CN204961165U - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴风力发电机，包括底座和叶片，底座内设有转轴，转轴上设有固定盘和数个均匀分布的叶片组；叶片组包括与叶片铰接的支撑杆，配合叶片的外端设有缓冲增效装置；固定盘上设有液压泵，底座内壁上设有内齿轮，液压泵齿轮与内齿轮啮合；液压泵的出油口上依次连压力调整装置和执行机构，压力调整装置包括调整阀壳体，调整阀壳体上设有调整阀出油口、调整阀进油口、回油口和配合回油口设置的回油口调整装置；调整阀出油口与执行机构连通；调整阀进油口连接液压泵的出油口；回油口与液压泵的油箱连通。本实用新型在低风速下就可以启动、旋转，运行稳定，提高了垂直轴风力发电机的运行安全性。

Description

一种垂直轴风力发电机

技术领域

本实用新型属于风力发电机领域，具体涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发电是清洁的可再生能源，且该资源丰富，可以无穷地使用；传统风力发电机多为水平轴，水平轴风力发电机的缺点为：需要对风装置，风能利用效率不稳定；运转噪音大，安装维修困难；相比较水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机没有风向性，运转噪音低，安装维修方便，一直受业内人士的追捧；但是垂直轴风力发电机风能利用效率低，冲击力大，较大的冲击力影响对风能的利用，这些不足之处一直制约其发展。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能够最大限度利用风能且运行稳定的垂直轴风力发电机。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种垂直轴风力发电机，包括底座、发电机和设于底座内的转轴，转轴与发电机连接，底座内设有转轴，转轴与底座转动连接，转轴上设有固定盘和数个均匀分布的叶片组；所述叶片组包括叶片和横向设置的支撑杆，支撑杆端部与叶片铰接，铰接点偏向叶片的外端，在转轴上设有增效缓冲装置，增效缓冲装置偏向叶片的外端设置，叶片绕支撑杆做靠近或远离增效缓冲装置的运动；所述固定盘上设有液压泵，底座上设有内齿轮，内齿轮与液压泵的齿轮啮合；液压泵的出油口上依次连有压力调整装置和配合运动部件设置的执行机构，执行机构朝向叶片外端设置，执行机构可以向叶片施加作用力；压力调整装置包括调整阀壳体，调整阀壳体上贯穿设有调整阀出油口、调整阀进油口、回油口和配合回油***动设于调整阀壳体内的回油口调整装置；调整阀出油口与执行机构连通；调整阀进油口连接液压泵的出油口；回油口与液压泵的油箱连通；回油口调整装置根据进入调整阀壳体的液压油的油压的大小决定是否关闭回油口。

所述缓冲增效装置包括与支撑杆固连的连接架和穿设于连接架中的传力杆，传力杆与支撑杆平行，传力杆偏向叶片的外端设置。

传力杆一端设有缓冲装置；另一端上设有阻尼装置，所述阻尼装置包括阻尼弹簧和直径小于传力杆的连接杆，阻尼弹簧与连接架固连，同时阻尼弹簧卡设在传力杆和连接架之间，连接杆套设于阻尼弹簧中；传力杆中部设有与支撑杆固连的中部连接架，传力杆穿设于中部连接架上。

连接杆穿设于连接架上，连接杆的自由端伸出连接架，连接杆的自由端上螺接有限位螺母，限位螺母卡设在连接架外部。

所述回油口调整装置包括与调整阀壳体固连的调整弹簧，调整弹簧的前端上配合回油口设有球体，球体在液压油的作用下压缩调整弹簧，调整弹簧末端设有油压调整装置。

所述油压调整装置包括调整丝杠和调整螺母，调整丝杠一端与调整弹簧固连；另一端穿设于调整阀壳体外部，调整阀壳体外侧壁上贴设有穿设于调整丝杠上的调整螺母。

执行机构包括缸体，缸体前端设有与调整阀出油口相连的缸体进油口，缸体内部滑动设有与缸体内壁紧密贴合的活塞，活塞上固连有推杆和与缸体末端固连的回位弹簧，推杆自由端设于缸体外侧，推杆平行于支撑杆，同时推杆偏向叶片的外端设置。

所述支撑杆包括间隔设置的上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆分别通过间隔设置的上固定盘和下固定盘与转轴固定连接。

