CN118088384A - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域。该垂直轴风力发电机包括机体、升力机构和阻力机构；机体包括底座和转动架，转动架通过第一转轴转动设置于底座；升力机构包括若干个翼型板，翼型板摆动设置于转动架的四周；阻力机构包括若干个迎风板和自适应组件，迎风板通过第二转轴转动设置于转动架的四周，转动架转动过程中具有预设角度范围的迎风区和风阻区，自适应组件使迎风区中的迎风板始终与风向垂直、以及风阻区中的迎风板始终与风向平行。本发明提供的垂直轴风力发电机，阻力机构在迎风区内的受力较大、降低在风阻区内的阻力极小，使垂直轴风力发电机在极低的风速下顺畅启动，升力机构能够更好地利用风能。

Description

一种垂直轴风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发电机，是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机通常分为两类：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，水平轴风力发电机的风轮的旋转轴与风向平行，垂直轴风力发电机的风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。

相对于水平轴风力发电机而言，垂直轴风力发电机的占地面积小、设备较轻、便于维修、不需要偏航***，尤其适合于小型设备。垂直轴风力发电机通常包含升力型和阻力型：升力型风机是利用叶片产生的升力推动叶片旋转，升力型风机的转速较高，但启动较为困难；阻力型风机是通过风向风机的方向施加阻力，利用阻力的作用转动叶片，阻力型风机启动简单，但风能的利用率较低。因此，请结合申请号为CN201310222528.9、发明名称为“升力与阻力结合型垂直轴风力机”的发明专利，在现有技术中，通常是将二者组合使用，以充分利用二者的优势。而现有的阻力型风机，通过转轴两侧受力的不同实现转动，而无论叶片如何设置，在风阻区都会有不小的阻力，也需要一定的风速才能启动，这也是阻力型风机的效率较低的原因之一。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发电机，阻力机构在迎风区内的受力较大、降低在风阻区内的阻力极小，使垂直轴风力发电机在极低的风速下顺畅启动，升力机构能够更好地利用风能。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种垂直轴风力发电机，包括机体、升力机构和阻力机构；所述机体包括底座和转动架，所述转动架通过第一转轴转动设置于所述底座；所述升力机构包括若干个翼型板，所述翼型板摆动设置于所述转动架的四周；所述阻力机构位于所述升力机构内，所述阻力机构包括若干个迎风板和自适应组件，所述迎风板通过第二转轴转动设置于转动架的四周，所述转动架转动过程中具有预设角度范围的迎风区和风阻区，所述自适应组件使所述迎风区中的所述迎风板始终与风向垂直、以及所述风阻区中的所述迎风板始终与风向平行。

作为可选方案，所述垂直轴风力发电机还包括发电机组，所述发电机组设置于所述底座内，所述第一转轴与所述发电机组的输入端传动连接。

作为可选方案，所述自适应组件包括自适应轨道和自适应滑块，所述自适应轨道包括迎风段和风阻段，所述迎风段和所述风阻段分别相对于所述第二转轴的公转轨迹偏移且二者的偏移方向垂直，所述迎风段的两端和所述风阻段的两端平滑过渡，所述自适应滑块滑动嵌设于所述自适应轨道内；所述第二转轴的底端固定有延伸臂，所述延伸臂能够随所述第二转轴转动且与所述迎风段和所述风阻段的偏移方向匹配，所述延伸臂的一端与所述自适应滑块铰接。

作为可选方案，所述延伸臂与所述迎风板的延伸方向一致，所述迎风段相对于所述第二转轴的公转轨迹沿左右方向向内偏移，所述风阻段相对于第二转轴的公转轨迹沿前后方向向后偏移；所述延伸臂和所述自适应滑块的铰接点与所述第二转轴的间距为第一距离，所述迎风段的偏移距离和所述风阻段的偏移距离均与所述第一距离相等。

作为可选方案，所述延伸臂相对于所述自适应滑块的转动中心线与所述第二转轴的中心线平行。

作为可选方案，以风向为基准，所述垂直轴风力发电机分为前、后、左、右四个方位，所述迎风段相对于所述第二转轴的公转轨迹向内且向右偏移，所述风阻段相对于第二转轴的公转轨迹向外且向上偏移，以使所述延伸臂始终位于所述自适应滑块的前方且拉动所述自适应滑块运动。

作为可选方案，所述自适应组件还包括风向架，所述风向架与所述自适应轨道连接，所述自适应轨道可转动地套设于所述第一转轴，所述风向架用于带动所述自适应轨道转动，以改变所述自适应轨道的朝向以及所述迎风区和风阻区的方位。

