CN111535989A - 横轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于风力发电技术领域，公开了一种横轴风力发电机，若干竖向支撑柱固定支撑水平横轴，横轴上通过固定套、连杆固定支撑若干风轮，每个风轮的风叶由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构，形成两个螺旋相反的径流双轮效应；单向器、飞轮传动机构、联轴器确保发电机稳定运行，可以任意增加横轴长度、风叶与支撑柱数量，以增加风能资源利用空间；整机没有大型零件，可以应用新材料、新工艺批量生产，节约成本，重心低，不会出现倒塔现象，结构简单，零部件数量少，输出平稳，风能利用和转化率高。

Description

横轴风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，公开了一种横轴风力发电机。

背景技术

风力发电传统技术中通常在风力资源丰富的地区采用水平轴风力发电机，整机安装在塔管顶部，收集高空高速风能转化为电能，其风能利用空间与风叶半径成正比，例如风叶长度为80米的发电机，风能利用空间即以80米风叶为半径的球状空间；但是风叶长度越长，其生产制造、安装调试也越困难，风叶长度有限，不能通过大幅度加长风叶长度来增加装机容量，水平轴风力发电机规模受到限制；在实际应用中还存在噪声大、在风力较低的地区发电成本高、在极端天气存在倒塔风险而占用大片土地、安装困难等缺陷。

现有技术中一般采用垂直轴风力发电机，其结构设计简化，没有陀螺力，噪声小，在中等风力资源以上的地区广泛应用；但是在实际应用中也存在结构复杂、风力中低地区发电成本偏高、高空安装维护难度大、项目周期长等缺陷，还由于高空作业危险性高，造成健康安全系数低；例如最大的内蒙古特大垂直轴风力发电机装机容量为50兆瓦，设计收集风能的空间是在100米高空上底面直径为100米高200米的圆柱体，高空安装作业操作不方便，效率低，从2011年开始安装，到2017年才安装到设计高度的1/2；其在投入使用后也存在因极端天气存在倒塔风险而占用大片土地的风险。

而户外特别是草原等视野广阔的地区，无论是传统大型水平轴风力发电机，还是大型垂直轴风力发电机，收集风能的空间都显得十分渺小，个利用了很小部分风能资源，绝大部分风能资源没有得到充分开发利用。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种重心低，不会出现倒塔现象，结构简单，零部件数量少，安装维护操作方便，安全系数高，能够沿长度方向扩大风能资源利用空间，以提高风能资源利用的横轴风力发电机。

本发明所采用的技术方案为：

一种横轴风力发电机，包括有一根与水平面方向平行设置的横轴，横轴由若干根竖向支撑柱固定支撑于地面；横轴上均匀布置有若干只能够由任意方向风力驱动、同时带动横轴旋转的风轮，横轴其中一端连接有发电机；

进一步地，一较佳技术方案中，每个风轮包括沿圆周方向均匀设置的多个横向风叶，每个风叶两端分别由连杆固定连接支撑在横轴上；

每个风叶的径向截面为半圆弧形或者V形，构成圆弧槽或者V形槽结构；

每个风叶的轴向截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构；

将每个风叶的两侧壁顶端同时固定于一根连杆上段，连杆下端通过一固定套固定于横轴上；

进一步地，一较佳技术方案中，每个风叶的两半部分分别为由规则V形或者半圆弧形截面绕中心线螺旋环绕30°～180°构成的、具有规则几何形状的曲面槽体，两半部分底部通过圆弧面平滑过渡连接，构成流线型曲面槽整体结构。

进一步地，一较佳技术方案中，在横轴上首端和尾端分别设置一首风轮和一尾风轮，首风轮与尾风轮之间设置若干个中风轮，每个中风轮的风叶轴向截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构，首风轮、尾风轮分别为1/2的中风轮结构；

