專利名稱：一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利技術(shù)屬于清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，一種用于垂直型風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)形式。
背景技術(shù)：
能源，是當前全人類共同面臨的一個問題。傳統(tǒng)的能源慢慢減少，已經(jīng)不能滿足人們的需求，更嚴重的是，諸如火力發(fā)電、石油、天燃氣等，對環(huán)境的破壞很大，因此，開發(fā)新的清潔能源顯得相當急切。其中，風(fēng)力發(fā)電是未來的一種清潔能源，越來越得到人們的重視。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)形式，主要包括設(shè)置在立柱6上的發(fā)電機1、葉輪及其制動系統(tǒng)5。葉輪包括輪轂3和葉片4，輪轂3軸向配合立柱 6方向設(shè)置，輪轂3的外圓周面通過多根連桿2連接有一圈豎直方向設(shè)置的葉片4。葉輪的制動系統(tǒng)5 —端與輪轂3相連，另一端連接設(shè)置在立柱6底部的制動手柄7。為了捕獲更多的風(fēng)能，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機一般采用在輪轂3上設(shè)置多組葉片4來提高效率，但是存在一個問題由于這些葉片4的轉(zhuǎn)動方向是同向的，使得輪轂3的安裝位置產(chǎn)生一個單一方向的扭矩，而且該扭矩是不均衡的。而且，當風(fēng)速變大時，葉片4的轉(zhuǎn)動速度加快，使得該扭矩越來越大，使得立柱6產(chǎn)生劇烈的振動，影響垂直軸風(fēng)力發(fā)電機運行時的穩(wěn)定性。另外，立柱6上如果產(chǎn)生過大的振動，會導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的不安全以及相關(guān)設(shè)備的損壞。為此，現(xiàn)有技術(shù)一般采用加粗立柱6或者通過改變材料或者機械加固的方法，來提高立柱6的強度，增強垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的穩(wěn)定性，減少設(shè)備損壞的幾率。但是，這樣往往會過大地增加成本，不利于生產(chǎn)廠家。同時，由于葉片4的同向轉(zhuǎn)動、輪轂3的單向旋轉(zhuǎn)，會引起葉片4周圍產(chǎn)生不對稱氣流，對葉片4產(chǎn)生側(cè)向推力，使得葉片4的設(shè)計迎風(fēng)面與葉片 4的實際受風(fēng)面產(chǎn)生一定角度，影響葉片4的轉(zhuǎn)動，降低葉片4的轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率下降，甚至使得葉片4轉(zhuǎn)動故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括立柱、葉輪和發(fā)電機，所述葉輪通過輪轂軸向豎直設(shè)置在立柱上、輪轂傳動發(fā)電機主軸，輪轂上通過連桿設(shè)置有若干組葉片；所述風(fēng)力發(fā)電機具有多級葉輪，多級葉輪依其轉(zhuǎn)動方向分為正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪兩種；正轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相同、其輪轂直接連接發(fā)電機主軸，反轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相反、其輪轂通過同步反向傳動機構(gòu)連接發(fā)電機主軸。所述正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪交替布置，從上至下、依次設(shè)置在立柱上，相鄰的一個正轉(zhuǎn)葉輪和一個反轉(zhuǎn)葉輪成為一級正反轉(zhuǎn)葉輪組。所述同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪上的葉片的扭角大小相同、方向相反。所述同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪的葉片組數(shù)相同、大小一致。
所述同步反向傳動機構(gòu)是一個轉(zhuǎn)換齒輪組，將與發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)動方向相反的葉輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)動方向改變180°后，再傳動給發(fā)電機主軸。所述轉(zhuǎn)換齒輪組至少包括兩對錐角為90°的錐齒輪組，兩對錐齒輪組之間同步傳動，兩端分別連接反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂和發(fā)電機主軸。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是
本發(fā)明提出的技術(shù)方案，能夠解決以上背景技術(shù)所提出的問題，成對設(shè)置正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪，使得立柱上均勻地產(chǎn)生來自于兩個方向、相互抵消的扭矩，使得立柱上的扭矩均衡，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機運行時穩(wěn)定性較強、其結(jié)構(gòu)剛度得到保障，減少設(shè)備損壞的幾率。同時一對均衡的正反轉(zhuǎn)葉輪組周圍，不會產(chǎn)生不對稱氣流，對葉片迎風(fēng)面不會產(chǎn)生側(cè)向推力，使得風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率較高，葉片轉(zhuǎn)動順暢。另外，由于設(shè)計有多級葉輪組，能夠捕獲更多的風(fēng)能，對風(fēng)力的利用率大大提高，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電功率大大增強。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，易于大規(guī)模使用和推廣。