作为可选方案，所述风向架包括连杆和尾标板，所述尾标板和所述自适应轨道之间通过所述连杆连接；所述自适应轨道的底端设置有若干个万向轮，所述万向轮与所述底座滚动接触。

作为可选方案，所述垂直轴风力发电机还包括调速机构，所述调速机构包括齿轮增速器和无级变速器，所述齿轮增速器的输入端与所述转动轴传动连接且输出端与所述无级变速器传动连接。

作为可选方案，所述无级变速器包括传动皮带和两个变径轮，所述变径轮包括轮架、若干个伸缩臂，所述伸缩臂分布于所述轮架的四周，所述伸缩臂的端部设置有皮带轮，所述传动皮带分别与两个所述变径轮的所述皮带轮配合。

作为可选方案，两个所述变径轮分别为第一变径轮和第二变径轮，所述第一变径轮的皮带轮设置有第一配重块和第一复位弹簧，所述第二变径轮设置有第二配重块和第二复位弹簧；当所述第一变径轮转动时，所述第一配重块使所述伸缩臂具有缩短的趋势，所述第一复位弹簧使相应的所述伸缩臂具有伸长的趋势；当所述第二变径轮转动时，所述第二配重块使所述伸缩臂具有伸长的趋势，所述第二复位弹簧使相应的所述伸缩臂具有缩短的趋势。

作为可选方案，所述翼型板通过第三转轴转动设置于所述转动架，所述翼型板的重心位于所述第三转轴上；所述升力机构还包括控摆件和两个控摆扭簧，所述控摆件与所述翼型板的外侧连接且向外伸出，所述控摆扭簧设置于所述翼型板和所述第三转轴之间，其中一个所述控摆扭簧使所述翼型板具有顺时针转动的趋势且另外一个所述控摆扭簧使所述翼型板具有逆时针转动的趋势。

作为可选方案，所述控摆件包括控摆杆和控摆球，所述控摆杆的一端与所述翼型板连接且另一端设置有螺纹段，所述控摆杆与所述第三转轴相交，所述控摆球设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述螺纹段啮合且所述控摆球在所述控摆杆上的位置可调。

作为可选方案，所述螺纹段设置有正向螺纹和反向螺纹，所述控摆球包括两个半球，半球的内部设置有若干个用于容纳配重块的配重腔，其中一个所述半球与所述正向螺纹啮合，另外一个所述半球与所述反向螺纹啮合，两个所述半球的邻端分别设置有弹耳和环形槽，所述弹耳的一端设置有限位凸起，所述弹耳能够发生弹性形变，以使所述限位凸起能够嵌入所述环形槽内。

作为可选方案，所述转动架上设置有两个用于限制所述翼型板转动幅度的阻挡部，所述阻挡部上设置有用于与所述翼型板接触的弹性接触件。

作为可选方案，所述转动架包括第一架、第二架和单向驱动件，所述第二架转动套设于所述第一架，所述升力机构设置于所述第一架，所述阻力机构设置于所述第二架；所述单向驱动件包括锁止件和驱动弹簧，所述锁止件可活动地设置于所述第一架上，所述第二架上设置有环形的限位环槽，所述限位环槽内设置有若干个楔形块，所述驱动弹簧将所述锁止件的一端压紧于所述限位环槽内，以使所述第二架能够带动所述第一架转动且所述第一架不能带动所述第二架转动。

作为可选方案，所述机体还包括两块增速板，所述增速板通过连接臂能够与所述自适应轨道同步转动，两块所述增速板相对设置于所述升降机构的两侧且形成进风通道，所述进风通道沿风向分为第一段和第二段，所述第一段的宽度逐渐减小，所述第二段的宽度不变且小于所述第二段的宽度，所述升力机构或所述阻力机构位于所述第二段内。

本发明的有益效果是：

本发明提供的垂直轴风力发电机，底座用于支撑转动架、阻力机构和升力机构等，阻力机构和升力机构配合使用，使垂直轴风力发电机既能够低风速启动，又能够有效利用风能。转动架在转动过程中，自适应组件能够自主变更迎风板的朝向，迎风板依次从迎风区和风阻区中经过。当迎风板位于迎风区内时，迎风板需要由风力驱动，此时，迎风板与风向垂直，其受力最大；当迎风板位于风阻区内时，迎风板不需要风力驱动，此时，迎风板与风向平行，所受阻力极小。如此设置，使得垂直轴风力发电机能够在极低的风速下启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一提供的垂直轴风力发电机的结构示意图一；

图2为本发明实施例一提供的垂直轴风力发电机的结构示意图二；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为本发明实施例二提供的垂直轴风力发电机的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的垂直轴风力发电机的结构示意图；

