CN212225434U - 一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组，包括：底座、外整流罩、风轮、总支架轴、水平总支架；所述总支架轴垂直安装于所述底座上，所述总支架轴上下两端分别水平安装有所述水平总支架；所述水平总支架之间垂直并排安装有至少两组所述风轮，且所述风轮对称分布于所述总支架轴两侧；所述外整流罩套装于所述水平总支架上，所述风轮处于所述外整流罩内部，所述外整流罩形成有多个进风通道，每个所述进风通道对应一个所述风轮；本实用新型的有益效果是，通过外整流罩集中风力作用于桨叶，提高风能利用率，并结合垂直轴风力发电机占用空间小的特点，提升了整体使用效率。

Description

一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，它取之不尽，用之不竭。而且风能是没有公害的能源之一，不会产生环境污染。目前人们正面临日趋严重的能源危机，风力发电作为可持续新能源，必将进一步受到人们重视。

目前，风力发电装置归纳起来可分为两类：水平轴风力发电、垂直轴风力发电机组。其中，水平轴风力发电由于风轮桨叶受风面积占比过小，风能利用率偏低，因而为了满足功能需求，产品往往尺寸巨大，给制造、运输、安装、维修都带来很大困难，成本很高还占用大片土地。而现有的垂直轴风力发电机组尺寸小，成本低且占地小，很好的解决了上述部分问题，但是，也存在由于风轮桨叶受风面积占比过小；风轮轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反，抵消部分力矩，因而风能利用率也不高的问题。

中国专利CN110821754A公开了一种滑轨式叶片支撑力臂及其构成的垂直风力发电装置，包括底座、环形支架和多组发电组，所述底座和多组发电组设于所述环形支架内，多组所述发电组通过传动箱从下至上依次串接，其特征在于，所述发电组包括支撑臂、叶轮轴及固定在支撑臂上的叶片，支撑臂一端与叶轮轴固定连接，另一端设有导轮且水平延伸至环形支架上，所述支撑臂能以叶轮轴为圆心沿环形支架滑动，环形支架侧面固定有延伸至地面的支撑杆，位于底部的发电组通过轴承与底座连接。上述技术方案实现了收集任意方向风能及平衡扭矩的目标，但缺少外部整流的能力，依然为解决风轮桨叶受风面积占比过小的问题，整体效率有待提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组，能够解决上述问题。

为此目的，本实用新型由如下技术方案实施。

一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组，包括：底座、外整流罩、风轮、总支架轴、水平总支架；

所述总支架轴垂直安装于所述底座上，所述总支架轴上下两端分别水平安装有所述水平总支架，所述水平总支架与所述总支架轴之间通过轴承连接；

所述水平总支架之间垂直并排安装有至少两组所述风轮，且所述风轮对称分布于所述总支架轴两侧；

所述外整流罩为通风道结构，两侧安装有风挡板；所述外整流罩安装于两个所述水平总支架之间，所述风轮处于所述外整流罩内部，所述外整流罩的进风侧安装有多个第一导流结构，将其分割为多个进风通道，每个所述进风通道对应一个所述风轮。

进一步，所述风轮包括：桨叶、桨叶轴、风轮轴、内整流罩、水平支架；

所述风轮轴垂直安装于两个所述水平总支架之间，且两端安装所述水平支架；所述水平支架两端外接所述内整流罩，所述内整流罩呈圆柱型；所述水平支架末端凸出于所述内整流罩的外表面，并通过所述桨叶轴与所述桨叶铰接。

更进一步，所述桨叶轴两端套装有扭力弹簧，所述扭力弹簧一端与所述桨叶接触，另一端与所述水平支架固定连接，形成弹性限位结构。

进一步，所述外整流罩的进风口整体呈收敛形；所述第一导流结构具有气动外型，由其组成的每个所述进风通道的进口也呈收敛形。

进一步，所述进风通道的进口沿进风方向与所述风轮为错位设置。

更进一步，所述进风通道的进口远离所述风轮的侧端面向内延伸形成流线型的第二导流结构，且末端靠近所述风轮转动的边界。

更进一步，所述外整流罩的结构、所述风轮的安装位置及方向均在水平面内沿中心线呈对称设置。

更进一步，中心线两侧所述风轮下端均通过皮带传动机构连接发电机，中心线一侧所述风轮下端连接的皮带传动机构安装有换向齿轮组。

进一步，所述外整流罩的风挡板后端安装有风向舵。

更进一步，所述总支架轴下端与所述底座之间安装转动机构，所述转动机构由风向传感元件及伺服电机组成。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型直接利用风的推力推动风轮旋转工作，结合外整流罩，以集中风力作用于桨叶，提高风能利用率。

