專利名稱：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的同步機(jī)構(gòu)，具體地說是一個風(fēng)輪通過兩個或兩個以上的支撐輪驅(qū)動各自對應(yīng)的發(fā)電機(jī)或旋轉(zhuǎn)支點時，一種機(jī)械地保證各支撐輪及發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖1所示的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括塔柱01及風(fēng)輪，風(fēng)輪包括兩個支撐輪02a、 02b和若干葉片03，每個支撐輪都是由若干支撐桿021組成。支撐桿021 —端與所述塔柱 01上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)支點連接，該旋轉(zhuǎn)支點中連接的都是發(fā)電機(jī)。在一般情況下，一個風(fēng)輪中的幾個支撐輪中至少有一個為發(fā)電機(jī)，其余的也可能是發(fā)電機(jī)，也可能是其它形式的旋轉(zhuǎn)支點，例如軸承、旋轉(zhuǎn)軸套等。支撐桿的另一端與葉片03連接。連接在同一個旋轉(zhuǎn)支點上的支撐桿組成一個支撐輪。對于較大功率的垂直軸風(fēng)機(jī)，由于葉片較長，一般一個葉片03由兩個或兩個以上的支撐輪支撐。一個支撐輪的支撐桿一般在一個水平面上，直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)，或僅起支撐作用。如圖1所示，上支撐輪0 和下支撐輪02b共同支撐葉片03。上支撐輪0 和下支撐輪02b的旋轉(zhuǎn)必須保證同步，否則會導(dǎo)致葉片被扭壞。傳統(tǒng)的機(jī)械保證同步的方法是保證旋轉(zhuǎn)支點本身的同步，即采用剛性連接上下支撐輪來使其同步，即在上下支撐輪之間的塔柱外部套設(shè)剛性連接體04。由于剛性連接體04在塔柱附近，結(jié)構(gòu)會變得較大較重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動慣量增加，發(fā)電效率降低。對于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，若同樣采用剛性連接，則需要制備一個大型的剛性連接體，不僅成本上是不能接受的，且從制備技術(shù)到使用情況角度看，這種剛性連接體基本上也是不容易實現(xiàn)的，即使實現(xiàn)，風(fēng)阻也很大，無疑會大大降低發(fā)電效率。另外一種常見的試圖保證同步的方法是，對支撐輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行實時測量，然后通過負(fù)載或剎車等手段，人為控制上下支撐輪的同步運轉(zhuǎn)，此方法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制邏輯繁瑣、控制速度或靈敏度要求高且成本大，而且轉(zhuǎn)速測量累積誤差及測量系統(tǒng)的可靠性都有可能導(dǎo)致風(fēng)輪的毀滅性破壞，其可靠性非常差。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，現(xiàn)在急需一種結(jié)構(gòu)簡便、成本低且可以有效保證上下支撐輪同步轉(zhuǎn)動、無位置誤差累積的機(jī)械同步結(jié)構(gòu)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有效的保證上下相鄰兩支撐輪之間的同步運轉(zhuǎn)，不同支撐輪之間的位置誤差始終在允許范圍內(nèi)，且成本低，安裝簡便，同時風(fēng)阻小，重量輕，以增加發(fā)電效率。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下具體技術(shù)方案一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，風(fēng)輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述風(fēng)輪包括支撐輪和葉片，一個所述風(fēng)輪有兩個或兩個以上的所述支撐輪；每個支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿外側(cè)與所述葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點上，各個支撐輪的所述旋轉(zhuǎn)支點為所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個所述葉片與所有支撐輪中上下對正的一個支撐桿連接；其特征是，所述支撐輪的同步機(jī)構(gòu)是在各個所述支撐輪之間設(shè)置有柔索， 所述柔索連接在各個所述支撐輪的支撐桿上，使得各個所述支撐輪連接在一起。在上下兩所述支撐輪中上下對正并與同一個葉片連接的兩支撐桿為一對支撐桿， 則在所述風(fēng)輪中的每兩對相鄰的所述支撐桿之間均連接有所述柔索，構(gòu)成柔索周向封閉環(huán)。設(shè)置在相鄰兩對所述支撐桿之間的所述柔索可以是相對于所述葉片或塔柱傾斜設(shè)置的單根柔索。傾斜設(shè)置的所述單根柔索相對于所述葉片或塔柱的傾斜方向可以是相同的，或者是不同的。一個優(yōu)選方案是設(shè)置在相鄰兩對所述支撐桿之間的所述柔索是連接在相鄰的兩對支撐桿之間的兩根柔索，該兩根所述柔索為交叉設(shè)置。所述柔索的交叉設(shè)置的具體結(jié)構(gòu)可以是一對支撐桿中的在上和在下的兩支撐桿上分別連接一柔索的一端，兩柔索的另一端分別連接另一對支撐桿在下和在上的兩支撐桿，使得兩對相鄰的所述支撐桿被相互交叉的兩所述柔索連接在一起。