图7为图6的C-C局部剖视图；

图8为本发明实施例四提供的垂直轴风力发电机的结构示意图；

图9为图8的A部局部放大示意图；

图10为图9中的半球的结构示意图；

图11为本发明实施例五提供的垂直轴风力发电机的结构示意图；

图12为图11中的第一架和第二架的配合关系示意图。

图标：10-垂直轴风力发电机；11-机体；12-阻力机构；15-升力机构；110-底座；111-转动架；112-第一转轴；113-阻挡部；114-第一架；115-第二架；116-锁止件；117-驱动弹簧；118-限位环槽；120-迎风板；121-第二转轴；122-迎风区；123-风阻区；124-延伸臂；130-自适应组件；131-自适应轨道；132-自适应滑块；133-迎风段；134-风阻段；135-风向架；136-连杆；137-尾标板；150-翼型板；151-第三转轴；152-控摆件；153-控摆扭簧；154-控摆杆；155-控摆球；156-螺纹段；160-半球；161-弹耳；162-环形槽；163-限位凸起；164-配重腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

请参照图1-图3所示，本发明的实施例一提供了一种垂直轴风力发电机10，该垂直轴风力发电机10能够利用风能发电，其应用场合不限，例如，空旷的荒野、路灯上方、道路旁边等。

其中，垂直轴风力发电机10主要由机体11、升力机构15、阻力机构12和发电机组组成，动力机构、自适应组件130和发电机组均安装于底座110上，下面针对各个组成部分进行详细论述。

机体11包括底座110和转动架111，转动架111设置于底座110上，转动架111能够在底座110上转动，转动架111的转动中心线沿竖向设置。

底座110主要起到支撑的作用，其结构不限，可以参照现有技术，例如可以采用箱体结构、框架结构、立杆结构等。

转动架111的结构不限，在本实施例中，转动架111可以采用但不限于下列方案：转动架111包括第一转轴112、第一底板、第一顶板、第二底板和第二顶板。第一转轴112沿竖向设置，第一转轴112与底座110之间转动连接，二者之间可以通过轴承等连接，第一转轴112能够围绕自身中心线转动。第一底板和第一顶板相对设置，第一底板和第一顶板可以分别固定于第一转轴112上，第二底板和第二顶板相对设置，第二底板和第二顶板可以分别固定于第一转轴112上，当第一转轴112转动时，能够带动第一底板、第一顶板、第二底板和第二顶板转动。第一底板、第一顶板、第二底板和第二顶板的形状不限，例如可以采用板状、放射状结构等。在一些实施例中，第一底板与第二底板可以为同一部件，第一顶板与第二顶板可以为同一部件。

升力机构15和阻力机构12均设置于转动架111上，阻力机构12可以位于升力机构15内，阻力机构12的尺寸相对较小，升力机构15的尺寸相对较大，升力机构15和阻力机构12主要起到承载风力、带动发电机组工作等作用，升力机构15和阻力机构12混合使用，这种结合方式在现有技术中较为常规。其中，阻力机构12用于使垂直轴风力发电机10低风速启动，升力机构15用于使垂直轴风力发电机10的最大转速提高，能够有效利用风能。

其中，升力机构15的结构可以参照现有技术，例如达里厄式结构等，升力机构15主要由若干个翼型板150组成，翼型板150的数量可以为两个、三个、四个等，第一底板和第一顶板之间形成安装区，若干个翼型板150均匀分布于安装区内，翼型板150分布于转动架111的四周，翼型板150与转动架111之间通过第三转轴151可转动地配合，第三转轴151沿竖向设置，翼型板150能够在设定的角度范围内摆动，以自动调整攻角，防止升力机构15失速。转动架111上设置有两个阻挡部113，阻挡部113可以为阻挡杆、阻挡块等，阻挡部113用于限制翼型板150转动幅度，阻挡部113上设置有用于与翼型板150接触的弹性接触件，以减轻翼型板150与阻挡部113接触时的冲击力。

阻力机构12主要由若干个迎风板120和自适应组件130组成，迎风板120用于捕获风能，自适应组件130用于控制迎风板120的朝向。

第二底板和第二顶板之间形成安装区，若干个迎风板120均匀分布于安装区内，迎风板120的数量不限，例如可以为三个、四个、五个等，在本实施例中，迎风板120的数量为六个，六个迎风板120围绕第一转轴112的四周均匀分布。

迎风板120可以为板状结构，例如矩形板等，迎风板120沿竖向设置，即迎风板120所在平面为竖直面，迎风板120通过第二转轴121转动设置于安装区内，第二转轴121沿竖向设置，第二转轴121与第一转轴112平行，第二转轴121的顶端与第二顶板转动连接、底端与第二底板转动连接。第二转轴121与迎风板120的位置不限，例如，第二转轴121位于迎风板120的一端、第二转轴121位于迎风板120的中部，迎风板120和第二转轴121能够同步转动。