进一步地，一较佳技术方案中，每个风叶端部两侧侧壁靠近顶角的位置分别设置有一螺纹连接孔，连杆为螺杆，每个风叶端部两侧侧壁顶角分别通过螺纹配合固定连接在一根螺杆上，螺杆位于每个螺纹连接孔内外两侧的位置分别设置有限位双螺母；

进一步地，一较佳技术方案中，每个风叶两端边缘靠近顶角的位置分别设置有圆弧形凹槽，连杆与圆弧形凹槽配合限位，并通过焊接固定连接；

进一步地，一较佳技术方案中，横轴通过N根竖向支撑柱固定于地面，横轴上固定有N个风轮，支撑柱与风轮间隔设置；每根支撑柱顶端固定连接一支承座，横轴通过支承座固定于支撑柱顶端；N个风轮包括自前向后依次安装的一个首风轮、N-2个中风轮、一个尾风轮，横轴前端自后向前依次经单向器、飞轮传动机构、联轴器连接至发电机，发电机固定于首根支撑柱顶端；

再进一步地，一较佳技术方案中，支承座包括一固定块，固定块下段厚度大于上段厚度，固定块下段设置有能够配合套装在支撑柱顶端的竖直定位孔，竖直定位孔侧壁上设置有一横向限位销孔，固定块能够通过一横向限位销与限位销孔配合限位固定安装在支撑柱顶端；固定块上段设置有能够转动安装横轴的水平限位孔，水平限位孔连接一段开口于固定块上段一侧边的斜向开口槽，水平限位孔外部沿圆周方向均匀分布有至少三个滚动轴承，每个滚动轴承凸出于固定块上段一侧外部，横轴外圆周面同时与至少三个滚动轴承相切限位安装；

再进一步地，一较佳技术方案中，横轴上与每个风轮两端相对应的位置分别设置一个固定套，每个风轮沿圆周方向均匀设置有2+M个风叶，M为任意自然数，2+M个风叶两端通过2+M根连杆固定支撑在固定套上；固定套上沿圆周方向均匀设置2+M个径向柱孔，每根连杆下端分别***一个径向柱孔内，2+M个风叶同一端的连杆沿圆周方向均匀分布；

再进一步地，一较佳技术方案中，在首根支撑柱前侧再设置一根电机支撑柱，电机固定于电机支撑柱顶端支承座上，横轴前端穿过首根支撑柱顶端支承座后，依次经单向器、飞轮传动机构、联轴器连接至发电机；

并在每根支撑柱两侧分别设有斜向加强筋。

本发明的有益效果为：

一种横轴风力发电机，风轮风叶为半圆弧形截面绕中心线螺旋环绕90°构成的曲面槽，两半部分底部通过圆弧面平滑过渡连接，构成互相对称的倒八字形流线型曲面槽整体结构，形成两个螺旋相反的风轮效应；风力作用于风叶上时，对吹向风叶两半部分间的逆向风流可以互相遮挡，进而又依次轮流将其分拨于风叶的外侧，使风叶外侧获得有叠加的风流，风叶的外缘线速度可以高于风速，能够对风力产生涡流力的利用，风叶两半部分相互借力，相互推动，产生径流双轮效应；

单向器、飞轮传动机构、联轴器确保发电机只接受横轴的稳定转速输入，不会反向输出到横轴，减少了横轴在风力下降时的阻力损耗，横轴材质只需符合承受风力扭矩的要求；

横轴经单向器、飞轮传动机构、联轴器连接至发电机，若干个风轮借助风力推动旋转，带动横轴旋转，依次传递最终驱动发电机启动工作，将风能转化为电能；横轴由支撑柱固定支撑于地面，若干风叶与支撑柱间隔设置，可以任意增加横轴长度、风叶与支撑柱数量，以增加风能资源利用空间；