进一步，设计的桨叶可以绕轴开合，以减少风叶在非作功区的风阻；在桨叶轴上设置有扭簧，以保障桨叶完全打开后，一旦风力过大，桨叶可以继续旋转，减少受风面积，减少输出力矩，防止风轮超速运转；机组在垂直支架两侧对称布置，且风轮反向安装使旋转方向也相反，以平衡风轮旋转产生的扭矩；结合机组设置有风向舵或由风向传感元件及伺服电机组成的转向机构，保证机组始终正对风向，提升工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例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是本实用新型的一个或几个实施例，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。

附图中体现的相同结构分布位置及分布数量仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、分布数量，因此不能理解为对本实用新型的限制。

图1为本实用新型俯视图；

图2为本实用新型正视图(不含外整流罩)；

图3为本实用新型侧视图(不含外整流罩)；

图4为本实用新型扭簧安装处局部视图；

图5为本实用新型侧视图；

图6为本实用新型外整流罩结构视图。

图中：

1-外整流罩；2-内整流罩；3-桨叶；4-桨叶轴；5-总支架轴；6-水平总支架；7-扭力弹簧； 8-风轮轴；9-皮带传动机构；101-风挡板；102-风向舵；103-第一导流结构；104-第二导流结构；601-水平支架；901-皮带轮；902-皮带；903-第一换向齿轮；904-第二换向齿轮。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，进风方向为附图1中的下-上的方向。

还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，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。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将结合附图，对本实用新型做进一步说明。

实施例1

一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组，包括：底座、外整流罩1、风轮2、总支架轴5、水平总支架6；

如图1、2所示，总支架轴5垂直安装于底座上，总支架轴5上下两端分别水平安装有水平总支架6，整体形成工字型结构，水平总支架6与总支架轴5之间通过轴承连接，保证水平总支架6可相对总支架轴5转动。

如图1、2所示，水平总支架6之间垂直并排安装有四组风轮2，且风轮2对称分布于总支架轴5两侧，每侧各两组；优选设计为，风轮2包括：桨叶3、桨叶轴4、风轮轴8、内整流罩、水平支架601；结合图3所示，内整流罩呈圆柱型，其内部两端固定安装有两组水平支架601，呈十字型，内整流罩的中心处安装有风轮轴8，风轮轴8通过水平支架601与内整流罩连接，水平支架601末端凸出于内整流罩的外表面，上下两端通过桨叶轴4与桨叶3上下两端铰接，实现桨叶3沿风轮2的长度方向安装，解决了风轮桨叶受风面积占比过小的缺点，且桨叶3可以绕桨叶轴4开合，以减少桨叶在非作功区的风阻；进一步结合图1、3、4 所示，可在每个桨叶轴4两端套装有扭力弹簧7，扭力弹簧7一端同组相互连接形成挡杆状与桨叶3接触，另一端与水平支架601固定连接，形成弹性限位结构，以保障桨叶完全打开后，一旦风力过大，桨叶可以继续旋转，减少受风面积，减少输出力矩，防止风轮超速运转。如图1、2所示，每组风轮2总共安装四片桨叶3。

外整流罩1为通风道，安装于两水平总支架6之间，且各组风轮2均处于外整流罩1内部，外整流罩1的进风侧安装有四个第一导流结构103，固定于上下两个水平架上，并将进风端分割形成四个进风通道，每个进风通道对应一个风轮2。

