CN220769621U - 一种垂直轴微风发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴微风发电系统，包括旋转支撑轴和垂直旋转叶片，垂直旋转叶片包括与旋转支撑轴固定连接的矩形框架，矩形框架内设置有可调节叶片，旋转支撑轴采用中空的结构，且在旋转支撑轴的内部旋转连接有主支撑立柱，主支撑立柱内部中心的位置处设置有太阳齿轮，太阳齿轮上啮合连接有行星齿轮，太阳齿轮和行星齿轮分别固定在太阳齿轮轴和行星齿轮轴上，太阳齿轮轴和行星齿轮轴与主支撑立柱之间旋转连接，行星齿轮与旋转支撑轴内侧壁的环形齿轮相啮合；本实用新型中矩形框架内的叶片采用可调节的结构，叶片在矩形框架平面上的投影面积大小可以根据需要进行调整，从而大大提高风电叶片的发电功率。

Description

一种垂直轴微风发电系统

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种垂直轴微风发电系统。

背景技术

现有风力发电技术中，常用三叶片水平轴风车，随着技术的更新已发展到第四代，制造成本也有先期的4000多万一台降至现在的1500万左右一台，水平风车昂贵的价格、特殊的风口安装条件（安装风机要提前建设风斩进行常年跟踪检测），水平轴风机在六到七级风的情况下才能正常发电，而且由于水平轴风机体积庞大、头重脚轻，使得其安装和运输比较难，安装时需要几台重型吊车配合作业才能完成。

为了解决上述技术问题，在有些地区，如风力较小或者运输不方便的地区，可以采用垂直轴风电系统进行发电，垂直轴风电系统的结构尺寸较小、可以在风力较小的条件下使用，其占地面积小、运输方便（模块化的结构设计），与水平风电叶片相比，叶片长度短，对建设场地要求不高，风机单机之间的间隔在20米即可（传统50米），能进一步提高场地的利用率；但是现有的垂直风电系统叶片在顶风时的旋转阻力较大，会大大影响其发电效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术所存在的问题，而提供一种垂直轴微风发电系统，其叶片在矩形框架内的投影面积大小可以根据风力、风向状况进行及时调节，从而大大提高其发电功率。

本实用新型的目的是这样实现的：一种垂直轴微风发电系统，包括旋转支撑轴和垂直旋转叶片，所述垂直旋转叶片固定在旋转支撑轴的外壁上，且沿旋转支撑轴的圆周方向均匀分布，所述垂直旋转叶片包括与旋转支撑轴固定连接的矩形框架，所述矩形框架内设置有可调节叶片，所述可调节叶片上连接有调节驱动机构，所述旋转支撑轴采用中空的结构，且在旋转支撑轴的内部旋转连接有主支撑立柱，所述主支撑立柱内部中心的位置处设置有太阳齿轮，所述太阳齿轮上啮合连接有行星齿轮，所述太阳齿轮和行星齿轮分别固定在太阳齿轮轴和行星齿轮轴上，所述太阳齿轮轴和行星齿轮轴与主支撑立柱之间旋转连接，所述行星齿轮与旋转支撑轴内侧壁的环形齿轮相啮合。

进一步地，所述可调节叶片包括设置在矩形框架内的风门，所述风门与矩形框架之间通过旋转轴进行连接，所述调节驱动机构包括连接在旋转轴上的旋转驱动机构，。

进一步地，所述旋转轴位于风门的同一侧，所述旋转驱动机构包括设置在旋转轴上的锥齿轮A，所述锥齿轮A上啮合连接有锥齿轮B，所述锥齿轮B固定连接在水平驱动轴上，所述水平驱动轴与驱动电机相连。

进一步地，矩形框架内的风门两两一组，旋转轴位于同一组风门上靠近内侧的位置处，所述旋转轴上分别连接有直径大小相同的同步齿轮，且同一组风门上的两个同步齿轮相啮合，所述旋转驱动机构包括设置在同一组风门的其中一个旋转轴上的锥齿轮A，所述锥齿轮A上啮合连接有锥齿轮B，所述锥齿轮B固定连接在水平驱动轴上，所述水平驱动轴与驱动电机相连。

进一步地，所述可调节叶片包括设置在矩形框架内的风布，所述风布的顶端固定在卷轴上、底端固定在滑竿上，所述滑竿的左右两端与矩形框架之间上下滑动连接，所述调节驱动机构包括设置在卷轴上的锥齿轮C，所述锥齿轮C上啮合连接有锥齿轮D，所述锥齿轮D固定在垂直驱动轴上，所述垂直驱动轴与驱动电机相连。