整机没有大型零件，可以应用新材料、新工艺批量生产，节约成本，重心低，不会出现倒塔现象，结构简单，零部件数量少，输出平稳，风能利用和转化率高；安装维护操作方便，安全可靠，能够沿长度方向扩大风能资源收集利用空间；在风力、空间充足区域，可以通过联轴器连接延长方式加长到几十公里乃至上百公里，能源收集能力极高；可以广泛应用于第三等级及以上风力资源地区，也可以应用于家用、农用风力发电，进一步促进农村，特别是农业自动化的发展，还可用于超级特巨型风力发电，还具有观赏价值。

附图说明

图1是本发明实施例一横轴风力发电机的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明实施例一横轴风力发电机的支承座结构放大示意图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图；

图6是图3的仰视图；

图7是图3的剖面结构放大视图；

图8是本发明实施例一横轴风力发电机的1/2风叶结构放大示意图；

图9是图8的1/2风叶结构左端位置截面放大示意图；

图10是图8的1/2风叶结构右端位置截面放大示意图；

图11是本发明实施例一横轴风力发电机的固定套与连杆结构放大示意图；

图12是本发明实施例二横轴风力发电机的结构示意图；

图13是本发明实施例三横轴风力发电机的结构示意图；

图14是本发明实施例六横轴风力发电机的结构示意图；

图15是图14的风轮位置左视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1～2所示，本发明提供一种横轴风力发电机，整体策划方案为：

设置一根与水平面方向平行设置的横轴1，横轴1由若干根竖向支撑柱2固定支撑于地面，在横轴1上均匀布置若干个能够由任意方向的风力驱动、同时带动横轴1旋转的风轮100，若干根竖向支撑柱2与若干个风轮100间隔设置；横轴1的其中一端依次经单向器4、飞轮传动机构11、联轴器5连接至发电机6，风轮100由风力驱动旋转，带动横轴1单向旋转，并传递动力到发电机6，发电机6旋转启动后，将风能转化为电能输出；横轴由支撑柱固定支撑于地面，若干风叶与支撑柱间隔设置，可以任意增加横轴长度、风叶与支撑柱数量，以增加风能资源利用空间；单向器、飞轮传动机构、联轴器确保发电机只接受横轴的稳定转速输入，不会反向输出到横轴，减少了横轴在风力下降时的阻力损耗，横轴材质只需符合承受风力扭矩的要求。

根据策划方案，在横轴1的首端和尾端分别设置一首风轮701和一尾风轮703，首风轮701与尾风轮703之间设置若干个中风轮702，每个中风轮702的风叶7沿轴向的截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构，首风轮701、尾风轮703分别为1/2的中风轮702结构。

根据策划方案，选择风轮技术结构为：在每个风轮上沿圆周方向均匀设置2+M个横向风叶7，在满足机械强度与空间布置要求的条件下，M可以为任意自然数，比较符合常规结构要求的优选方案中M选择0～10，即每个风轮上设置2～12个风叶；每个风叶7的两端分别由连杆8固定连接支撑在横轴1上，由风叶7收集风能，经连杆8传递带动横轴1旋转运动。

每个风叶7的截面形状可以是V形槽或者圆弧槽结构，可以由互相对称的两半部分固定连接构成，也可以直接成型制造为互相对称的整体结构，风叶的两半部分沿长度方向的中心线可以分别为横轴轴心长度方向的直线型、或者是在风轮圆周方向的倾斜直线型、或者是与风轮圆周方向具有一定倾斜角度的倾斜直线型(其倾斜角度以不超过±45°为宜)、或者是弧形或者曲线形，或者是螺旋线形；其中风叶的两半部分沿长度方向的中心线分别为螺旋线形时，每个风叶的两半部分分别为由截面形状沿中心线环绕螺旋扭转一定角度构成的曲面槽整体结构，螺旋扭转角度较佳范围为30°～180°，左右两半部分底部通过圆弧面平滑过渡连接，构成流线型曲面槽整体结构，形成两个螺旋相反的风轮效应；也可以由不对称的两半部分固定连接构成、或者直接成型制造为整体结构。