將上下支撐桿用鋼制柔索交叉相連。這樣，無論上下哪個支撐輪有跑前的傾向，就立即會有一個鋼索拉動另一個支撐輪，不僅保證其同步旋轉(zhuǎn)，而且其相對位置偏差始終在可允許的范圍內(nèi)，且相對位置誤差不會累積。該允許的范圍即是所述柔索的預(yù)緊力和柔索以及與之連接的相關(guān)部件的彈性性能確定。必須指出，兩對支撐桿之間設(shè)置交叉結(jié)構(gòu)的兩個柔索是效果比較好的方式，之所以采用鋼索交叉連接，不僅是因為其風(fēng)阻小、重量輕，更重要的是，因為當(dāng)其中一根鋼索拉緊拖動另一個支撐輪時，另一根必然是壓縮，采用柔索時，被壓縮的一根柔索可以處于放松的狀態(tài)，但如果采用剛性桿替換柔索連接，就會引起失穩(wěn)等問題。因此，柔索的使用也是本實用新型獨到且合理的選擇?？梢栽谏舷聝上噜彽乃鲋屋喌拿恳粚ο噜徶螚U之間均交叉地上下連接兩根柔索，即每個支撐輪的所有支撐桿都必須與另一個支撐輪的支撐桿用鋼索傾斜交叉連接，在周向形成一個柔索周向封閉環(huán)。所述柔索在所述支撐桿上的連接位置最好在支撐桿中點以外、且距葉片一個葉片寬度以內(nèi)的范圍內(nèi)。即所述柔索與支撐桿連接點的位置優(yōu)選為距塔柱大于L/2，距葉片的最小距離為B以上，L為支撐桿長度，B為葉片寬度。所述連接位置過分靠近塔柱，則同步力矩小，同步效果差，過分靠近葉片，則會擾亂風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的內(nèi)流場，影響其氣動特性。柔索在同一個支撐輪的各個支撐桿上的連接位置最好距離塔柱等距離。所述柔索以安裝時以基本拉直為準(zhǔn)。所述柔索安裝時的預(yù)緊力為100N 1000N。 該預(yù)緊力的具體大小是依據(jù)風(fēng)輪大小而定。該預(yù)緊力過小，即鋼索過松則同步精度差，支撐輪相對位置偏差大，容易造成葉片扭曲，該預(yù)緊力過大，即鋼索過緊則對支撐桿附加一個很大的力及其引起的彎矩，增加不必要的支撐桿負(fù)擔(dān)或其設(shè)計制造困難。本實用新型的有益效果為本實用新型提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪支撐輪的同步機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的剛性連接或控制系統(tǒng)相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率高、成本低廉及可靠性好。可以有效的保證上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動及其相對位置偏差，提高發(fā)電效率。 尤其對于大功率風(fēng)機(jī)，各支撐輪的旋轉(zhuǎn)支點可以相互獨立，大大簡化風(fēng)輪的設(shè)計。本實用新型在思路上的突破，體現(xiàn)在同步不是通過旋轉(zhuǎn)支點的同步來實現(xiàn)的，而是通過對獨立的支撐輪支撐桿進(jìn)行連接來保證支撐輪間的同步，從而反過來保證了旋轉(zhuǎn)支點即發(fā)電機(jī)的同步。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的剛性連接結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本實用新型提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
如圖2所示，為一垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡圖，其中的風(fēng)輪包括兩個支撐輪和若干柱狀的豎直葉片03，兩個所述支撐輪設(shè)于塔柱01上，沿塔柱01垂直排布；每個豎直葉片 03連接上下兩個該支撐輪上下對正的各一個支撐桿0 和支撐桿02b的外端，該兩個支撐輪上的支撐桿的內(nèi)端分別連接在一發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子上，該發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子套在設(shè)于塔柱01 上的發(fā)電機(jī)定子上。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)包括若干根柔索05，所述柔索05設(shè)置于所述支撐輪的支撐桿上，為上下相鄰支撐桿間的交叉傾斜連接，而非上下支撐桿垂直方向的連接。一個所述葉片上的上下兩支撐桿視為一對支撐桿，其上分別連接一所述柔索05 的一端，兩根該柔索05的另一端分別連接相鄰的另一所述葉片上的上下兩支撐桿上，使得相鄰的兩個所述葉片被相互交叉的兩所述柔索連接在一起。圖2中只畫出了上下一組支撐桿之間的連接示意圖，實際上可以是所有相鄰的上下成對支撐桿間都通過交叉的兩鋼制柔索相互傾斜交叉連接，在周向構(gòu)成一個柔索周向封閉環(huán)的同步機(jī)構(gòu)。所述柔索05與支撐桿連接點的位置為距塔柱IV2以上，距葉片的距離為B以上， L為支撐桿長度，B為葉片寬度。過分靠近塔柱，則同步力矩小，同步效果差，過分靠近葉片， 則會擾亂風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的內(nèi)流場，影響其氣動特性。柔索在同一個支撐輪的各個支撐桿上的連接位置最好距離塔柱等距離。在圖2中，每個支撐輪上畫有兩個同心圓，在外的圓表示葉片的運動軌跡，在內(nèi)的圓表示柔索在支撐桿上的連接點的運動軌跡。所述柔索05的預(yù)緊力不得過大，也不能過松。過松則同步精度差，支撐輪相對位置偏差大，容易造成葉片扭曲，過緊則對支撐桿附加一個很大的力及其引起的彎矩，增加不必要的支撐桿負(fù)擔(dān)或其設(shè)計制造困難。安裝時以基本拉直鋼索為度，即基本消除自重下垂量、可稍有一點下垂，一般預(yù)緊力在100N 1000N之間即可。