迎风板120能够公转和自转，即迎风板120整体围绕第一转轴112转动为公转、迎风板120围绕第二转轴121转动为自转。

转动架111转动过程中具有迎风区122和风阻区123：当迎风板120在迎风区122内时，风力能够推动迎风板120运动，从而使转动架111能够转动；当迎风板120在风阻区123内时，风力会对迎风板120支架反向作用力，阻止转动架111正常转动。需要说明的一点是，随着风向的不同，迎风区122和风阻区123是随之变化的。

迎风区122和风阻区123均具有一定的范围，例如，转动架111能够在360°范围内转动，其中0°-90°范围为迎风区122，180°-300°为风阻区123，90°-180°为由迎风区122向风阻区123变化的第一过渡区，300°-360°为由风阻区123向迎风区122变化的第二过渡区，当然，这个角度范围可以根据需要设定。

众所周知，现有的叶片结构，通常是固定在转动架111上的，叶片只能公转，而不能自转，这就会导致在转动架111转动过程中，当迎风板120在风阻区123内时，迎风板120受到的阻力较大。因此，现有技术中，需要设计叶片的形状，既能够有效利用风能、又能够有效降低风阻。然而，无论如何设计，都难以从根本上解决二者的矛盾，这也是垂直轴风力发电机10能量利用效率较低的原因之一。

因此，在本实施例中，增设了自适应组件130，以尽可能地有效利用风能、降低风阻。具体的，请结合图4所示，自适应组件130设置于底座110上，并且，自适应组件130与第二转轴121连接，自适应组件130能够使迎风区122中的迎风板120始终与风向垂直、以及风阻区123中的迎风板120始终与风向平行。简单而言，就是在需要有效利用风能的迎风区122内，迎风板120既能够公转、又能够自转，迎风板120的表面始终与风向垂直，迎风板120的受力面积较大，风力能够有效推动迎风板120运动；在需要降低风阻的风阻区123内，迎风板120既能够公转、又能够自转，迎风板120的表面始终与风向平行，风力与迎风板120的接触面仅仅为迎风板120的棱面，迎风板120的受力面积极小，阻力可以忽略不计。

自适应组件130的控制方式不限，例如可以采用电控，但是采用电控方式会耗费大量的能源，与设计的初衷不符，因此，在本实施例中，采用被动的机械控制方式进行调节，完全不需要消耗额外的能源。具体的，自适应组件130包括自适应轨道131和自适应滑块132，自适应滑块132与自适应轨道131滑动配合。

其中，自适应轨道131呈环形，自适应轨道131包括迎风段133和风阻段134，当然，迎风段133和风阻段134的两端分别通过过渡段平滑过渡，迎风段133和风阻段134的长度、位置等可以根据需要设定，一般而言，迎风段133与迎风区122匹配、风阻段134与风阻区123匹配。

迎风段133和风阻段134分别相对于第二转轴121的公转轨迹偏移，迎风段133和风阻段134均为圆弧状，迎风段133的圆弧直径、风阻段134的圆弧直径、第二转轴121的公转轨迹直径相等或大致相等。

其中，迎风段133相对于第二转轴121的公转轨迹偏移方向与风阻段134相对于第二转轴121的公转轨迹偏移方向垂直。以图2为例，箭头方向代表风向，以风向为基准，具有前、后、左、右四个方位，图2的上方为前、下方为后、左侧为左、右侧为右。迎风段133相对于第二转轴121的公转轨迹左右偏移，风阻段134相对于第二转轴121的公转轨迹前后偏移。

自适应滑块132滑动嵌设于自适应轨道131内，自适应滑块132的结构不限，例如，自适应滑块132呈圆柱状、块状等，自适应滑块132的结构与自适应轨道131的结构匹配，自适应能够沿着自适应轨道131滑动。

第二转轴121的底端固定有延伸臂124，在本实施例中，延伸臂124和迎风板120位于底架的两侧，延伸臂124的形状不限，当迎风板120自转时，延伸臂124能够随第二转轴121转动。延伸臂124与迎风段133和风阻段134的偏移方向匹配，以使延伸臂124的一端与自适应滑块132铰接，延伸臂124相对于自适应滑块132的转动中心线与第二转轴121的中心线平行。

延伸臂124与迎风板120的延伸方向一致，延伸臂124和自适应滑块132的铰接点与第二转轴121的间距为第一距离，迎风段133的偏移距离和风阻段134的偏移距离均与第一距离相等。

