴1旋转。内风轮总成A和外风轮总成B风帆叶片15 在迎风方向都是挂在托帆网13的前面并且风帆叶片15位于风力机垂直轴的两侧，所以在风力的作用下，内风轮总成A和外风轮总成B会按相反的方向旋转。调整内风轮总成A和外风轮总成B上托帆网13的相角使内风轮轴伞形齿轮22和外风轮轴伞形齿轮25对动力输出主轴伞形齿轮26产生180°对称的双动力推力，这样会在风力机垂直轴的两侧都会产生动力，会产生双动力。由于内风轮总成A和外风轮总成B按相反方向旋转，外风轮总成B上的风帆叶片15在顺风动力做功区域能对内风轮总成A上的风帆叶片15进行部分屏蔽或遮挡而减小其在逆风阻力区的阻力。同理，内风轮总成A上的风帆叶片15在顺风动力做功区域能对外风轮总成B的风帆叶片15进行部分屏蔽或遮挡而减小其在逆风阻力区的阻力，这样可以提高风力机的效率。通过外风轮总成B内侧的支承滚轮圆周轨道17和内风轮上圈圆周轨道3及内风轮下圈圆周轨道4对位于它们之间支承滚轮18的反向摩擦而使支承滚轮18发生旋转，支承滚轮18的旋转会把内风轮总成A和外风轮总成B产生的动力和阻力进行耦合传递并传递给内风轮轴1和外风轮轴2，再通过内风轮伞形齿轮 22和外风轮伞形齿轮25的转动使动力输出主轴27的旋转更加平稳。由于在风力机垂直轴的两侧都产生动力，调整内风轮总成A和外风轮总成B风帆叶片15总面积的大小使风力机垂直轴的两侧产生动力力矩相等，这就很好地解决了传统垂直轴风力机输出力矩不平衡的问题。托帆网13由汽车轮胎线结成，保证托帆网13的强度大并且很柔软。内风轮总成A上的托帆网支承杆风帆托架14安装在内风轮圈顶部的支承杆7和内风轮圈底部支杆8之间，外风轮总成B上的托帆网支承杆风帆托架14挂在外风轮托帆网支承杆顶部横梁 10和外风轮托帆网支承杆底部横梁11之间，托帆网13上装有可以滑动的装置并将其套装在托帆网支承杆风帆托架14上，托帆网13的上部装有升降帆绳16，拉动升降帆绳16托帆网13连同挂在托帆网13上的风帆叶片15可以在托帆网支承杆风帆托架14上上下移动，当遭遇狂风时就可以把托帆网13连同挂在托帆网13上的风帆叶片15一起降下来，狂风过后再将托帆网13 连同挂在托帆网13上的风帆叶片15一起升起来。由于风帆叶片15的相角是变化的，所以所产生的动力是不均匀的，因此在动力输出轴27上装有惯性旋转轮盘28－1进行转动惯量补偿。

本实用新型的发电机组总成D由多个发电机组成，发电机为永磁发电机，在动力输出主轴转速增速的过程中发电机组总成D中的各发电机分别和各级增速轮通过皮带相连接，增速后增速轮转速最快的四级增速器匹配连接功率最小的一级发电机，增速轮转速较快的三级增速器匹配连接功率较小的的二级发电机，增速轮转速较慢二级增速器的匹配连接功率较大的三级发电机，增速轮转速慢的一级增速器匹配连接功率大的四级发电机,当有的发电机发电工作时，其他发电机可处在空载状态，发电机的负载或空载可以通过工控器来完成，电路开关闭合永磁发电机的转子线圈和用电器形成闭合回路发电机发电；电路开关断开永磁发电机的转子线圈和用电器没有形成闭合回路发电机空载不发电。风速低时风力机的风轮转速慢、动力小，此时让转速快的四级增速器带动功率小的一级发电机发电；当风速大时风力机的风轮转速快、动力大，此时让转速慢的一级增速器带动功率大的四级发电机发电，也可以通过工控器让发电机组的发电机智能组合部分或全部进入负载发电，可实现小风发小电，大风发大电。