进一步地，同一块风布上的卷轴与滑竿之间通过同步机构进行连接。

进一步地，所述同步机构包括旋转的连接在矩形框架内风布下方的水平转轴，所述卷轴和水平转轴的两端分别固定连接有链轮A和链轮B，所述链轮A和链轮B之间通过链条进行连接，所述滑竿与链条之间固定连接。

进一步地，所述驱动电机与控制器相连，所述控制器上还连接有风速传感器和风向传感器，所述风速传感器和风向传感器设置在矩形框架的两侧。

进一步地，所述旋转支撑轴外侧同一高度位置处的矩形框架的数量为3-8组。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型中矩形框架内的叶片采用可调节的结构，叶片在矩形框架平面上的投影面积大小可以根据需要进行调整，使得处于迎风状态下的叶片在矩形框架内具有最大投影面积，以便迎风做功，而处于顶风状态下的叶片在矩形框架内具有最小投影面积，以减小叶片旋转的阻力，从而大大提高风电叶片的发电功率；

2、本实用新型采用模块化的结构设计，便于运输；

3、本实用新型中叶片尺寸较小，对建设场地要求不高，可以进一步提高场地的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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，下面所描述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是本实用新型一种垂直轴微风发电系统在采用风门做可调节叶片状态下的装配结构示意图。

图2是本实用新型一种垂直轴微风发电系统在采用风布做可调节叶片状态下的装配结构示意图。

图3是本实用新型一种垂直轴微风发电系统中旋转支撑轴部分的剖面结构示意图。

图4是本实用新型一种垂直轴微风发电系统中垂直旋转叶片在实施例一状态下的结构示意图。

图5是本实用新型一种垂直轴微风发电系统中垂直旋转叶片在实施例二状态下的结构示意图。

图6是本实用新型一种垂直轴微风发电系统中垂直旋转叶片在实施例三状态下的结构示意图。

图7是本实用新型一种垂直轴微风发电系统中控制部分的电连接结构示意图。

图中：1、旋转支撑轴2、矩形框架3、可调节叶片4、主支撑立柱5、太阳齿轮6、行星齿轮7、太阳齿轮轴8、行星齿轮轴9、环形齿轮10、风门11、旋转轴12、锥齿轮A 13、锥齿轮B 14、水平驱动轴15、驱动电机16、同步齿轮17、风布18、卷轴19、滑竿20、锥齿轮C 21、锥齿轮D22、垂直驱动轴23、水平转轴24、链轮A 25、链轮B 26、链条。

实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，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。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图1-3所示，一种垂直轴微风发电系统，包括旋转支撑轴1和垂直旋转叶片，所述垂直旋转叶片固定在旋转支撑轴1的外壁上，且沿旋转支撑轴1的圆周方向均匀分布，所述垂直旋转叶片包括与旋转支撑轴1固定连接的矩形框架2，所述矩形框架2内设置有可调节叶片3，所述可调节叶片3上连接有调节驱动机构，所述旋转支撑轴1采用中空的结构，且在旋转支撑轴1的内部旋转连接有主支撑立柱4，所述主支撑立柱4内部中心的位置处设置有太阳齿轮5，所述太阳齿轮5上啮合连接有行星齿轮6，所述太阳齿轮5和行星齿轮6分别固定在太阳齿轮轴7和行星齿轮轴8上，所述太阳齿轮轴7和行星齿轮轴8与主支撑立柱4之间旋转连接，所述行星齿轮6与旋转支撑轴1内侧壁的环形齿轮9相啮合，太阳齿轮轴7的底端通过锥齿轮传动与增速器相连，增速器与发电机相连。