在本实施例中，迎风段133相对于第二转轴121的公转轨迹向内且向右偏移，风阻段134相对于第二转轴121的公转轨迹向外且向上偏移，以使延伸臂124始终位于自适应滑块132的前方，延伸臂124能够拉动自适应滑块132运动。如此设置，使得自适应滑块132不会出现死点，死点可以看作是出现迎风板120转动方向不符合预期的点位。例如，以图2为例，当迎风板120通过最左侧位置时，自适应滑块132有两种运动方式：即迎风板120越过该点时，迎风板120围绕第二转轴121逆时针转动、或者迎风板120围绕第二转轴121顺时针转动。

第一种方式：延伸臂124推动自适应滑块132沿自适应轨道131滑动，现有技术中，一些能够使多个板材时刻保持一个朝向的结构中，通常将两个迎风板120通过平行四连杆136机构实现联动，从而越过该死点，当自适应滑块132越过死点时，延伸臂124推动自适应滑块132沿自适应轨道131滑动，而在本申请中，显然是不能采用这种方案的，因为，在不同的位置，相邻的两个迎风板120的转动角度不同；第二种方式：延伸臂124拉动自适应滑块132沿自适应轨道131滑动，如此设置，当自适应滑块132越过该点时，延伸臂124拉动自适应滑块132沿自适应轨道131滑动，不会出现死点。

当然，在一些其他实施例中，延伸臂124与迎风板120垂直、呈夹角设置也是可以的，迎风段133和风阻段134的偏移方向需要随之变化。

发电机组设置于底座110内，发电机组具有输入端和输出端，第一转轴112与发电机组的输入端传动连接，第一转轴112能够带动输入端转动，发电机组内可以设置增速器等结构，从而能够使转动架111的低速转动转变为发电机组的高速转动。

本实施例提供的垂直轴风力发电机10的工作原理如下：

将垂直轴风力发电机10安装在指定位置；

以图2为例，假设风由下方向上方运动，当风速达到启动风速时，启动风速不限，例如，可以为2m/s、3m/s等，垂直轴风力发电机10开始工作，首先由阻力机构12捕获风能启动，然后阻力机构12和升力机构15共同作用，利用风能；

以第一转轴112的中心线所在竖向平面为分界面，分界面左侧的风能够为垂直轴风力发电机10的阻力机构12提供动力，分界面右侧的风会为阻力机构12制造阻力，而分界面两侧的风均会为升力机构15提供动力，其原理可以参照现有技术；

当迎风板120在迎风区122内时，迎风板120能够围绕第一转轴112公转，并且，在自适应组件130的作用下，迎风板120能够围绕第二转轴121自转，自适应滑块132在自适应滑道的迎风段133内滑动，由于延伸臂124的长度固定，而迎风段133相对于第二转轴121的公转轨迹偏移，在水平方向上，迎风段133和第二转轴121的公转轨迹的对应点位之间的距离固定且与延伸臂124的长度相等，因此，延伸臂124始终沿水平方向，从而带动迎风板120始终沿水平方向延伸，迎风板120的方向始终与风向垂直，受力面积较大，受力更加均匀；

当迎风板120在风阻区123内时，在竖直方向上，迎风段133和第二转轴121的公转轨迹的对应点位之间的距离固定且与延伸臂124的长度相等，因此，延伸臂124始终沿竖直方向，从而带动迎风板120始终沿竖直方向延伸，迎风板120的方向始终与风向平行，迎风板120的受力面积仅为其棱面，受到的阻力更小，能够减少能量损耗；

当迎风板120由迎风区122向风阻区123变动时，延伸臂124的长度固定，由于自适应轨道131和自适应滑块132的限制，使得迎风板120围绕第二转轴121自转，延伸臂124拉动自适应滑块132滑动，直至迎风板120由水平状态变化为竖直状态；

当迎风板120由风阻区123向迎风区122变动时，延伸臂124拉动自适应滑块132滑动，直至迎风板120由竖直状态变化为水平状态；

由阻力机构12和升力机构15共同作用，利用风能。

上述步骤可以根据需要增减、修改、调整顺序等。

实施例二：

请参照图5所示，本发明的实施例二提供了一种垂直轴风力发电机10，该垂直轴风力发电机10在实施例一的基础上做出了进一步改进，改进点在于阻力机构12能够根据风向的变化自动调整，其他未提及部分，请参照实施例一或现有技术。

具体的，自适应组件130还包括风向架135，风向架135与自适应轨道131连接，风向架135的结构不限，例如，在本实施例中，可以采用但不限于下列方案：请结合图7所示，风向架135包括连杆136和尾标板137，连杆136可以为杆状结构，尾标板137可以为平板，尾标板137沿竖向设置，尾标板137和自适应轨道131之间通过连杆136连接。风向架135可以位于转动架111的一侧，一般而言，连杆136的长度越长、尾标板137的面积越大，则随风变化的效果越好。