较佳实施方式的实施例一的技术方案中，具体技术结构为：

横轴1通过N根竖向支撑柱2固定于地面，横轴上固定设置N个风轮100，支撑柱2与风轮100间隔设置；在每根支撑柱2的顶端固定连接一支承座21，横轴1通过支承座固定于支撑柱2顶端；N个风轮100包括自前向后依次安装的一个首风轮701、N-2个中风轮702、一个尾风轮703，其中首风轮701为中风轮702的右半部分，尾风轮703为中风轮702的左半部分；

横轴1的前端自后向前依次经单向器4、飞轮传动机构11、联轴器5连接至发电机6，发电机6固定于首根支撑柱的顶端，稳定可靠；在满足机械强度与空间布置要求的条件下，N同样可以为任意正整数，通过联轴器5连接、焊接固定连接或者其他方式连接，横轴的长度可以通过设置延长段的方式任意增加。

横轴1与支撑柱2的具体结构，如图3～7所示：

支承座包括一固定块21，固定块21的下段厚度大于上段厚度，在固定块21的下段设置一竖直定位孔，在竖直定位孔的侧壁上设置一横向限位销孔，固定块21通过竖直定位孔配合套装在支撑柱的顶端后，通过一横向限位销与横向限位销孔孔配合限位固定安装在支撑柱顶端；在固定块21的上段设置一能够转动安装横轴的水平限位孔，水平限位孔连接一段开口于固定块上段一侧边的斜向开口槽，在水平限位孔外部沿圆周方向均匀分布三个滚动轴承12，每个滚动轴承12凸出于固定块21的上段一侧外部，横轴1的外圆周面同时与三个滚动轴承12相切限位安装，横轴1旋转运动时滚动轴承12随之旋转，不会产生阻碍，***运行灵活可靠。

竖直定位孔可以是沉孔，也可以是上下贯穿的通孔，支撑柱顶端可以设置与定位销适应的定位凹槽，定位销内配合限位在定位凹槽内部，将固定块固定在支撑柱顶端；也可以设置横向销孔，定位销穿过横向销孔后将固定块固定在支撑柱顶端。

横轴与固定块的水平限位孔通过间隙配合转动安装，三个滚动轴承的中心与横轴中心线互相平等，并且沿圆周方向均匀分布，其中一个滚动轴承位于水平限位孔上方，其中心线与横轴的中心线位于同一竖直平面内，其余两个滚动轴承位于水平限位孔下方两侧；

每个滚动轴承通过一根转轴铰接安装于固定块上段，转轴穿过固定块上段的安装孔后，向固定块一侧伸出一段距离，滚动轴承配合安装在转轴的伸出段上；开口槽的开口宽度可以大于横轴直径，开口槽倾斜向下逐渐减小至与横轴直径相适应，便于安装操作。

并在每根支撑柱2的两侧分别设置斜向加强筋3，提高支撑强度与平衡性、稳定性。每根支撑柱和支撑两侧的加强筋底端还可以同时固定于一底板上，通过与地面接触支撑，增加接触面积，支撑安装稳定可靠。

风叶的结构特征，如图8-10所示：

每个风叶7的径向截面为半圆弧形，构成圆弧槽结构；每个风叶7的轴向截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构，即：每个风叶7分别由互相对称的左半部分71、右半部分72固定连接构成整体结构，左半部分71的左端位置的半圆弧形截面直径位于竖直位置上，逐渐沿风叶中心线向下向右倾斜环绕螺旋扭转，直至扭转90°后，使得右端位置的半圆弧形截面直径位于水平位置上；右半部分72的右端位置的半圆弧形截面直径位于竖直位置上，逐渐沿风叶中心线向下向左倾斜环绕螺旋扭转，直至扭转90°后，使得左端位置的半圆弧形截面直径位于水平位置上；左半部分71右端面、右半部分72的左端面互相重合并固定连接，构成倒八字形结构的、具有规则几何形状的曲面槽体整体结构风叶7；左右两半部分底部通过圆弧面平滑过渡连接，构成流线型曲面槽整体结构，形成两个螺旋相反的风轮效应；风力作用于风叶上时，对吹向风叶两半部分间的逆向风流可以互相遮挡，进而又依次轮流将其分拨于风叶的外侧，使风叶外侧获得有叠加的风流，风叶的外缘线速度可以高于风速，能够对风力产生涡流力的利用，风叶两半部分相互借力，相互推动，产生径流双轮效应。