本实用新型在工作过程中，通过矩形框架2带动可调节叶片随旋转支撑轴一起旋转，旋转支撑轴1通过环形齿轮9与行星齿轮6、6行星齿轮与太阳齿轮5之间的啮合连接带动太阳齿轮轴7旋转，太阳齿轮轴7通过锥齿轮传动和增速器与发电机相连，从而将垂直旋转叶片旋转的动能转换为电能；可调节叶片的工作面积可以随风力风向的变化而随之变化，以大大减小垂直旋转叶片旋转的阻力，以保证发电机的发电效率。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图4和图5所示，所述可调节叶片3包括设置在矩形框2架内的风门10，所述风门10与矩形框架2之间通过旋转轴11进行连接，所述调节驱动机构包括连接在旋转轴上的旋转驱动机构，通过旋转驱动机构可以驱动风门10绕旋转轴11进行旋转，使得风门10在矩形框架2上的投影面积即风门10的工作面积发生变化，以便于大大减小垂直旋转叶片旋转的顶风阻力、从而大大提高风电机组的发电效率。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图4所示，所述旋转轴11位于风门10的同一侧，所述旋转驱动机构包括设置在旋转轴11上的锥齿轮A12，所述锥齿轮A12上啮合连接有锥齿轮B13，所述锥齿轮B13固定连接在水平驱动轴14上，所述水平驱动轴14与驱动电机15相连，当风门10处于顶风状态时，驱动电机15通过水平驱动轴14及锥齿轮传动驱动该矩形框2内的所有风门10绕各自的旋转轴11同步同向转动，以最大限度的减小风门10的顶风阻力。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图5所示，矩形框架2内的风门10两两一组，旋转轴11位于同一组风门10上靠近内侧的位置处，所述旋转轴11上分别连接有直径大小相同的同步齿轮16，且同一组风门10上的两个同步齿轮16相啮合，所述旋转驱动机构包括设置在同一组风门10的其中一个旋转轴11上的锥齿轮A12，所述锥齿轮A12上啮合连接有锥齿轮B13，所述锥齿轮B13固定连接在水平驱动轴14上，所述水平驱动轴14与驱动电机15相连，当风门10处于顶风状态时，驱动电机15通过水平驱动轴14及锥齿轮传动驱动该矩形框2内的所有风门10绕各自的旋转轴11同步转动一定角度，在同步齿轮16的作用下，同一组风门10中的两个风门10同步反向旋转，以最大限度的减小风门10的顶风阻力。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图6所示，所述可调节叶片3包括设置在矩形框架2内的风布17，所述风布17的顶端固定在卷轴18上、底端固定在滑竿19上，所述滑竿19的左右两端与矩形框架2之间上下滑动连接，所述调节驱动机构包括设置在卷轴18上的锥齿轮C20，所述锥齿轮C20上啮合连接有锥齿轮D21，所述锥齿轮D21固定在垂直驱动轴22上，所述垂直驱动轴22与驱动电机15相连，当风布17处于顶风状态时，驱动电机15通过垂直驱动轴22及锥齿轮传动驱动该矩形框2内卷轴18同步同向转动，以将风布17回卷至卷轴18上，以最大限度的减小风布17的顶风阻力。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图6所示，同一块风布17上的卷轴18与滑竿19之间通过同步机构进行连接，防止风布17收放时卡死在矩形框2上某位置处。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图6所示，所述同步机构包括旋转的连接在矩形框架2内风布17下方的水平转轴23，所述卷轴18和水平转轴23的两端分别固定连接有链轮A24和链轮B25，所述链轮A24和链轮B25之间通过链条26进行连接，所述滑竿19与链条26之间固定连接，在链轮A24随卷轴18旋转时，链条26随之带动滑竿19沿矩形框架上下移动，从而可以有效防止滑竿19的两端卡死在矩形框架2上，从而影响风布17的顺利收放，而且在滑竿19的两端均设置有同步机构，可以有效防止滑竿19上下移动的过程中发生偏斜。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图7所示，所述驱动电机15与控制器相连，所述控制器上还连接有风速传感器和风向传感器，所述风速传感器和风向传感器设置在矩形框架2的两侧。

在本实用新型的其中一个实施例中，所述旋转支撑轴1外侧同一高度位置处的矩形框架2的数量为3-8组，同一旋转支撑轴1上从上至下设置有1-6层垂直旋转叶片，其沿旋转支撑轴1的轴线方向可以安装设置多层垂直旋转叶片，从而可以达到较大的发电功率。

在本实用新型的其中一个实施例中，为了维修方便，将驱动电机15设置在矩形框架2的底端面上。

工作原理:

当风速传感器和风向传感器检测到某一垂直旋转叶片迎风做功时，控制器控制何服驱动电机驱动水平驱动轴/垂直驱动轴旋转，进而通过锥齿轮传动带动风门旋转以将风门闭合，或通过锥齿轮传动带动卷轴以将风布放开，使得迎风侧的风门/风布可以铺满矩形框架，同时，与迎风侧对应的一侧，垂直旋转叶片顶风旋转，控制器控制何服驱动电机驱动水平驱动轴/垂直驱动轴反向旋转，进而通过锥齿轮传动带动风门旋转以将风门打开，或通过锥齿轮传动带动卷轴以将风布回卷至卷轴上，使得风门/风布在矩形框架具有最小的投影面积，从而大大减小垂直旋转叶片旋转的阻力，也就是说风门/风布处于迎风状态时风门/风布将矩形框架完全闭合以便利用风力进行发电，而当风门/风布处于顶风状态时风门/风布打开，以减少微风通丈风门/风布时为克服风门顶风造成的风阻，这样的设计更有利于风力风塔的效率提升，同时提高发电量。