上支撑杆和下支撑杆端部通过连接轴连接，连接轴上设有至少两个轴承，叶片通过轴承与连接轴铰连。

所述传力杆包括间隔设置的上传力杆和下传力杆，上传力杆和下传力杆相对于叶片的横向中心线对称；上传力杆与上支撑杆固连，上传力杆位于上支撑杆上方；下传力杆与下支撑杆固连，下传力杆设于下支撑杆下方。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：1、啮合的内齿轮和液压泵的齿轮，在一动一静间，将旋转机械能取出，对叶片施加作用力，使得转轴的转动更加安全；2、执行机构可以对叶片施加作用力，当转轴的转动速度超过额定转速时，执行机构动作，改变叶片和风向之间的夹角，降低转轴受力，保障转速的稳定；3、压力调整装置可以对关闭回油口的油压进行调整，使其与推动执行机构动作的液压油的油压进行相匹配，提高装置的适用范围；4、传力杆的安装一方面能够将叶片冲击到传力杆的反向冲击力转化为转轴转动的正力矩；另一方面，保证了叶片在顺风时与风向的垂直，既增强了风能利用效率又减缓了反向冲击力对装置的影响；5、缓冲装置可以避免叶片在冲击到到传力杆的时候受到损害，延长了叶片的寿命；阻尼装置的设置可以使得在反向冲击力传输到转轴的时候更加平滑；如果没有阻尼装置，转轴的转速变化比较大，风力发电机生成的电压不稳定，后期处理比较复杂；6、限位螺母可以避免传力杆从连接架中移动出来；7、叶片通过连接轴铰接在转轴上，同心度高，叶片转动自如，能够在顺风时，与风向垂直；逆风时与风向平行，从而最大限度地利用风能。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为缓冲增效装置结构示意图；

图4为压力调整装置结构示意图；

图5为执行机构结构示意图。

具体实施方式

一种垂直轴风力发电机，如图1和图2所示，包括底座1、发电机和转轴2，底座1内设有两个转动轴承4，转轴2与发电机连接，转轴2通过转动轴承4转动设于底座1内。在转轴2上设有固定盘3和数个均匀分布的叶片组；所述叶片组包括叶片15和横向设置的支撑杆，支撑杆与叶片15铰接，叶片15与支撑杆的铰接点的位置偏向叶片15的外端。设置的转动轴承4降低了转轴2相对于底座1转动时的摩擦力，从而降低了能量消耗。

发电机在图中没有显示，为发电领域的常用设备。

叶片15在风力的作用下，带动转轴2旋转，转轴2带动发电机的轴旋转，从而通过叶片和转轴的旋转将风能转化为电能。

叶片15的内端和外端的定义方法为：在本实施例中，沿转轴2的旋转方向，叶片15的两个端部分别为内端和外端。

每个叶片组的结构组成相同，均包括叶片15和两个横向设置的支撑杆，两个支撑杆间隔设置分别为上支撑杆122和下支撑杆121，上支撑杆122通过固设于转轴2上的上固定盘112与转轴2固定连接；下支撑杆121通过固设于转轴2上的下固定盘111与转轴2固定连接。上支撑杆122和下支撑杆121的端部通过连接轴13连接。在连接轴13上设有轴承14，叶片15通过轴承14与连接轴13铰接；通过轴承14实现了叶片15相对于支撑杆的铰接。

设置上支撑杆122和下支撑杆121两个支撑杆作为叶片15的安装支架，可以保证叶片15的安装的稳定，实现叶片15的稳定运行。

为了实现叶片15在旋转过程中的限位，同时降低叶片15在旋转过程中受到的冲击力的影响，在转轴2上设有缓冲增效装置，缓冲增效装置平行于支撑杆设置，同时缓冲增效装置偏向叶片15的外端，叶片15绕支撑杆做远离或者靠近增效缓冲装置的运动；当叶片15顺风时，叶片15靠近增效缓冲装置，并最终贴合在增效缓冲装置上；当叶片15逆风时，叶片15远离增效缓冲装置，并最终与支撑杆平行。

缓冲增效装置实现了叶片15相对于连接轴13旋转的限位；同时，通过缓冲增效装置，可以将叶片15在冲击到缓冲增效装置的时候受到的反向冲击力传输到转轴2上，从而将叶片15受到的反向力矩，转化为转轴2的正向转矩。

为了使得叶片15最大限度地接收到顺向风，同时以最快速度避免逆向风的影响，将叶片15与连接轴13的铰接点偏向叶片15的外端设置。当叶片15顺风时，转轴2转动，叶片15在缓冲增效装置的作用下处于与风向垂直的状态，从而使得叶片15最大限度地接收风力；当叶片15逆风时，在风力作用下，叶片15旋转到与支撑杆平行的状态，从而与风向平行，因铰接点偏向叶片15的外端，叶片旋转速度较快，从而降低了风力对转轴2的旋转速度的影响。