径流双轮效应，它是一种双轮结构，沿长轴布设风叶，直接利用风的推力旋转而工作，单轮因轴两侧风叶同时接受风力，相互抵消，输出力矩不大。设计双轮结构并靠近安装，两轮相互借力，使双轮外缘线速度可以高于风速，主动利用风力的特点产生了“径流双轮效应”。

传统单轮立轴风轮因轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反，相互抵消，输出力矩不大；径流双轮效应将传统的立轴力矩输出对桨叶流体力学形状的依赖进而改变为互相对称的风叶左右两半部分利用转动产生涡流力的作用，两半部分相互借力，相互推动；而对吹向两半部分间的逆向风流可以互相遮挡，进而又依次轮流将其分拨于风轮的外侧，使风轮外侧获得有叠加的风流，因此使风轮的外缘线速度可以高于风速，互相对称的两半部分结构互相助力，主动利用风力的特点产生了“双轮效应”；开辟了风能发展的新空间，是一项带有基础性质的发明，具有设计简捷，易于制造加工，转数较低，重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明显特点，可以广泛普及推广，适应节能减排需求，大有市场前景。

风叶整体结构可以由金属材料通过机械加工工艺成型构成左右两半部分互相对称的整体结构，也可以由多个部分通过焊接、铆接等工艺构成左右两半部分互相对称的整体结构，还可以由塑料等非金属材料通过模压成型、挤压成型等工艺构成左右两半部分互相对称的整体结构，还可以由玻璃纤维、树脂等材料通过涂刷成型工艺构成左右两半部分互相对称的整体结构，还可以由有机玻璃、FRP采光板、采光瓦等材料制成左右两半部分互相对称的整体结构。

风能计算公式

空气密度ρ千克每立方米，风速v米每秒，时间t秒，截面面积S平方米，通过公式知道风能E与S截面面积成正比，也就是成倍增大有效截面面积，就成倍增大了收集的风能。

整机没有大型零件，可以应用新材料、新工艺批量生产，节约成本，重心低，不会出现倒塔现象，结构简单，零部件数量少，输出平稳，风能利用和转化率高；安装维护操作方便，安全可靠，能够沿长度方向扩大风能资源收集利用空间；在风力、空间充足区域，可以通过联轴器连接延长方式加长到几十公里乃至上百公里，能源收集能力极高；可以广泛应用于第三等级及以上风力资源地区，也可以应用于家用、农用风力发电，进一步促进农村，特别是农业自动化的发展，还可用于超级特区型风力发电，还具有观赏价值。

中风轮702能够收集偏向于横轴径向的风力，首风轮701、尾风轮703能够收集偏向于轴向的风力，首风轮701、中风轮702、尾风轮703组合应用，能够收集利用任意方向的风力，提高风能利用空间。

风叶安装时将每个风叶7端部位置圆弧形两侧壁顶端同时固定于一根连杆8的上段，连杆8的下端通过一固定套10固定于横轴1上。

具体安装结构如下：在横轴1上与每个风轮100两端相对应的位置分别设置一个固定套10，每个风轮100沿圆周方向均匀设置四个风叶7，四个风叶7的两端通过四根连杆8固定支撑在固定套10上；