自适应轨道131可转动地套设于第一转轴112，自适应轨道131能够围绕第一转轴112转动，二者之间还可以通过轴承转动配合。

当风向发生变化时，风向架135能够跟随变化，风向架135用于带动自适应轨道131转动，以改变自适应轨道131的朝向以及迎风区122和风阻区123的方位。

在一些实施例中，自适应轨道131的底端设置有若干个万向轮，万向轮的数量可以根据需要设定，万向轮与底座110滚动接触。如此设置，使得自适应轨道131具有支撑，并且能够顺畅地围绕第一转轴112转动。

需要说明的一点是，本实施例提供的风向架135虽然与现有技术中水平轴风力发电机的风向调节机构结构类似，但二者所要解决的技术问题完全不同。水平轴风力发电机的风向调节机构的作用是控制整个机头转动，即改变叶片的朝向。而本实施例中的风向架135的作用是自动调整自适应轨道131的位置，从而配合转动架111的迎风区122和风阻区123变化。

现有技术中，垂直轴风力发电机10是完全不需要风向调节机构的，因为垂直轴风力发电机10能够无差别采集全方位的风能，由于垂直轴风力发电机10能够围绕竖向轴转动，无论风从哪个方向吹入，其效果都是完全一样的。

在一些实施例中，还可以增设其他结构，使升力机构15和阻力机构12处的风速增大，具体的，机体11还包括两块增速板（图中未示出），增速板通过连接臂能够与自适应轨道131同步转动，连接臂可以与自适应轨道131固定，从而使增速板的朝向能够随着自适应轨道131转动，进而使增速板与风速匹配。

两块增速板相对设置于升力机构15或阻力机构12的两侧且形成进风通道，进风通道沿风向分为第一段和第二段，第一段的宽度逐渐减小，第二段的宽度不变且小于第二段的宽度，升力机构15或阻力机构12位于第二段内。

经由第一段进入的风被进风通道限制，然后进入第二段内，由于第一段的宽度大于第二段的宽度，风在流经第二段时的风速大于流经第一段时的风速，进风通道采用文丘里管效应增大流经升力机构15和或阻力机构12的风速，从而有效捕获风能。

实施例三：

请参照图6所示，本发明的实施例三提供了一种垂直轴风力发电机10，该垂直轴风力发电机10在实施例一或实施例二的基础上做出了进一步改进，改进点在于升力机构15的结构，其他未提及部分，请参照实施例一或实施例二或现有技术。

具体的，翼型板150通过第三转轴151转动设置于转动架111，翼型板150的重心位于第三转轴151上，可以通过在翼型板150上设置平衡锤实现重心变化。

请结合图7所示，升力机构15还包括控摆件152和两个控摆扭簧153。

控摆件152与翼型板150的外侧连接，并且，控摆件152向外伸出，控摆件152包括控摆杆154和控摆球155，控摆杆154与第三转轴151相交，即控摆杆154沿第三转轴151的径向延伸，控摆杆154的靠内的一端与翼型板150连接，控摆杆154的靠外的一端与控摆球155连接，当转动架111转动时，控摆球155受到离心力的作用，转动架111的转速越大，则控摆球155受到的离心力越大。

翼型板150在风力和控摆球155的离心力的作用下，翼型板150能够在一定的角度范围内摆动，并且，翼型板150的摆动是连续的，控摆球155的离心力也是连续的。当转动架111的转速较小时，控摆球155的离心力较小，翼型板150的摆动幅度较大，从而能够实现对攻角的调节；当转动架111的转速增大时，控摆球155的离心力较大，能够减小翼型板150的摆动角度，翼型板150仅能实现小角度偏摆，可以有效防止升力机构15失速。

控摆扭簧153设置于翼型板150和第三转轴151之间，控摆扭簧153可以套设于第三转轴151，控摆扭簧153的两端分别与翼型板150和第三转轴151抵接，其中一个控摆扭簧153使翼型板150具有顺时针转动的趋势且另外一个控摆扭簧153使翼型板150具有逆时针转动的趋势。当翼型板150未受到风力作用时，两个控摆扭簧153使翼型板150保持在中间位置；当翼型板150的一侧受到风力作用时，其中一个控摆扭簧153被压缩且另外一个控摆扭簧153伸展，从而使翼型板150摆动，反之亦然。如此设置，既可以控制翼型板150的最大转动幅度，又可以避免翼型板150与限位部的冲击。当然，控摆扭簧153可以不依赖于限位部存在。

实施例四：

请参照图8所示，本发明的实施例四提供了一种垂直轴风力发电机10，该垂直轴风力发电机10在实施例一或实施例二或实施例三的基础上做出了进一步改进，改进点在于控摆件152的结构，其他未提及部分，请参照实施例一或实施例二或实施例三或现有技术。