实施例2：

本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。

本实施例与实施例1的区别在于：把图11中内风帆托架总成E和外风帆托架总成F倾斜悬挂(如图13所示)。

参考图3、因为在内风轮上圈圆周轨道3和内风轮轴1之间或内风轮下圈圆周轨道4和内风轮轴1之间增加内风轮上圈顶部支承杆7或内风轮圈底部支承杆8的数目不影响内风轮总成A对风的阻力，所以增加内风轮圈顶部支承杆7或内风轮圈底部支承杆8的数目为内风帆托架总成E的倾斜提供支承点。实施例1中内风帆托架总成E的上边或下边是固定在一个支承杆上的，增加内风轮圈顶部支承杆7或内风轮圈底部支承杆8的数目后，内风帆托架总成E的上边和下边根据需要可以固定在两个或叁个支承杆上，以保证风帆托架总成E由原来的矩形变成水平方向发生倾斜、垂直方向也发生倾斜的平行四边形后能够安装在内风轮总成A的上面，内风帆托架总成E上的托帆网13及风帆叶片15随同风帆托架一起发生倾斜，并根据风帆叶15的受力效率来调整原矩形风帆托架E前后倾斜和左右倾斜的角度。外风轮总成B上的风帆托架E由原来的垂直悬挂变成垂直方向的向前或向后的倾斜悬挂，托帆网13上的风帆叶片15由原来的垂直悬挂变成垂直方向上的左右倾斜悬挂，并根据风帆叶15的受力效率来调解原矩形风帆托架E垂直方向上前后倾斜的角度和托帆网13上风帆叶片15在垂直方向左右倾斜的角度。这样可以保证无风天气时风力机静止状态下，风帆叶片15总是趴附在托帆网13上，这样可以降低双风轮垂直轴风力发电装置的启动风速。

本实施例的风帆叶片15的表面和地面水平方向及垂直方向都存在一定的角度。

实施例3：

本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。

参考图6，该实施例方案就是把支承滚轮18改成齿轮，把内风轮上圈圆周轨道3、内风轮下圈圆周轨道4、支承滚轮圆周轨道17上分别安装链槽，支承滚轮18改成齿轮后和上述的链槽进行啮合转动，这样设计的目的可以增大内风轮总成A和外风轮总成B之间力的传递效果，当风力机大型化时该方案可能成为必须。

实施例4：

本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。

该实施例方案就是把实施例1中的内风轮总成A和外风轮总成B由其下端的平齐变成内风轮总成A的轴向长度大于外风轮总成B的轴向长度，在塔架支承总成C塔架上部支承立柱34上增加一个支承滚轮圈梁19，并且其上的支承滚轮18结构不变，把内风轮上部结构向下复制延伸(参考图14)来增加内风轮总成A上的风帆叶片15的受风面积，因为内风轮总成A的半径小，转动力矩小，外风轮总成B的半径大，转动力矩大，这样实施的目的是为了增加内风轮总成A的转动力矩，使内风轮总成A和外风轮总成B的转动力矩总和相等。

实施例5：

本实用新型双风轮垂直轴风力发电装置，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。

参考图1、15，该实施例方案是在实施例1中在内风轮轴伞形齿轮22和内风轮下端轴承21之间增加一个与内风轮轴伞形齿轮22相似半径比内风轮轴伞形齿轮22大的第一伞形齿轮22－1，变成同轴不同径上下两个齿轮构成一个齿轮组。同样在外风轮轴下端轴承24与外风轮轴伞形齿轮25之间增加一个与外风轮轴伞形齿轮25相似半径比外风轮轴伞形齿轮25大的第二伞形齿轮25－1，变成同轴不同径上下两个齿轮构成一个齿轮组，在实施例1中的动力输出轴伞形齿轮26的外面再增加一个同心不同面半径比动力输出轴伞形齿轮26大的第三伞形齿轮26－1，动力输出轴伞形齿轮26和第三伞形齿轮26－1同心不同面共同固定在圆盘26－2上。动力输出轴伞形齿轮26 与圆盘26－2同心共轴固定在动力输出主轴27上。与实施例1一样，内风轮轴伞形齿轮22和外风轮轴伞形齿轮25啮合动力输出轴伞形齿轮26；第二伞形齿轮25－1和第一伞形齿轮22－1与第三伞形齿轮26－1相啮合，这样实施的目的是为了增加动力输出主轴27的旋转扭矩使其动力输出更强劲。

Claims (10)

1.一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：该装置包括内风轮总成A、外风轮总成B、塔架支承总成C和发电机组总成D；所述内风轮总成A和外风轮总成B设置在塔架支承总成C上，内风轮总成A设置在外风轮总成B里面彼此按相反方向旋转构成垂直双立轴回转体系，所述内风轮总成A上的内风轮轴套装在外风轮总成B上的外风轮轴的外面，所述内风轮轴和外风轮轴可各自沿轴向相对转动，所述内风轮轴上的内风轮轴伞形齿轮和外风轮轴上的外风轮轴伞形齿轮连接发电机组总成D。

2.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述内风轮总成A包括内风轮轴、内风轮上圈圆周轨道、内风轮下圈圆周轨道、内风轮轴上端轴承和内风轮轴伞形齿轮；所述内风轮上圈圆周轨道和内风轮下圈圆周轨道通过径向均布设置的至少三个内风帆托架总成E与内风轮轴连接构成一个轮毂式结构，所述内风轮轴的上端设置有一个内风轮轴上端轴承、下端设置有一个内风轮轴伞形齿轮。