如图11所示，在固定套10上沿圆周方向均匀设置四个径向柱孔，每根连杆8的下端分别***一个径向柱孔内，四个风叶同一端的四根连杆8构成十字形结构；连杆8的下端可以通过过盈配合固定连接在径向柱孔内，还可以焊接、胶接等方式进一步固定连接。

风叶7与连杆8的具体连接结构如下：

在每个风叶7的端部两侧侧壁靠近顶角的位置分别设置一螺纹连接孔，连杆8直接选择螺杆，每个风叶7的端部两侧侧壁顶角分别通过螺纹配合固定连接在一根螺杆上，螺杆位于每个螺纹连接孔内外两侧的位置分别设置限位双螺母13，通过限位双螺母13限位并紧，防止在***运行过程中松动，还可以配合工业强力胶水或者增加点焊接，防止松动，提高安全性。

还可以将风轮之间距离尽量缩小，甚至可以缩小至相邻两个风轮的风叶互相靠近的端部连杆通过同一个固定套固定连接于横轴上，使得相邻两个风轮的对应风叶之间也能对风力产生涡流力的利用，两轮相互借力，相互推动，以提高径流双轮效应，进一步提高***运行效率与稳定性。

较佳实施方式的实施例二的技术方案中，如图12所示，整体主要具体技术结构与实例一相同，改进之处在于，在每个中风轮702的中间部位也分别设置连杆，并通过固定套固定连接支撑在横轴上，进一步提高机构支撑强度、风能转化效率和***运行稳定性。

较佳实施方式的实施例三的技术方案中，如图13所示，整体主要具体技术结构与实例一相同，改进之处在于，每个风叶的径向截面为半圆弧形或者V形，构成V形槽结构，进一步简化产品结构与生产工艺，但是会存在应力集中，机构支撑强度、风能转化效率和***运行稳定性稍有差别。

还可以在首根支撑柱前侧再设置一根电机支撑柱，电机固定于电机支撑柱顶端支承座上，横轴前端穿过首根支撑柱顶端支承座后，依次经单向器、飞轮传动机构、联轴器连接至发电机，发电机独立固定支撑，提高机构动稳定性。

较佳实施方式的实施例四的技术方案中，整体主要具体技术结构与实例一相同，改进之处在于，在每个风叶两端边缘靠近顶角的位置分别设置圆弧形凹槽，连杆与圆弧形凹槽配合限位，并通过焊接、胶接或者其他方式固定连接，进一步简化了零件结构。

较佳实施方式的实施例五的技术方案中，如图14～15所示，整体主要具体技术结构与实例一相同，改进之处在于，每个风轮设置有六个风叶，六个风叶每端分别通过六根连杆固定支撑横轴的固定套上，六根连杆沿圆周方向均匀分布。

以上所有实施例中，支撑柱可以是室外塔架，也可以是竖直支撑杆等支撑结构。

横轴经单向器连接到飞轮传动机构，飞轮传动机构的单飞轴利用弹性联轴器联接到发电机，发电机固定在塔或杆的顶部。发电机采用控制***刹车或在单飞轴上安装刹车装置。

飞轮效应，为了使静止的飞轮转动起来，一开始必须使很大的力气，一圈一圈反复地推，每转一圈都很费力，但是每一圈的努力都不会白费，飞轮会越转越快，当达到一个很高的转速后，飞轮所具有的动量矩和动能就会很大，使短时间内停下来所需要的外力便会很大，便能克服较大的阻力维持原有的运动。

飞轮物理：飞轮是从它的惯性矩，储存能量的多用途器件。飞轮的惯性越大，它能储存能量越多。飞轮的惯性I直接和它的质量m成正比，和它的半径r的平方成正比，用数学方程表达为I＝1/2·mr2。储存在一个飞轮内的转动能和它的惯性I成正比，和它的转动角速度W的平方成正比，可表达为E＝1/2·IW2。要增加惯性，飞轮质量的大部分应该集中在它的靠边周围。这可增加单位质量所储存的能量，称为比能。边缘最大的角速度决定了飞轮具有的能量容量。传统所用的储能飞轮具有高质量，低角速度；但现代的飞轮质量轻，转动速度高，这表示具有高比能。

