[發明專利]一種垂直軸風力發電機

在審

• 申請號: 202010729825.2
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN113982836A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 葉杉;葉芃;葉常賓;葉大衛;葉羽紡
• 申請（專利權）人: 福建省仙游電機股份有限公司
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D3/00;F03D3/02;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 林捷華

本發明涉及一種垂直軸風力發電機，包括風輪、發電機和支撐柱；其中：風輪包括旋轉方向相反的上風輪和下風輪，并對應與內轉子和電機外殼相固定，形成內轉子與固定在外殼上的電樞繞組反向旋轉，發電機轉速為上下風輪的轉速和；發電機轉速提高、扭矩減少，相應可以減少風輪的直徑；再配合風葉角度調節，既能在小風環境下旋轉，又能保證大風下運行的安全。

技術領域：

本發明屬于風力發電領域，特別涉及一種垂直軸風力發電機，尤其是采用雙風輪反向旋轉設計，以提高電機內外轉子間磁力線相對運動速度，也是電機轉速是雙風輪轉速疊加。

同時采用了風葉可根據風力的大小調迎風面角度，小風時風葉垂直，大風時風葉臥倒至水平狀，解決風葉既能在小風環境下旋轉，又能滿足大風下的設備運行安全。

背景技術：

風力發電有水平軸和垂直軸之分，水平軸風力發電機與環境不友好，因此有些地方對限制了大中型水平軸在陸地的安裝。垂直軸風機因尖速比(風葉外側尖點的線速度與外來風速之比)小，噪音低，近年來對垂直軸風機的研究日益增多。同樣地，風力發電機隨著功率的增大，風葉和風輪的直徑、高度也相應增大，這就對風葉和風輪的制造和運轉帶來困難。

對于垂直風力發電機來說，直徑越大離心力越大，在相同的線速度下速度越低，電機的體積越大。而風葉面積大，小風時低速起動性能好，但大風時，風機安全運行受到影響，如專利

申請號201410029191.4，公開一種多層展翼雙擺葉垂直軸風力發電機組，包括發電機、至少兩層風輪及機架機構，至少兩層風輪從下至上依次裝設于機架機構。風輪中風葉與支桿利用第一銷軸及壓縮彈簧、鋼絲繩，使風在額定風速范圍內保持上段葉片及下段葉片處于垂直狀態以獲得最大的迎風面積，當遇到強風時，風輪快速轉動，隨著風輪轉速提高，上段葉片與下段葉片通過鋼絲繩壓縮彈簧，與支桿形成夾角，整個風葉的旋轉外形變為V型，從而改變風輪組的迎風面積。該多層垂直風力發電機雖然解決了大風時風葉的迎風角度，而多層風輪設計，在風葉等效面積下，并不能提高發電機轉速。

為此，如何解決發電機轉速問題，即成為本發明研究的對象。

發明內容：

本發明的目的是設計一種采用旋轉方向相反的雙風輪，以提高相對轉速的垂直軸風力發電機；同時，設計了能調節風葉角度的風輪，在小風時垂直迎風面積大，發電機也能輸出電能，大風時風葉臥倒至水平狀，保護了設備安全。

本發明技術方案是這樣實現的：一種垂直軸風力發電機，包括風輪、發電機和支撐柱；其特征在于：風輪包括旋轉方向相反的上風輪和下風輪，并對應與內轉子和電機外殼相固定，形成內轉子與固定在外殼上的電樞繞組反向旋轉，所述電機外殼通過支撐軸旋轉定位在支撐柱上，電樞繞組與支撐軸上的集電環電連接，并經支撐柱上的碳刷引出。

所述風輪包括有風輪座、懸臂和風葉，風葉固定在懸臂的一端、懸臂另一端旋轉定位在風輪座上，并在該端部設置有小錐齒輪；所述風輪座上軸定位有一由伺服電機驅動的大錐齒輪，該大錐齒輪與小錐齒輪嚙合，由伺服電機驅動一個以上陣列分布在風輪座上的風葉調節角度。

所述風葉的一端或中部鎖固在懸臂上，能隨懸臂做垂直至水平方向的調節。

本發明采用旋轉方向相反的雙風輪結構，并相應驅動內轉子和固定在外殼的電樞繞組相反運動，發電機轉速為上下風輪的轉速和；發電機轉速提高、扭矩減少，相應可以減少風輪的直徑；另外，為了解決風葉既能在小風環境下旋轉，又能滿足大風下的運行安全，風葉采用可調設計，小風時風葉垂直大面積迎風，大風時風葉傾斜以減少迎風面積，而臺風時風葉能臥倒至水平狀，基本做到沒有迎風面，實現對設備的保護。

附圖說明：

下面結合具體圖例對本發明做進一步說明：

圖1為工作狀態垂直軸風力發電機示意圖

圖2為工作狀態風輪示意圖

圖3為保護狀態垂直軸風力發電機示意圖