例如可以利用緊線器等工具張緊鋼索。本實用新型的關(guān)鍵在于通過柔索將連接葉片的若干支撐輪連接在一起，所以，除了上述一個最佳實施例之外，還可以有其他同步結(jié)構(gòu)，例如還是一個葉片連接上下兩個支撐輪，兩支撐輪上下對正的兩支撐桿可稱為一對支撐桿，柔索可以在相鄰的兩對支撐桿之間設(shè)置一根柔軟，其傾斜設(shè)置，每兩對相鄰的支撐桿之間的一根柔索的傾斜方向可以是相同的，也可以是不相同的。另外，在有三個支撐輪上下設(shè)置在一個風(fēng)輪的例子中，將相鄰的兩個支撐輪，按所述方法，兩兩分別相連即可。本實用新型使得一個風(fēng)輪中各個支撐輪的同步，不是通過安裝在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點的同步來實現(xiàn)的，而是通過對支撐輪支撐桿間的巧妙連接，保證上下支撐輪的同步，進(jìn)而保證旋轉(zhuǎn)支點及整個風(fēng)輪的同步，從而達(dá)到上下發(fā)電機(jī)之間的同步。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)中的剛性連接或以控制達(dá)到同步的方法相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率高、成本低廉及可靠性好?？梢杂行У谋ＷC上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動，提高發(fā)電效率。
權(quán)利要求1.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，風(fēng)輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述風(fēng)輪包括支撐輪和葉片，一個所述風(fēng)輪有兩個或兩個以上的所述支撐輪；每個支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿外側(cè)與所述葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點上，各個支撐輪的所述旋轉(zhuǎn)支點為所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個所述葉片與所有支撐輪中上下對正的一個支撐桿連接；其特征在于，所述支撐輪的同步機(jī)構(gòu)是在各個所述支撐輪之間設(shè)置有柔索， 所述柔索連接在各個所述支撐輪的支撐桿上，使得各個所述支撐輪連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于， 在所述風(fēng)輪中的每兩對相鄰的所述支撐桿之間均連接有所述柔索，構(gòu)成柔索周向封閉環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置在相鄰兩對所述支撐桿之間的所述柔索是相對于所述葉片或塔柱傾斜設(shè)置的單根柔索。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于， 傾斜設(shè)置的所述單根柔索相對于所述葉片或塔柱的傾斜方向是相同的，或者是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置在相鄰兩對所述支撐桿之間的所述柔索是連接在相鄰的兩對所述支撐桿之間的兩根柔索，該兩根所述柔索為交叉連接設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于， 一對支撐桿中的在上和在下的兩支撐桿上分別連接一柔索的一端，兩柔索的另一端分別連接另一對支撐桿在下和在上的兩支撐桿，使得兩對相鄰的所述支撐桿被相互交叉的兩所述柔索連接在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔索在所述支撐桿上的連接位置在支撐桿中點以外、且距葉片一個葉片寬度以內(nèi)的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔索以安裝時基本拉直為準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于， 所述柔索安裝時的預(yù)緊力為100N 1000N。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔索在同一個支撐輪的各個支撐桿上的連接位置距離塔柱等距離。
專利摘要一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，每個支撐輪包括若干支撐桿，支撐桿外側(cè)與葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點上，所述旋轉(zhuǎn)支點為所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個所述葉片與所有支撐輪中向下對正的一個支撐桿連接；在各個支撐輪之間設(shè)置有柔索，柔索連接在各個所述支撐輪的支撐桿上，使得各個支撐輪連接在一起。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)中的剛性連接或以控制達(dá)到同步的方法相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率高、成本低廉及可靠性好?？梢杂行У谋ＷC上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動，提高發(fā)電效率。
文檔編號F03D3/06GK202040010SQ20112005245
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者蔣大龍, 許金泉 申請人:國能風(fēng)力發(fā)電有限公司