CN205503362U - 负载平衡式垂直轴风力发电机 - Google Patents

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陈忠卫
李天石
李岳
朱巍晶
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Abstract

本实用新型公开了一种负载平衡式垂直轴风力发电机，包括动力传递装置和风轮叶片，以及将风轮叶片固定连接搭配所述动力传递装置上的固定杆；其中，所述动力传动装置包括电机主轴，设置在电机主轴中间位置的电机，所述电机上方电机主轴外周与之同轴固定设置的上回转套筒，所述电机下方电机主轴外周与之同轴固定设置的下回转套筒；所述动力传递装置以电机为中心呈轴对称式结构。本实用新型负载平衡式垂直轴风力发电机可以有效减小和平衡风轮旋转时附加径向力及弯矩对发电机运行效率和轴承工作寿命的影响，提高风轮结构刚性和运行的平稳性。

Description

负载平衡式垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种负载平衡式垂直轴风力发电机。
背景技术
目前，垂直轴风力发电机普遍采用悬臂长轴结构上安装风轮叶片，其结构如图1所示，包括电机主轴，套在电机主轴外的回转轴，设置在电机主轴下方的电机，以及将电机与电机主轴相连的联轴器，还包括风轮叶片，通过连接臂与电机主轴相连，并以电机主轴为转动轴心。这种风轮机构与发电机一体式结构的垂直轴风力发电机存在以下几个方面问题：
(1)悬臂式长轴结构，其外伸端长度与***端(发电机轴承间距离)长度之比高达15:1以上。因此，由叶片重力和叶片旋转径向力将会产生很大的附加弯矩。该结构叶轮结构刚性差，运行平稳性差，且附加弯矩会直接影响发电机的运行效率和运行寿命。
(2)悬臂式长轴结构装配工艺性差，如轴承安装、定子引线焊接及发电机上下盖装配等，均不方便操作，难以保证装配质量，维修则更为困难。
(3)悬臂式长轴结构垂直轴风力发电机，结构尺寸庞大。且质量分布不均衡，因此包装运输采用整体结构则尺寸太庞大，同时运输过程中很容易发生侧翻发电机主轴变形等事故。现场安装时，整体吊装或分体吊装、安装均不方便，很容易发生人身事故。
(4)悬臂式长轴由于其长径比太大，细长轴加工工艺性差，加工成本高，无论装配、运输、安装及运行很容易产生弯曲变形。
(5)为了改善装配工艺性，方便装配运输和安装，有些垂直轴风力发电机外伸轴采用分段加长方法及结构，但这种加长结构虽然解决了上述装配工艺性及装配、运输、安装过程的问题，但其结构和力学性能方面依然无法改变固有的技术缺陷。反而由于加长轴结构刚度远低于整体轴，运行平稳性更差，且产生径向力及附加弯矩更大。
综上所述，传统悬臂长轴结构垂直轴风力发电机的主要技术问题及缺陷可归结为：结构刚度差，运行效率及运行寿命低，加工装配安装工艺性差。随着风力发电机功率增大，上述问题几缺陷将表现更为突出。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种负载平衡式垂直轴风力发电机，可以有效减小和平衡风轮旋转时附加径向力及弯矩对发电机运行效率和轴承工作寿命的影响，提高风轮结构刚性和运行的平稳性。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，包括动力传递装置和风轮叶片，以及将风轮叶片固定连接搭配所述动力传递装置上的固定杆；其中，所述动力传动装置包括电机主轴，设置在电机主轴中间位置的电机，所述电机上方电机主轴外周与之同轴固定设置的上回转套筒，所述电机下方电机主轴外周与之同轴固定设置的下回转套筒；所述动力传递装置以电机为中心呈轴对称式结构。
优选地，所述电机上方电机主轴与上回转套筒通过联轴器固定连接；所述电机下方电机主轴与下回转套筒通过联轴器固定连接。
优选地，所述电机主轴与上回转套筒之间设置有轴承；所述电机主轴与下回转套筒之间设置有轴承。
优选地，所述电机上方设置有电机上盖，所述联轴器安装在所述电机上盖上；所述电机下方设置有电机下盖，所述联轴器安装在所述电机下盖上。
优选地，所述风轮叶片上下两端分别对称的连接到上下回转套筒上。
优选地，所述电机主轴采用厚壁钢管加工制得。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型负载平衡式垂直轴风力发电机，风轮叶片和发电机质心与发电机主轴长度中心处于同一平面，质量分布均匀，且悬臂长度缩小一半以上，这种对称式结构使风轮机构在受力状态下产生附加径向力及弯矩减小或平衡，使得风轮结构刚性大为改善，无论装配运输及安装工艺性明显优于传统悬臂式结构。总体结构尺寸小，便于运输安装。同时，该结构加工工艺性好，加工质量容易保证，可以有效降低加工成本。采用对称式布局，从结构上大大改善和提高了垂直轴风力发电机的运行性能、运行寿命和装配工艺性能。本发明负载平衡式垂直轴风力发电机总体结构尺寸小，具有良好的装配工艺性，运输安装方便，维修性能好，和传统垂直轴风力发电机相比，具有显著的技术优势和成本优势。