为了使得叶片15的转动更加稳定，轴承14的数量至少为两个，两个轴承相对于叶片15的横向中心线对称。

如图3所示缓冲增效装置包括两个传力杆，传力杆平行于支撑杆设置，同时传力杆偏向叶片15的外端。两个传力杆分别为上传力杆162和下传力杆161，上传力杆162和下传力杆161相对于叶片15的横向中心线对称；上传力杆162位于上支撑杆122上方且与上支撑杆122固连；下传力杆161位于下支撑杆121下方且与下支撑杆121固连。

在实施的过程中通过设置上传力杆162和下传力杆161两个传力杆，可以使转轴2和叶片15受到的冲击力均匀，保证运行的稳定。

上传力杆位于上支撑杆的上方；下传力杆位于下支撑杆的下方，当叶片15碰撞到上传力杆和下传力杆时，叶片15纵向受力均匀，且受到的冲击力较大；通过传力杆传输到转轴上的反向冲击力也较大。

上传力杆162和上支撑杆122的连接方式与下传力杆161和下支撑杆121的连接方式相同，下面以上传力杆162和上支撑杆122的连接方式为例进行说明。

上传力杆162上间隔设有连接架163和中部连接架164，上传力杆162穿设于中部连接架164上；上传力杆162一端设有缓冲装置165，缓冲装置165配合叶片15设置；上传力杆165另一端上设有阻尼装置。缓冲装置165为橡胶层，在具体实施的过程中缓冲装置也可以为其它的能够起到缓冲的结构。

设置的缓冲装置可以在叶片15冲击到传力杆的时候起到缓冲的作用，避免对叶片15造成伤害。

阻尼装置包括阻尼弹簧167和与上传力杆端部固连的连接杆168，连接杆168的直径小于上传力杆的直径，上传力杆卡设在连接架163的外部。阻尼弹簧167卡设在上传力杆162和连接架163之间；连接杆168套设于阻尼弹簧167中，阻尼弹簧167与连接架163的外立面固连，此处可以采用螺栓将阻尼弹簧167固定在连接架163上。连接杆168穿设于连接架163中，连接杆168在水平力的作用下，做压缩或者拉伸阻尼弹簧167的运动，从而实现上传力杆相对于连接架的横向移动。

为了避免上传力杆162从连接架163中横移出来，在连接杆168的自由端上设有限位螺母166，限位螺母166卡设在连接架163外部；当上传力杆相对于连接架163横向移动时，在限位螺母的作用下限制对阻尼弹簧167的拉伸，从而将上传力杆162限制在连接架163上。

缓冲装置的设置可以避免叶片15在撞击到传力杆的时候受到损害，延长叶片15的寿命；阻尼装置的设置可以在反向冲击力传输到转轴的时候更加柔和。如果没有阻尼装置，转轴在转动的过程中变化会比较突然，在风力发电的时候，生成的电压不稳定，后期处理比较复杂；加上阻尼装置后，转轴在转动过程中转速的变化比较平缓，生成的电压稳定，后期处理简单。

在使用的时候，叶片15受力，转轴2相对于底座旋转；当叶片15处于顺风状态时，在风力的作用下，叶片15绕连接轴13旋转，在传力杆的作用下，限位在与风向垂直的位置，从而最大限度地接收风的作用力，同时叶片15冲击传力杆的时候会受到反向力矩，叶片15通过传力杆将该反向力矩传输到转轴上，转化为转轴2的正力矩；当风向与转轴2的旋转方向相反时，叶片15处于逆风状态时，在风力的作用下，叶片15绕连接轴13旋转，最终停止在与风向平行的位置，避免风力对转轴2起到反作用力；从而实现风能的最大利用，避免能量消耗，实现转轴2连续稳定的运行。

固定盘3上设有液压泵7；配合液压泵7的齿轮6，在底座1上设有内齿轮5。液压泵7的出油口上通过油管8依次连接有压力调整装置9和执行机构10。执行机构10设于与转轴2固连的下固定盘111上，执行机构10朝向叶片15设置，执行机构10能够对叶片15产生作用力。

在使用的时候，内齿轮5静止，转轴2带动液压泵7的齿轮6转动，两者在一静一动之间取力，并将取出的旋转机械能转化为液压泵7的出油口上的液压油的油压，当该压力达到压力调整装置9设定的力值时，驱动执行机构10控制叶片组中叶片15的运动。