圖1 現(xiàn)有技術(shù)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作狀態(tài)示意圖。圖4 本發(fā)明的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換齒輪組的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號所示1 -發(fā)電機，2-連桿，3-輪轂，3-1 -正轉(zhuǎn)葉輪的輪轂，3-2 -反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂，4-葉片，5-制動系統(tǒng)，6-立柱，7-制動手柄，8-轉(zhuǎn)換齒輪組，8-1 -同步齒輪組，8-2 -錐齒輪組，8-3 -錐齒輪組。
具體實施例方式如圖2 圖4所示，本發(fā)明是一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括立柱6、多級葉輪和發(fā)電機1。葉輪由輪轂3、連桿2和葉片4組成，輪轂3軸向豎直設(shè)置在立柱6上，即輪轂3垂直于立柱6橫向設(shè)置，輪轂3的外圓周面上通過若干根連桿2連接有若干組葉片 4。通過輪轂3與發(fā)電機1主軸連接，將葉輪的運動狀態(tài)傳動給發(fā)電價1，使得發(fā)電機1主軸旋轉(zhuǎn)，從而做功產(chǎn)生電能。該風(fēng)力發(fā)電機的多級葉輪，依其轉(zhuǎn)動方向可以分為正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪兩種。該正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是相對于發(fā)電機1主軸的轉(zhuǎn)動方向而言的，正轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機1主軸的轉(zhuǎn)動方相同、反轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機1主軸的轉(zhuǎn)動方相反。因此，為傳遞葉輪的運動狀態(tài)，正轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-1直接連接發(fā)電機1主軸，反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2通過一個同步反向傳動機構(gòu)連接發(fā)電機1主軸。正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪交替布置，即正轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-1和反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2從上至下、依次設(shè)置在立柱6上，相鄰的一個正轉(zhuǎn)葉輪和一個反轉(zhuǎn)葉輪成為一級正反轉(zhuǎn)葉輪組。葉片4受風(fēng)時，為使得同級正反轉(zhuǎn)葉輪組中的正轉(zhuǎn)葉輪正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)葉輪反轉(zhuǎn)，且兩者的轉(zhuǎn)動速度、效率一直，僅僅是方向相反，就要將同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪上的葉片4的扭角設(shè)置為兩個大小相同、方向相反的扭角，同時，要使得同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪的葉片 4的組數(shù)相同、大小一致。
如圖2、圖3所示，是本發(fā)明同級正反轉(zhuǎn)葉輪組的一個具體實施方式
，即立柱6上相鄰的一個正轉(zhuǎn)葉輪和一個反轉(zhuǎn)葉輪。正轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-1設(shè)置在上方、反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂 3-2設(shè)置在下方，當正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪上的葉片4同時受風(fēng)時，由于兩者的扭角大小相同、方向相反，使得正轉(zhuǎn)葉輪在水平面上順時針旋轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)葉輪在水平面上逆時針旋轉(zhuǎn)。立柱6上，正轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-1的安裝位置上產(chǎn)生一個順時針的扭矩，反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2的安裝位置上產(chǎn)生一個逆時針的扭矩。同時，由于同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪上的葉片4的扭角大小相同、方向相反，同時，正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪的葉片4的組數(shù)相同、大小一致，使得立柱6上的順時針扭矩與逆時針扭矩大小相同、方向相反，相互抵消，從而使得立柱6上的扭矩均衡，達到本發(fā)明的目的和效果。同步反向傳動機構(gòu)是一個轉(zhuǎn)換齒輪組8，將與發(fā)電機1主軸轉(zhuǎn)動方向相反的葉輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)動方向改變180°后，再傳動給發(fā)電機1主軸。該轉(zhuǎn)換齒輪組8可以是多種形式，最簡單的形式就是將反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2通過同步齒輪組傳遞到發(fā)電機1主軸輸入端附近，再通過兩個水平方向嚙合的直齒輪，直接將發(fā)轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)動方向改變 180°，傳送給發(fā)電機1主軸。如圖4所示，本具體實施方式