微风发电塔比传统三叶片风机相比，其高度大大减小（传统三叶片高一百多米，而微风风塔只需要三四十米即可），而且微风发电塔可以安装多层叶片，对风速要求不高，如果遇到风速超高限定值时，起到应急措施：进行刹车，或是提前将风门打开一定程度/将风布回卷一部分，以保证垂直风电机组的正常运行。

旋转支撑轴的内壁安装有环形齿轮，旋转支撑轴的中心设置有太阳齿轮轴，太阳齿轮轴上设置有太阳齿轮，太阳齿轮与环形齿轮之间啮合连接有行星齿轮，行星齿轮位于主支撑立柱内且其外端穿过主支撑立柱上的孔后与环形齿轮相啮合，行星齿轮固定在行星齿轮轴上，行星齿轮轴的顶端和底端与主支撑立柱旋转连接，行星齿轮可以绕行星齿轮轴进行旋转，而无法绕太阳齿轮轴旋转，通过环形齿轮、行星齿轮和太阳齿轮之间的啮合连接，可以大大调高太阳齿轮轴的转速，以满足发电需要。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，仅具体描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其他具体实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种垂直轴微风发电系统，包括旋转支撑轴和垂直旋转叶片，所述垂直旋转叶片固定在旋转支撑轴的外壁上，且沿旋转支撑轴的圆周方向均匀分布，其特征在于：所述垂直旋转叶片包括与旋转支撑轴固定连接的矩形框架，所述矩形框架内设置有可调节叶片，所述可调节叶片上连接有调节驱动机构，所述旋转支撑轴采用中空的结构，且在旋转支撑轴的内部旋转连接有主支撑立柱，所述主支撑立柱内部中心的位置处设置有太阳齿轮，所述太阳齿轮上啮合连接有行星齿轮，所述太阳齿轮和行星齿轮分别固定在太阳齿轮轴和行星齿轮轴上，所述太阳齿轮轴和行星齿轮轴与主支撑立柱之间旋转连接，所述行星齿轮与旋转支撑轴内侧壁的环形齿轮相啮合。

2.如权利要求1所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述可调节叶片包括设置在矩形框架内的风门，所述风门与矩形框架之间通过旋转轴进行连接，所述调节驱动机构包括连接在旋转轴上的旋转驱动机构。

3.如权利要求2所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述旋转轴位于风门的同一侧，所述旋转驱动机构包括设置在旋转轴上的锥齿轮A，所述锥齿轮A上啮合连接有锥齿轮B，所述锥齿轮B固定连接在水平驱动轴上，所述水平驱动轴与驱动电机相连。

4.如权利要求2所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：矩形框架内的风门两两一组，旋转轴位于同一组风门上靠近内侧的位置处，所述旋转轴上分别连接有直径大小相同的同步齿轮，且同一组风门上的两个同步齿轮相啮合，所述旋转驱动机构包括设置在同一组风门的其中一个旋转轴上的锥齿轮A，所述锥齿轮A上啮合连接有锥齿轮B，所述锥齿轮B固定连接在水平驱动轴上，所述水平驱动轴与驱动电机相连。

5.如权利要求1所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述可调节叶片包括设置在矩形框架内的风布，所述风布的顶端固定在卷轴上、底端固定在滑竿上，所述滑竿的左右两端与矩形框架之间上下滑动连接，所述调节驱动机构包括设置在卷轴上的锥齿轮C，所述锥齿轮C上啮合连接有锥齿轮D，所述锥齿轮D固定在垂直驱动轴上，所述垂直驱动轴与驱动电机相连。

6.如权利要求5所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：同一块风布上的卷轴与滑竿之间通过同步机构进行连接。

7.如权利要求6所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述同步机构包括旋转的连接在矩形框架内风布下方的水平转轴，所述卷轴和水平转轴的两端分别固定连接有链轮A和链轮B，所述链轮A和链轮B之间通过链条进行连接，所述滑竿与链条之间固定连接。

8.如权利要求3-7任一所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述驱动电机与控制器相连，所述控制器上还连接有风速传感器和风向传感器，所述风速传感器和风向传感器设置在矩形框架的两侧。

9.如权利要求1所述的一种垂直轴微风发电系统，其特征在于：所述旋转支撑轴外侧同一高度位置处的矩形框架的数量为3-8组。