如图4所示的压力调整装置9，包括调整阀壳体97，调整阀壳体97内部设有腔体98，调整阀壳体97侧壁上设有与腔体98贯穿的调整阀进油口91、调整阀出油口92和回油口93；调整阀进油口91和回油口93均连接液压泵7的油箱，其中调整阀进油口91连接液压泵7的油箱的出油口；回油口93连接液压泵7的油箱的回油口。调整阀出油口92连接执行机构10。在腔体98内配合回油口93设有回油口调整装置，回油口调整装置能够根据进入调整阀壳体97内的液压油的油压的大小决定是否关闭回油口93。

回油口调整装置包括调整弹簧95和球体94，调整弹簧95前端与球体94固连；调整弹簧95末端与调整阀壳体97固连；回油口93位于调整弹簧95末端的侧部。同时调整弹簧95上连接有油压调整装置，通过油压调整装置可以调整将回油口93关闭的液压油的油压大小。

油压调整装置包括调整丝杠961和调整螺母962，调整丝杠961一端与调整弹簧95固连；另一端穿设于调整阀壳体97外部，调整螺母962贴设于调整阀壳体97外侧壁上，并螺接于调整丝杠961上；在使用的时候，转动调整螺母962，调整丝杠961带动调整弹簧95和球体94做远离回油口93或者接近回油口93的运动。当球体94远离回油口93时，通过调整阀进油口91进入调整阀壳体97的液压油需要更大的压力才能将回油口93关闭，反之亦然；通过这种简单易实现的调整方式，实现关闭回油口93的液压油的油压大小的调整。

此处，油压调整装置的调整需要通过实验确定，保证克服调整弹簧95张紧度的液压油的油压刚好能够推动执行机构使得执行机构动作。

液压油通过调整阀进油口91进入腔体98，在油压的作用下，调整弹簧95压缩，液压油通过调整阀出油口92从腔体98中出来进入执行机构10。

如果液压油的油压比较小，则液压油无法克服调整弹簧95的张力将在球体94的作用下关闭回油口93。此时，进入执行机构10的液压油再返回腔体98中，通过回油口93返回液压泵7的油箱中。

如果液压油的油压足够大，则液压油可以克服调整弹簧95的张力，在球体94的作用下，关闭回油口93。进入执行机构10的液压油在油压的作用下，推动执行机构10对运动部件的运动进行控制。

设置的压力调整装置可以对进入执行机构的液压油的油压进行调整，使其与推动执行机构的液压油的油压相同，从而可以根据额定转速调整油压，提高适用范围。

此处，通过液压泵7将旋转机械能转化为执行机构的运行动力，设计新颖；同时通过压力调整装置调整油压，保证仅当转轴2旋转速度过快时，才会取出该部分旋转机械能，对叶片施加作用力，通过这些措施实现转轴2的稳定运行。

如图5所示的执行机构，包括缸体101，缸体101前端设有缸体进油口102，缸体进油口102与调整阀出油口92相连，液压油通过调整阀出油口92和缸体进油口102进入缸体101中。在缸体101内部滑动设有活塞103，活塞103与缸体101的内壁紧密贴合，活塞103的外侧固连有推杆104和回位弹簧105，推杆104的自由端伸出缸体101，推杆104平行于支撑杆，同时推杆104偏向叶片15的外端设置；当叶片处于顺风状态时，叶片15接收到的风力最大，因转轴转速过快，则需要减少叶片15接收到的风力，此时推杆104在液压油的作用下，伸出缸体101的部分增加，最终推杆104的端部与叶片15的外端贴合，将叶片15顶起，使得叶片15与风向之间有一定的夹角，降低叶片15接收到的风力。

当转轴2的转速超过额定转速时，进入缸体101的液压油，在油压的作用下，克服回位弹簧105的张力，推动活塞103，最终使得推杆104伸出缸体101，并作用于叶片15。

回位弹簧105的设置使得液压油在推动活塞103的过程中受到有阻力；防止液压油进入缸体101即可以推动活塞103的情况发生，保证仅当液压油的油压达到一定值时，才能推动推杆动作。