附图说明
图1为传统一体式垂直轴风力发电机的风轮机构示意图；
图2为本发明负载平衡式垂直轴风力发电机结构示意图。
图中：1-动力传递装置；101-电机主轴；102-电机；103-上回转套筒；104-下回转套筒；105-电机上盖；106-电机下盖；2-风轮叶片；3-固定杆；4-联轴器；1’-风轮叶片；2’-电机主轴；3’-回转套；4’-联轴器；5’-电机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种负载平衡式垂直轴风力发电机，如图2所示，包括动力传递装置1和风轮叶片2，以及将风轮叶片2固定连接搭配所述动力传递装置1上的固定杆3；其中，所述动力传动装置1包括电机主轴101，设置在电机主轴101中间位置的电机102，所述电机102上方电机主轴101外周与之同轴固定设置的上回转套筒103，所述电机102下方电机主轴101外周与之同轴固定设置的下回转套筒104；所述动力传递装置1以电机102为中心呈轴对称式结构。本实施例采用轴向对称式布局结构，当发电机***运行时，在风力作用下，风轮叶片2旋转，通过固定杆3分别作用到上、下回转体套筒(103、104)上，带动其同步旋转。所述动力传递装置1因采用对称式布局，故外形结构尺寸小，重心分佈合理，改变了传统垂直轴风力发电机“头重脚轻”，重心不稳的弊端，还可以采用整体式运输及安装，运输成本低，安装方便。因悬臂长度短，可有效减小及平衡由径向力和叶片重力产生的附加弯矩。此外，电机102安装在电机主轴的对称位置上，且悬臂短，因此还大大改变了电机装配性能和可维修性能。传统1000W垂直轴风力发电机悬臂长度一般达1.6m-1.8m，本发明对称式结构将长度减少为0.7m-0.9m，可减少悬臂长度达50％。
本实施例中，所述电机102上方电机主轴101与上回转套筒103通过联轴器4固定连接；所述电机102下方电机主轴101与下回转套筒104通过联轴器4固定连接。当风叶转动时，上、下回转套筒(103、104)同步转动，双回转套筒结构，连接刚性好。
本实施例中，所述电机主轴101与上回转套筒103之间设置有轴承；所述电机主轴101与下回转套筒104之间设置有轴承。双轴承回转套筒结构，连接刚性更佳，运转平稳性大大提高。
本实施例中，所述电机102上方设置有电机上盖105，所述联轴器4安装在所述电机上盖105上；所述电机102下方设置有电机下盖106，所述联轴器4安装在所述电机下盖106上。本发明风力发电机***运行时，在风力作用下，风轮叶片2旋转，通过固定杆3分别作用到上、下回转体套筒(103、104)上，带动上、下回转体套筒(103、104)同步旋转，上、下回转体套筒(103、104)通过电机上下设置的两个联轴器进一步驱动电机上盖105和电机下盖106绕电机主轴101旋转，产生电能。风能传递工程是通过驱动电机上盖105和电机下盖106同步转动的双驱动模式，使得电机102受到的附加载荷小，运行安装可靠，扭矩传递过程机械效率高。
本实施例中，所述风轮叶片2上下两端分别对称的连接到上、下回转套筒(103、104)上。同时这种结构由于在电机主轴101端，固定杆3固定非常高，且在上端悬臂长度短，风轮叶片2连接刚度高，运行平稳。
本实施例中，所述电机主轴101采用厚壁钢管加工制得。由于电机主轴长度减小，其刚性高，加工工艺性好，且加工成本也大大降低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，包括动力传递装置和风轮叶片，以及将风轮叶片固定连接搭配所述动力传递装置上的固定杆；其中，所述动力传动装置包括电机主轴，设置在电机主轴中间位置的电机，所述电机上方电机主轴外周与之同轴固定设置的上回转套筒，所述电机下方电机主轴外周与之同轴固定设置的下回转套筒；所述动力传递装置以电机为中心呈轴对称式结构。
2.根据权利要求1所述的负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机上方电机主轴与上回转套筒通过联轴器固定连接；所述电机下方电机主轴与下回转套筒通过联轴器固定连接。
3.根据权利要求2所述的负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机主轴与上回转套筒之间设置有轴承；所述电机主轴与下回转套筒之间设置有轴承。
4.根据权利要求2所述的负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机上方设置有电机上盖，所述联轴器安装在所述电机上盖上；所述电机下方设置有电机下盖，所述联轴器安装在所述电机下盖上。
5.根据权利要求1所述的负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，所述风轮叶片上下两端分别对称的连接到上下回转套筒上。
6.根据权利要求1-5任一所述的负载平衡式垂直轴风力发电机，其特征在于，所述电机主轴采用厚壁钢管加工制得。
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