3.根据权利要求2所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述内风帆托架总成E包括内风轮圈顶部支承杆、内风轮圈底部支承杆、托帆网、托帆网支承杆风帆托架、风帆叶片和升降帆绳；至少三个托帆网支承杆风帆托架设置在上下相对应的内风轮圈顶部支承杆和内风轮圈底部支承杆之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网，所述带有升降帆绳的风帆叶片设置在托帆网的一侧，升降帆绳设置在内风帆托架总成E的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述外风轮总成B包括外风轮轴、外风轮上圈、外风轮下圈、外风轮圈顶部支承杆、支承滚轮圆周轨道、外风轮轴下端轴承和外风轮轴伞形齿轮；所述外风轮上圈和外风轮下圈通过径向均布设置的至少三个外风帆托架总成F与上下两个支承滚轮圆周轨道连接，每个所述外风帆托架总成F上端的外风轮托帆网支承杆顶部横梁径向连接外风轮圈顶部支承杆，所述外风轮圈顶部支承杆的另一端与外风轮轴固连，所述外风轮上圈和每个外风轮圈顶部支承杆上倾斜连接有外风轮圈顶部斜拉索，每根所述外风轮圈顶部斜拉索的顶端与外风轮轴连接，所述外风轮轴的下面设置有外风轮轴下端轴承和外风轮轴伞形齿轮。

5.根据权利要求4所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述外风帆托架总成F包括外风轮托帆网支承杆顶部横梁、外风轮托帆网支承杆底部横梁、外风轮圈顶部斜拉索、托帆网、托帆网支承杆风帆托架、风帆叶片和升降帆绳；至少三个所述托帆网支承杆风帆托架设置在上下相对应的外风轮托帆网支承杆顶部横梁和外风轮托帆网支承杆底部横梁之间构成一个矩形框架，所述矩形框架上设置有托帆网，所述带有升降帆绳的风帆叶片设置在托帆网的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述塔架支承总成C包括支承滚轮、支承滚轮圈梁、内风轮轴下端轴承、外风轮轴上端轴承、动力输出主轴伞形齿轮、动力输出主轴、惯性旋转轮盘室、增速器及组合发电机室、塔架顶部支承杆、塔架底部支承杆、塔架底部支承圈梁、塔架中部支承圈梁、塔架上部支承立柱、塔架支柱和塔架基础底盘；所述塔架基础底盘上呈周向均布间隔设置有至少三个塔架上部支承立柱和塔架支柱，所述塔架支柱倾斜连接在塔架上部支承立柱的下端，在四个塔架上部支承立柱之间由上至下依次间隔设置有两个支承滚轮圈梁和一个塔架中部支承圈梁，在四个塔架支柱之间设置有一个塔架底部支承圈梁，所述塔架底部支承圈梁内部通过四个径向设置的塔架底部支承杆连接一个内风轮轴下端轴承，在四个所述塔架上部支承立柱的上端分别通过径向设置的塔架顶部支承杆连接一个外风轮轴上端轴承，每个所述支承滚轮圈梁上带有至少四个支承滚轮，所述塔架基础上还设置有动力输出主轴伞形齿轮、动力输出主轴、惯性旋转轮盘室和增速器及组合发电机室，所述动力输出主轴伞形齿轮连接动力输出主轴。

7.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述内风轮总成A、外风轮总成B和塔架支承总成C组装后上面的支承滚轮圆周轨道对应内风轮上圈圆周轨道、下面的支承滚轮圆周轨道对应内风轮下圈圆周轨道，至少四个所述支承滚轮设置在支承滚轮圆周轨道与内风轮上圈圆周轨道或内风轮下圈圆周轨道之间实现限位和驱动力矩的耦合平衡。

8.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述发电机组总成D包括动力输出主轴、惯性旋转轮盘室、和增速器及组合发电机室，所述内风轮轴下端的内风轮轴伞形齿轮、外风轮轴下端的外风轮轴伞形齿轮与动力输出主轴伞形齿轮相啮合，所述动力输出主轴伞形齿轮连接动力输出主轴，所述动力输出主轴上设置有惯性旋转轮盘室，所述动力输出主轴连接增速器及组合发电机室，所述增速器及组合发电机室由一级增速器、连接一级增速器的四级发电机和二级增速器、连接二级增速器的三级发电机和三级增速器、连接三级增速器的二级发电机和四级增速器、和连接四级增速器的一级发电机构成。

9.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：内风轮总成A上的内风帆托架总成E、外风轮总成B上的外风帆托架总成F能够倾斜悬挂。

10.根据权利要求1所述的一种双风轮垂直轴风力发电装置，其特征在于：内风轮总成A、外风轮总成B和塔架支承总成C的长度可根据需要增加或缩短。

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