本发明整机横向设置，支撑的塔或杆用筋加固，可以近地面安装，降低维修的难度，不用太多辅助部件安装，成本少；不会出现倒塔的情况，高安全性，横轴长，采用滚动轴承，支承横轴外圆的设计，使安装更换方便，扩大收集风能的空间，以增加横轴长度为主，以加大风轮半径为辅，通过这种横向扩大收集风能空间的方法来提高风能资源的利用，风轮上每个风呈倒八字形或正八字形布置是基于“径流双轮效应”原理设计，把具有倒八字形风叶的风轮分成两个螺旋相反的风轮，相邻两个风轮在横轴方向靠近安装，相互之间的作用也产生双轮效应，有更好的气动效果，而且还可以接受不同流向的风力，提高了风能的利用和转化；单飞轴上的单向器，除刹车情况，只接受横轴的输入，不会反向输出到横轴，减少了横轴因风力下降时产生了阻力损耗，单飞轴上一定当量的飞轮，具有稳速的作用，整机没有大零件，可应用新材料，批量生产，降低成本。在大型风力发电机中，横轴材质只要能承受巨大的扭矩力，通过联轴器加焊接加长至几十公里上百公里，收集巨大的风能来发电，考虑制造难度和制造成本这个优势是其它风力发电机型所没有的。

而且外形特点长，设计上加以龙形化，在广阔的天地之间是一道亮丽的风景。最后风叶轴向倒八字型或正八字型布设的风轮，相较于垂直轴发力发电机的H型、S型和螺旋型有更好的气动效果，所以可以设计成偏向升力型的风轮应用在风速较高的地区，也可以设计成偏向阻力型的风轮应用在风速较低的地区。

实际操作中风轮大小尽量相同，螺母和螺纹杆在固定中配合工业强力胶水或者增加点焊接，防止松动，提高安全性；

支承座加盖保护滚动轴承，露天部位的结构选材上尽量用耐腐蚀，耐氧化，韧性好的材料；

整机横向重心低，基础结构稳固，运输安装维护方便，输出平稳，风能收集空间大，V型或八型的风叶设计，单向输出，风能利用和转化率高，可广泛应用于第三等级风力资源地区以上，利用闲置空间，可广泛应用于家用、农用风力发电，进一步促进农村，特别是农业自动化的发展，还可用于超级特区型风力发电，还具有观赏价值。

工作原理：

风力作用下，风轮位于轴一侧正面呈倒八字形放置的风叶半部分，相互借用逃逸风力的推动，增大了转力矩，风轮位于轴另一侧反面呈正八字形的风叶两半部分，相互借用向两侧外卸力来减小阻力，这一增一减积极利用风轮的特点，正是“径流双轮效应”原理，也可以看作是把倒八字形风叶的风轮分成两个螺旋相反的风轮，在横轴方向靠近安装，相互作用产生双轮效应。倒八字形布设风叶还有效利用各流向的风力，提高了风能的利用和转化率。风力直接推动风叶使横轴转动，横轴通过单向器带动单飞轴转动，单飞轴通过弹性联轴器带动发电机发电，当横轴转速增大时，机械能从横轴传递到单飞轴，飞轮吸收部分机械能转化成动能，转速不会上升太快，当横轴转速减小时，横轴不对飞轮轴产生阻力，这时飞轮释放动能转化成机械能，使转速不会下降太快，达到及时吸收风忽大的能量，又可以稳定输出的效果，提高了风能利用率，只有在刹车的情况单飞轴会反向对横轴输出。当增长横轴和相应结构，增加风能收集空间时，输出的扭矩更大，输出的发电量更大，或者能带动更大功率的发电机。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种横轴风力发电机，其特征在于：包括与水平面方向平行设置的横轴，横轴由若干根竖向支撑柱固定支撑于地面；横轴上均匀分布有若干个能够由任意方向风力驱动、同时带动横轴旋转的风轮，横轴其中一端连接有发电机。

