[發明專利]一種扭矩平衡的垂直軸風力發電機

無效

• 申請號: 201110147363.4
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102200097A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 劉平;鄧良;廖暉;宋聚眾;王斌;沈雨虹
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方汽輪機有限公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明專利技術屬于清潔能源技術領域，一種用于垂直型風力發電機的結構形式。

背景技術

能源，是當前全人類共同面臨的一個問題。傳統的能源慢慢減少，已經不能滿足人們的需求，更嚴重的是，諸如火力發電、石油、天燃氣等，對環境的破壞很大，因此，開發新的清潔能源顯得相當急切。其中，風力發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，是現有技術的垂直軸風力發電機的基本結構形式，主要包括設置在立柱6上的發電機1、葉輪及其制動系統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置的葉片4。葉輪的制動系統5一端與輪轂3相連，另一端連接設置在立柱6底部的制動手柄7。

為了捕獲更多的風能，垂直軸風力發電機一般采用在輪轂3上設置多組葉片4來提高效率，但是存在一個問題：由于這些葉片4的轉動方向是同向的，使得輪轂3的安裝位置產生一個單一方向的扭矩，而且該扭矩是不均衡的。而且，當風速變大時，葉片4的轉動速度加快，使得該扭矩越來越大，使得立柱6產生劇烈的振動，影響垂直軸風力發電機運行時的穩定性。另外，立柱6上如果產生過大的振動，會導致整體結構的不安全以及相關設備的損壞。為此，現有技術一般采用加粗立柱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，增強垂直軸風力發電機的穩定性，減少設備損壞的幾率。但是，這樣往往會過大地增加成本，不利于生產廠家。同時，由于葉片4的同向轉動、輪轂3的單向旋轉，會引起葉片4周圍產生不對稱氣流，對葉片4產生側向推力，使得葉片4的設計迎風面與葉片4的實際受風面產生一定角度，影響葉片4的轉動，降低葉片4的轉速，使得風力發電機的發電效率下降，甚至使得葉片4轉動故障。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種扭矩平衡的垂直軸風力發電機結構。

本發明所采用的技術方案是：

一種扭矩平衡的垂直軸風力發電機，包括立柱、葉輪和發電機，所述葉輪通過輪轂軸向豎直設置在立柱上、輪轂傳動發電機主軸，輪轂上通過連桿設置有若干組葉片；所述風力發電機具有多級葉輪，多級葉輪依其轉動方向分為正轉葉輪和反轉葉輪兩種；正轉葉輪與發電機主軸的轉動方相同、其輪轂直接連接發電機主軸，反轉葉輪與發電機主軸的轉動方相反、其輪轂通過同步反向傳動機構連接發電機主軸。

所述正轉葉輪和反轉葉輪交替布置，從上至下、依次設置在立柱上，相鄰的一個正轉葉輪和一個反轉葉輪成為一級正反轉葉輪組。

所述同級的正轉葉輪和反轉葉輪上的葉片的扭角大小相同、方向相反。

所述同級的正轉葉輪和反轉葉輪的葉片組數相同、大小一致。

所述同步反向傳動機構是一個轉換齒輪組，將與發電機主軸轉動方向相反的葉輪轉動狀態的轉動方向改變180°后，再傳動給發電機主軸。

所述轉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，兩端分別連接反轉葉輪的輪轂和發電機主軸。

本發明所產生的有益效果是：

本發明提出的技術方案，能夠解決以上背景技術所提出的問題，成對設置正轉葉輪和反轉葉輪，使得立柱上均勻地產生來自于兩個方向、相互抵消的扭矩，使得立柱上的扭矩均衡，使得垂直軸風力發電機運行時穩定性較強、其結構剛度得到保障，減少設備損壞的幾率。同時一對均衡的正反轉葉輪組周圍，不會產生不對稱氣流，對葉片迎風面不會產生側向推力，使得風力發電機的發電效率較高，葉片轉動順暢。另外，由于設計有多級葉輪組，能夠捕獲更多的風能，對風力的利用率大大提高，使得垂直軸風力發電機的發電功率大大增強。本發明結構簡單，實用性強，易于大規模使用和推廣。

附圖說明

圖1：現有技術的垂直軸風力發電機的結構示意圖。

圖2：本發明的垂直軸風力發電機的結構示意圖。

圖3：本發明的垂直軸風力發電機的工作狀態示意圖。

圖4：本發明的轉換轉換齒輪組的結構示意圖。

圖中標號所示：1–發電機，2–連桿，3–輪轂，3-1?–正轉葉輪的輪轂，3-2?–?反轉葉輪的輪轂，4–葉片，5–制動系統，6–立柱，7–制動手柄，8–轉換齒輪組，8-1?–?同步齒輪組，8-2?–?錐齒輪組，8-3?–?錐齒輪組。

具體實施方式