优选设计为，结合图1、6所示，外整流罩1的两侧风挡板101为向外延伸的结构，使整体呈收敛形；进一步，每个第一导流结构103表面为气动外型，由两组弧面构成，由第一导流结构103组成的每个进风通道的进口也呈收敛形。如图1所示，进风通道的进口沿进风方向与风轮2为错位设置，目的是将风力集中于风轮一侧，提升风能利用效率，且每组进风通道的进口处，其远离风轮2的侧端面向内延伸形成流线型的第二导流结构104，末端靠近风轮2转动的边界处，增强风力对桨叶3的作功能力，可更进一步提升风能转化效率。

优选设计为，为了平衡风轮旋转产生的扭矩，外整流罩1的结构与风轮2的安装位置均在水平面内沿中心线呈对称设置；尤其涉及如桨叶3采用图1所示的弯曲叶片或叶片带安装角情况下，两侧风轮2的安装方向也需要相反，保证桨叶3设计迎风面与实际迎风面相同。

优选设计为，如图2、3所示，中心线两侧风轮2下端均通过皮带传动机构9连接发电机，进一步，由于整体为对称设置，如需连接同一发电机，则需要其中一侧皮带传动机构9安装有换向齿轮组，分别为第一换向齿轮903和第二换向齿轮904，通过齿轮换向后可将两侧传输的动力输入同一发电机。

优选设计为，当整体为小型风力发电机组时，在外整流罩1的风挡板101后端安装风向舵102，如图5、6，使机组可以随风绕总支架轴5自由旋转，保证正对风向。

实施例2

本实施例与实施例1具体区别在于，当整体为大型风力发电机组时，总支架轴5下端与底座之间安装有转动机构，由风向传感元件及伺服电机组成，保证正对风向。

以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，包括：底座、外整流罩(1)、风轮(2)、总支架轴(5)、水平总支架(6)；

所述总支架轴(5)垂直安装于所述底座上，所述总支架轴(5)上下两端分别水平安装有所述水平总支架(6)，所述水平总支架(6)与所述总支架轴(5)之间通过轴承连接；

所述水平总支架(6)之间垂直并排安装有至少两组所述风轮(2)，且所述风轮(2)对称分布于所述总支架轴(5)两侧；

所述外整流罩(1)为通风道结构，两侧安装有风挡板(101)；所述外整流罩(1)安装于两个所述水平总支架(6)之间，所述风轮(2)处于所述外整流罩(1)内部，所述外整流罩(1)的进风侧安装有多个第一导流结构(103)，将其分割为多个进风通道，每个所述进风通道对应一个所述风轮(2)。

2.根据权利要求1所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述风轮(2)包括：桨叶(3)、桨叶轴(4)、风轮轴(8)、内整流罩、水平支架(601)；

所述风轮轴(8)垂直安装于两个所述水平总支架(6)之间，且两端安装所述水平支架(601)；所述水平支架(601)两端外接所述内整流罩，所述内整流罩呈圆柱型；所述水平支架(601)末端凸出于所述内整流罩的外表面，并通过所述桨叶轴(4)与所述桨叶(3)铰接。

3.根据权利要求2所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述桨叶轴(4)两端套装有扭力弹簧(7)，所述扭力弹簧(7)一端与所述桨叶(3)接触，另一端与所述水平支架(601)固定连接，形成弹性限位结构。

4.根据权利要求1所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述外整流罩(1)的进风口整体呈收敛形；所述第一导流结构(103)具有气动外型，由其组成的每个所述进风通道的进口也呈收敛形。

5.根据权利要求1所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述进风通道的进口沿进风方向与所述风轮(2)为错位设置。

6.根据权利要求5所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述进风通道的进口远离所述风轮(2)的侧端面向内延伸形成流线型的第二导流结构(104)，且末端靠近所述风轮(2)转动的边界。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述外整流罩(1)的结构、所述风轮(2)的安装位置及方向均在水平面内沿中心线呈对称设置。

8.根据权利要求7所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，中心线两侧所述风轮(2)下端均通过皮带传动机构(9)连接发电机，中心线一侧所述风轮(2)下端连接的皮带传动机构(9)安装有换向齿轮组。

9.根据权利要求1所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述外整流罩(1)的风挡板(101)后端安装有风向舵(102)。

10.根据权利要求1或9所述的组合式垂直轴风轮组，其特征在于，所述总支架轴(5)下端与所述底座之间安装转动机构，所述转动机构由风向传感元件及伺服电机组成。

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