叶片15相对于转轴2转动时，顺风时保证叶片15与风向垂直，逆风时叶片15与风向平行，从而实现风能的最大化利用；当风力不断增大，转轴2的转动速度超过额定转速时，从液压泵7出来的液压油克服调整弹簧95的张力，液压油的油压作用于球体，使得球体94推动调整弹簧95，最终关闭回油口93；液压油进入缸体101，在油压的作用下克服回位弹簧105的张力，使得活塞103推动推杆104，推杆104作用于与风向垂直的叶片15的外端，将叶片15的外端顶起，使叶片15顺风时与风之间有一定的夹角，从而降低接收到的风力，进而降低转轴转速；叶片15顺风时与风之间的夹角的大小随着液压油的油压大小而改变，油压越大，转轴2转速越快，推杆被推出的越多，夹角越大。

本实用新型设计新颖，在风速较低的情况下就可以启动、旋转，运行稳定，减少风力发电机的叶片在运行过程的各种冲击应力通过转轴和底座的相对转动，利用齿轮和内齿轮将两者相对旋转过程中的旋转机械能转化为执行机构的动能，并将该动能施加于叶片，在不使用其它机械能的情况下使得转轴的旋转更加稳定，提高了垂直轴风力发电机的运行安全性。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力发电机，包括底座、发电机和设于底座内的转轴，转轴与发电机连接，其特征在于：底座内设有转轴，转轴与底座转动连接，转轴上固设有固定盘和数个均匀分布的叶片组；所述叶片组包括叶片和横向设置的支撑杆，支撑杆端部与叶片铰接，铰接点偏向叶片的外端，在转轴上设有增效缓冲装置，增效缓冲装置偏向叶片的外端设置，叶片绕支撑杆做靠近或远离增效缓冲装置的运动；所述固定盘上设有液压泵，底座上设有内齿轮，内齿轮与液压泵的齿轮啮合；液压泵的出油口上依次连有压力调整装置和配合运动部件设置的执行机构，执行机构朝向叶片外端设置，执行机构可以向叶片施加作用力；压力调整装置包括调整阀壳体，调整阀壳体上贯穿设有调整阀出油口、调整阀进油口、回油口和配合回油***动设于调整阀壳体内的回油口调整装置；调整阀出油口与执行机构连通；调整阀进油口连接液压泵的出油口；回油口与液压泵的油箱连通；回油口调整装置根据进入调整阀壳体的液压油的油压的大小决定是否关闭回油口。

2.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述缓冲增效装置包括与支撑杆固连的连接架和穿设于连接架中的传力杆，传力杆与支撑杆平行，传力杆偏向叶片的外端设置。

3.如权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：传力杆一端设有缓冲装置；另一端上设有阻尼装置，所述阻尼装置包括阻尼弹簧和直径小于传力杆的连接杆，阻尼弹簧与连接架固连，同时阻尼弹簧卡设在传力杆和连接架之间，连接杆套设于阻尼弹簧中；传力杆中部设有与支撑杆固连的中部连接架，传力杆穿设于中部连接架上。

4.如权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：连接杆穿设于连接架上，连接杆的自由端伸出连接架，连接杆的自由端上螺接有限位螺母，限位螺母卡设在连接架外部。

5.如权利要求4所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述回油口调整装置包括与调整阀壳体固连的调整弹簧，调整弹簧的前端上配合回油口设有球体，球体在液压油的作用下压缩调整弹簧，调整弹簧末端设有油压调整装置。

6.如权利要求5所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述油压调整装置包括调整丝杠和调整螺母，调整丝杠一端与调整弹簧固连；另一端穿设于调整阀壳体外部，调整阀壳体外侧壁上贴设有穿设于调整丝杠上的调整螺母。

7.如权利要求6所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：执行机构包括缸体，缸体前端设有与调整阀出油口相连的缸体进油口，缸体内部滑动设有与缸体内壁紧密贴合的活塞，活塞上固连有推杆和与缸体末端固连的回位弹簧，推杆自由端设于缸体外侧，推杆平行于支撑杆，同时推杆偏向叶片的外端设置。

8.如权利要求6或7所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述支撑杆包括间隔设置的上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆分别通过间隔设置的上固定盘和下固定盘与转轴固定连接。

9.如权利要求8所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：上支撑杆和下支撑杆端部通过连接轴连接，连接轴上设有至少两个轴承，叶片通过轴承与连接轴铰连。

10.如权利要求9所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述传力杆包括间隔设置的上传力杆和下传力杆，上传力杆和下传力杆相对于叶片的横向中心线对称；上传力杆与上支撑杆固连，上传力杆位于上支撑杆上方；下传力杆与下支撑杆固连，下传力杆设于下支撑杆下方。