由于控摆球155的重量以及与翼型板150之间的间距固定，因此，升力机构15的最佳适应风速相对固定，而在不同地点、不同季节等，较为常见的风速不同，会降低升力机构15的风能利用率。并且，升力机构15的最佳适应风速，在出厂时就已经被决定，难以进行调节，只能通过更换翼型板150的方式调节。

在本实施例中，可以通过如下方案进行调整：请结合图9所示，控摆杆154的靠外的一端设置有螺纹段156，螺纹段156的长度不限，螺纹段156设置有外螺纹，控摆球155设置有螺纹通孔，螺纹通孔内设置有内螺纹，外螺纹和内螺纹匹配，螺纹通孔与螺纹段156啮合，控摆球155在控摆杆154上的位置可调，即通过旋拧控摆球155，能够调整控摆球155与翼型板150之间的间距，从而调整各种速度下的离心力，使翼型板150能够适应不同的风速。

此外，由于垂直轴风力发电机10在工作时，由于翼型板150往复摆动，会使控摆球155存在一定的振动，从而导致上述结构的控摆球155在螺纹段156上非正常运动，因此，在本实施例中，可以通过如下方案进行改善：螺纹段156设置有正向螺纹和反向螺纹，正向螺纹和反向螺纹的旋向相反，例如，其中一个为顺时针螺旋设置、另外一个为逆时针螺旋设置，螺纹段156的结构可以参照现有技术中的唐氏螺纹结构。

请结合图9、图10所示，控摆球155包括两个半球160，两个半球160相对设置，且二者能够组成圆球状。

半球160的内部设置有若干个配重腔164，配重腔164的数量可以根据需要设定，配重腔164内用于容纳配重块，通过调节配重块的数量，可以调整控摆球155的整体质量，从而调整各种速度下的离心力，使翼型板150能够适应不同的风速。

两个半球160分别为第一半球和第二半球，其中，第一半球与正向螺纹啮合，第二半球与反向螺纹啮合。

第一半球设置有弹耳161，弹耳161可以采用塑料等材质制成，弹耳161能够发生弹性形变，弹耳161的一端设置有限位凸起163，限位凸起163可以为半球160形、楔形等。

第二半球设置有环形槽162，环形槽162沿第二半球的周向设置，环形槽162所在平面与第二半球的球心之间可以存在间距。

限位凸起163能够嵌入环形槽162内，从而使第一半球和第二半球固定为一个整体。

在安装控摆球155时，首先将第一半球旋入螺纹段156的指定位置，并使其保持不动；然后将第二半球旋入螺纹段156并逐渐靠近第一半球，由于第一半球不动，第二半球继续旋入，则弹耳161被第二半球挤压变形，直至限位凸起163嵌入环形槽162内，从而使两个半球160被锁定。当然，在一些实施例中，也可以先将限位凸起163卡入环形槽162内，然后再将控摆球155旋入螺纹段156，只是在此过程中，必须使两个半球160同步反向转动才行。

即使控摆球155受到震动，也只能使控摆球155朝一个方向转动且沿轴向朝一个方向运动，要么远离翼型板150、要么靠近翼型板150，而由于第一半球和第二半球的转向和运动方向相反，会使得二者完全锁定，从而防止控摆球155非正常活动。

举例说明，假设控摆球155受到振动，该振动使得控摆球155顺时针转动，则第一半球需要靠近翼型板150、第二半球需要远离翼型板150，必然使得第一半球和第二半球之间的间距增大，而限位凸起163嵌入环形槽162内，震动的力较小，不足以使弹耳161变形，可以防止出现第一半球和第二半球非正常转动的情况。

实施例五：

请参照图11所示，本发明的实施例五提供了一种垂直轴风力发电机10，该垂直轴风力发电机10在实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的基础上做出了进一步改进，改进点在于转动架111的结构，其他未提及部分，请参照实施例一或实施例二或实施例三或实施例四或现有技术。

转动架111用于同时支撑升力机构15和阻力机构12，转动架111可以为一个整体，也可以采用下列方案：请结合图12所示，转动架111包括第一架114、第二架115和单向驱动件，第二架115转动套设于第一架114，升力机构15设置于第一架114，第一转轴112可以看做第一架114的一部分，阻力机构12设置于第二架115。

单向驱动件包括锁止件116和驱动弹簧117，锁止件116可活动地设置于第一架114上，锁止件116与所述第一架114支架可以转动连接、滑动连接等，第二架115上设置有环形的限位环槽118，限位环槽118内设置有若干个楔形块，驱动弹簧117将锁止件116的一端压紧于限位环槽118内，以使第二架115能够带动第一架114转动且第一架114不能带动第二架115转动。