2.根据权利要求1所述的横轴风力发电机，其特征在于：

所述风轮包括沿圆周方向均匀设置的多个横向风叶，每个风叶两端均分别由连杆设在横轴上；

每个风叶的径向截面为半圆弧形或者V形，每个风叶构成圆弧槽或者V形槽结构；

每个风叶的轴向截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构；

每个风叶的两侧壁顶端同时固定于一根连杆上，连杆下端通过一固定套固定于横轴上。

3.根据权利要求2所述的横轴风力发电机，其特征在于：每个所述风叶的两半部分分别为由规则V形或者半圆弧形截面绕中心线螺旋环绕30°～180°构成的、具有规则几何形状的曲面槽体，两半部分底部通过圆弧面平滑过渡连接，构成流线型曲面槽整体结构。

4.根据权利要求3所述的横轴风力发电机，其特征在于：所述横轴上首端和尾端分别设置一首风轮和一尾风轮，首风轮与尾风轮之间设置若干个中风轮，每个中风轮的风叶轴向截面为由互相对称的两半部分构成的倒八字形结构，首风轮、尾风轮分别为1/2的中风轮结构。

5.根据权利要求4所述的横轴风力发电机，其特征在于：所述横轴上与每个风轮两端相对应的位置分别设置一个固定套，每个风轮沿圆周方向均匀设置有2+M个风叶，M为任意自然数，2+M个风叶两端通过2+M根连杆固定支撑在固定套上；固定套上沿圆周方向均匀设置2+M个径向柱孔，每根连杆下端分别***一个径向柱孔内，2+M个风叶同一端的连杆沿圆周方向均匀分布。

6.根据权利要求1～5所述之一的横轴风力发电机，其特征在于：所述每个风叶端部两侧侧壁靠近顶角的位置分别设置有一螺纹连接孔，连杆为螺杆，每个风叶端部两侧侧壁顶角分别通过螺纹配合固定连接在一根螺杆上，螺杆位于每个螺纹连接孔内外两侧的位置分别设置有限位双螺母。

7.根据权利要求1～5所述之一的横轴风力发电机，其特征在于：所述每个风叶两端边缘靠近顶角的位置分别设置有圆弧形凹槽，连杆与圆弧形凹槽配合限位，并通过焊接固定连接。

8.根据权利要求6所述的横轴风力发电机，其特征在于：所述横轴通过N根竖向支撑柱固定于地面，横轴上固定有N个风轮，支撑柱与风轮间隔设置；每根支撑柱顶端固定连接一支承座，横轴通过支承座固定于支撑柱顶端；N个风轮包括自前向后依次安装的一个首风轮、N-2个中风轮、一个尾风轮，横轴前端自后向前依次经单向器、飞轮传动机构、联轴器连接至发电机，发电机固定于首根支撑柱顶端。

9.根据权利要求8所述的横轴风力发电机，其特征在于：所述支承座包括一固定块，固定块下段厚度大于上段厚度，固定块下段设置有能够配合套装在支撑柱顶端的竖直定位孔，竖直定位孔侧壁上设置有一横向限位销孔，固定块能够通过一横向限位销与限位销孔配合限位固定安装在支撑柱顶端；固定块上段设置有能够转动安装横轴的水平限位孔，水平限位孔连接一段开口于固定块上段一侧边的斜向开口槽，水平限位孔外部沿圆周方向均匀分布有至少三个滚动轴承，每个滚动轴承凸出于固定块上段一侧外部，横轴外圆周面同时与至少三个滚动轴承相切限位安装。

10.根据权利要求8所述的横轴风力发电机，其特征在于：每根所述支撑柱两侧分别设置有斜向加强筋。

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