的轉(zhuǎn)換齒輪組8包括依次連接的一對同步齒輪組8-1 和兩對錐角為90°的錐齒輪組8-2和8-3，兩端分別連接反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2和發(fā)電機1 主軸。這樣的設(shè)計是為了增強轉(zhuǎn)換齒輪組8的穩(wěn)定性，同時錐齒輪具有承載能力高、噪音低、傳動平穩(wěn)、易于維護等優(yōu)點，基于以上幾點的考慮，本發(fā)明在此2個同步傳動的錐齒輪組8-2和8-3，使之達到更好的效果。同步齒輪組8-1由一個水平設(shè)置的直齒輪和一個水平設(shè)置的錐齒輪并聯(lián)而成，且該直齒輪和錐齒輪同步轉(zhuǎn)動，直齒輪連接反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂3-2， 將反轉(zhuǎn)葉輪的水平方向上的轉(zhuǎn)動狀態(tài)同步給錐齒輪。該水平設(shè)置的錐齒輪與另一個豎直布置的錐齒輪構(gòu)成錐齒輪組8-2，且該錐齒輪組8-2的錐角為90 °，將水平方向的轉(zhuǎn)動狀態(tài)傳遞為豎直方向的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。錐齒輪組8-2與錐齒輪組8-3同步傳動，錐齒輪組8-3的錐角為90°，也是由兩個相互垂直設(shè)置的錐齒輪組成，將豎直方向的轉(zhuǎn)動狀態(tài)傳遞為水平方向的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。而且，由于兩組錐齒輪組8-2和8-3的錐角之和為180°，兩者之間又采取同步傳動的方式，因此，經(jīng)過兩組錐齒輪組8-2和8-3的傳遞，轉(zhuǎn)動方向改變180°，以此達到反向傳遞的效果。
權(quán)利要求
1.一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括立柱、葉輪和發(fā)電機，所述葉輪通過輪轂軸向豎直設(shè)置在立柱上、輪轂傳動發(fā)電機主軸，輪轂上通過連桿設(shè)置有若干組葉片；其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電機具有多級葉輪，多級葉輪依其轉(zhuǎn)動方向分為正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪兩種； 正轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相同、其輪轂直接連接發(fā)電機主軸，反轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相反、其輪轂通過同步反向傳動機構(gòu)連接發(fā)電機主軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪交替布置，從上至下、依次設(shè)置在立柱上，相鄰的一個正轉(zhuǎn)葉輪和一個反轉(zhuǎn)葉輪成為一級正反轉(zhuǎn)葉輪組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪上的葉片的扭角大小相同、方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述同級的正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪的葉片組數(shù)相同、大小一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述同步反向傳動機構(gòu)是一個轉(zhuǎn)換齒輪組，將與發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)動方向相反的葉輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)動方向改變180°后，再傳動給發(fā)電機主軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)換齒輪組至少包括兩對錐角為90°的錐齒輪組，兩對錐齒輪組之間同步傳動，兩端分別連接反轉(zhuǎn)葉輪的輪轂和發(fā)電機主軸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種扭矩平衡的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括立柱、葉輪和發(fā)電機，所述葉輪通過輪轂軸向豎直設(shè)置在立柱上、輪轂傳動發(fā)電機主軸，輪轂上通過連桿設(shè)置有若干組葉片；所述風(fēng)力發(fā)電機具有多級葉輪，多級葉輪依其轉(zhuǎn)動方向分為正轉(zhuǎn)葉輪和反轉(zhuǎn)葉輪兩種；正轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相同、其輪轂直接連接發(fā)電機主軸，反轉(zhuǎn)葉輪與發(fā)電機主軸的轉(zhuǎn)動方相反、其輪轂通過同步反向傳動機構(gòu)連接發(fā)電機主軸。本發(fā)明立柱上均勻地產(chǎn)生兩個反向、相互抵消的扭矩，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機運行時穩(wěn)定性較強、其結(jié)構(gòu)剛度得到保障，減少設(shè)備損壞的幾率。同時，發(fā)電效率較高，葉片轉(zhuǎn)動順暢，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，易于大規(guī)模使用和推廣。
文檔編號F03D3/06GK102200097SQ20111014736
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者劉平, 宋聚眾, 廖暉, 沈雨虹, 王斌, 鄧良 申請人:東方電氣集團東方汽輪機有限公司