由于升力机构15能够带动转动架111高速转动，其转速会大于风速，若升力机构15和阻力机构12共用一个转动架111，则风速过大时，会导致阻力机构12难以适应风速，从而使阻力增大，并且，过高的转速会对自适应组件130造成损伤。而采用上述技术方案，垂直轴风力发电机10工作时，在低风速状态下，阻力机构12能够驱动第二架115转动，第二架115能够驱动第一架114转动，第一架114带动升力机构15转动；在高风速状态下，由于第一架114的转速相较于第二架115的转速更大，第一架114可以单独转动，避免因转速过快导致的阻力机构12失速或对自适应组件130造成损伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电机，其特征在于，包括机体、升力机构和阻力机构；所述机体包括底座和转动架，所述转动架通过第一转轴转动设置于所述底座；所述升力机构包括若干个翼型板，所述翼型板摆动设置于所述转动架的四周；所述阻力机构位于所述升力机构内，所述阻力机构包括若干个迎风板和自适应组件，所述迎风板通过第二转轴转动设置于转动架的四周，所述转动架转动过程中具有预设角度范围的迎风区和风阻区，所述自适应组件使所述迎风区中的所述迎风板始终与风向垂直、以及所述风阻区中的所述迎风板始终与风向平行。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述自适应组件包括自适应轨道和自适应滑块，所述自适应轨道包括迎风段和风阻段，所述迎风段和所述风阻段分别相对于所述第二转轴的公转轨迹偏移且二者的偏移方向垂直，所述迎风段的两端和所述风阻段的两端平滑过渡，所述自适应滑块滑动嵌设于所述自适应轨道内；所述第二转轴的底端固定有延伸臂，所述延伸臂能够随所述第二转轴转动且与所述迎风段和所述风阻段的偏移方向匹配，所述延伸臂的一端与所述自适应滑块铰接。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述延伸臂与所述迎风板的延伸方向一致，所述迎风段相对于所述第二转轴的公转轨迹沿左右方向向内偏移，所述风阻段相对于第二转轴的公转轨迹沿前后方向向后偏移；所述延伸臂和所述自适应滑块的铰接点与所述第二转轴的间距为第一距离，所述迎风段的偏移距离和所述风阻段的偏移距离均与所述第一距离相等。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，以风向为基准，所述垂直轴风力发电机分为前、后、左、右四个方位，所述迎风段相对于所述第二转轴的公转轨迹向内且向右偏移，所述风阻段相对于第二转轴的公转轨迹向外且向上偏移，以使所述延伸臂始终位于所述自适应滑块的前方且拉动所述自适应滑块运动。

5.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述自适应组件还包括风向架，所述风向架与所述自适应轨道连接，所述自适应轨道可转动地套设于所述第一转轴，所述风向架用于带动所述自适应轨道转动，以改变所述自适应轨道的朝向以及所述迎风区和风阻区的方位。

6.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述翼型板通过第三转轴转动设置于所述转动架，所述翼型板的重心位于所述第三转轴上；所述升力机构还包括控摆件和两个控摆扭簧，所述控摆件与所述翼型板的外侧连接且向外伸出，所述控摆扭簧设置于所述翼型板和所述第三转轴之间，其中一个所述控摆扭簧使所述翼型板具有顺时针转动的趋势且另外一个所述控摆扭簧使所述翼型板具有逆时针转动的趋势。

7.根据权利要求6所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述控摆件包括控摆杆和控摆球，所述控摆杆的一端与所述翼型板连接且另一端设置有螺纹段，所述控摆杆与所述第三转轴相交，所述控摆球设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述螺纹段啮合且所述控摆球在所述控摆杆上的位置可调。

8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述螺纹段设置有正向螺纹和反向螺纹，所述控摆球包括两个半球，半球的内部设置有若干个用于容纳配重块的配重腔，其中一个所述半球与所述正向螺纹啮合，另外一个所述半球与所述反向螺纹啮合，两个所述半球的邻端分别设置有弹耳和环形槽，所述弹耳的一端设置有限位凸起，所述弹耳能够发生弹性形变，以使所述限位凸起能够嵌入所述环形槽内。

9.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述转动架上设置有两个用于限制所述翼型板转动幅度的阻挡部，所述阻挡部上设置有用于与所述翼型板接触的弹性接触件。

10.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述转动架包括第一架、第二架和单向驱动件，所述第二架转动套设于所述第一架，所述升力机构设置于所述第一架，所述阻力机构设置于所述第二架；所述单向驱动件包括锁止件和驱动弹簧，所述锁止件可活动地设置于所述第一架上，所述第二架上设置有环形的限位环槽，所述限位环槽内设置有若干个楔形块，所述驱动弹簧将所述锁止件的一端压紧于所述限位环槽内，以使所述第二架能够带动所述第一架转动且所述第一架不能带动所述第二架转动。