一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机制造技术

本发明专利技术提供了一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱、叶轮和发电机，所述叶轮通过轮毂轴向竖直设置在立柱上、轮毂传动发电机主轴，轮毂上通过连杆设置有若干组叶片；所述风力发电机具有多级叶轮，多级叶轮依其转动方向分为正转叶轮和反转叶轮两种；正转叶轮与发电机主轴的转动方相同、其轮毂直接连接发电机主轴，反转叶轮与发电机主轴的转动方相反、其轮毂通过同步反向传动机构连接发电机主轴。本发明专利技术立柱上均匀地产生两个反向、相互抵消的扭矩，使得垂直轴风力发电机运行时稳定性较强、其结构刚度得到保障，减少设备损坏的几率。同时，发电效率较高，叶片转动顺畅，结构简单，实用性强，易于大规模使用和推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利技术属于清洁能源
，一种用于垂直型风力发电机的结构形式。
技术介绍
能源，是当前全人类共同面临的一个问题。传统的能源慢慢减少，已经不能满足人们的需求，更严重的是，诸如火力发电、石油、天燃气等，对环境的破坏很大，因此，开发新的清洁能源显得相当急切。其中，风力发电是未来的一种清洁能源，越来越得到人们的重视。如图1所示，是现有技术的垂直轴风力发电机的基本结构形式，主要包括设置在立柱6上的发电机1、叶轮及其制动系统5。叶轮包括轮毂3和叶片4，轮毂3轴向配合立柱 6方向设置，轮毂3的外圆周面通过多根连杆2连接有一圈竖直方向设置的叶片4。叶轮的制动系统5 —端与轮毂3相连，另一端连接设置在立柱6底部的制动手柄7。为了捕获更多的风能，垂直轴风力发电机一般采用在轮毂3上设置多组叶片4来提高效率，但是存在一个问题由于这些叶片4的转动方向是同向的，使得轮毂3的安装位置产生一个单一方向的扭矩，而且该扭矩是不均衡的。而且，当风速变大时，叶片4的转动速度加快，使得该扭矩越来越大，使得立柱6产生剧烈的振动，影响垂直轴风力发电机运行时的稳定性。另外，立柱6上如果产生过大的振动，会导致整体结构的不安全以及相关设备的损坏。为此，现有技术一般采用加粗立柱6或者通过改变材料或者机械加固的方法，来提高立柱6的强度，增强垂直轴风力发电机的稳定性，减少设备损坏的几率。但是，这样往往会过大地增加成本，不利于生产厂家。同时，由于叶片4的同向转动、轮毂3的单向旋转，会引起叶片4周围产生不对称气流，对叶片4产生侧向推力，使得叶片4的设计迎风面与叶片 4的实际受风面产生一定角度，影响叶片4的转动，降低叶片4的转速，使得风力发电机的发电效率下降，甚至使得叶片4转动故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机结构。本专利技术所采用的技术方案是一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱、叶轮和发电机，所述叶轮通过轮毂轴向竖直设置在立柱上、轮毂传动发电机主轴，轮毂上通过连杆设置有若干组叶片；所述风力发电机具有多级叶轮，多级叶轮依其转动方向分为正转叶轮和反转叶轮两种；正转叶轮与发电机主轴的转动方相同、其轮毂直接连接发电机主轴，反转叶轮与发电机主轴的转动方相反、其轮毂通过同步反向传动机构连接发电机主轴。所述正转叶轮和反转叶轮交替布置，从上至下、依次设置在立柱上，相邻的一个正转叶轮和一个反转叶轮成为一级正反转叶轮组。所述同级的正转叶轮和反转叶轮上的叶片的扭角大小相同、方向相反。所述同级的正转叶轮和反转叶轮的叶片组数相同、大小一致。所述同步反向传动机构是一个转换齿轮组，将与发电机主轴转动方向相反的叶轮转动状态的转动方向改变180°后，再传动给发电机主轴。所述转换齿轮组至少包括两对锥角为90°的锥齿轮组，两对锥齿轮组之间同步传动，两端分别连接反转叶轮的轮毂和发电机主轴。本专利技术所产生的有益效果是本专利技术提出的技术方案，能够解决以上
技术介绍
所提出的问题，成对设置正转叶轮和反转叶轮，使得立柱上均勻地产生来自于两个方向、相互抵消的扭矩，使得立柱上的扭矩均衡，使得垂直轴风力发电机运行时稳定性较强、其结构刚度得到保障，减少设备损坏的几率。同时一对均衡的正反转叶轮组周围，不会产生不对称气流，对叶片迎风面不会产生侧向推力，使得风力发电机的发电效率较高，叶片转动顺畅。另外，由于设计有多级叶轮组，能够捕获更多的风能，对风力的利用率大大提高，使得垂直轴风力发电机的发电功率大大增强。 本专利技术结构简单，实用性强，易于大规模使用和推广。附图说明图1 现有技术的垂直轴风力发电机的结构示意图。图2 本专利技术的垂直轴风力发电机的结构示意图。图3 本专利技术的垂直轴风力发电机的工作状态示意图。图4 本专利技术的转换转换齿轮组的结构示意图。图中标号所示1 -发电机，2-连杆，3-轮毂，3-1 -正转叶轮的轮毂，3-2 -反转叶轮的轮毂，4-叶片，5-制动系统，6-立柱，7-制动手柄，8-转换齿轮组，8-1 -同步齿轮组，8-2 -锥齿轮组，8-3 -锥齿轮组。具体实施例方式如图2 图4所示，本专利技术是一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱6、多级叶轮和发电机1。叶轮由轮毂3、连杆2和叶片4组成，轮毂3轴向竖直设置在立柱6上，即轮毂3垂直于立柱6横向设置，轮毂3的外圆周面上通过若干根连杆2连接有若干组叶片 4。通过轮毂3与发电机1主轴连接，将叶轮的运动状态传动给发电价1，使得发电机1主轴旋转，从而做功产生电能。该风力发电机的多级叶轮，依其转动方向可以分为正转叶轮和反转叶轮两种。该正转和反转是相对于发电机1主轴的转动方向而言的，正转叶轮与发电机1主轴的转动方相同、反转叶轮与发电机1主轴的转动方相反。因此，为传递叶轮的运动状态，正转叶轮的轮毂3-1直接连接发电机1主轴，反转叶轮的轮毂3-2通过一个同步反向传动机构连接发电机1主轴。正转叶轮和反转叶轮交替布置，即正转叶轮的轮毂3-1和反转叶轮的轮毂3-2从上至下、依次设置在立柱6上，相邻的一个正转叶轮和一个反转叶轮成为一级正反转叶轮组。叶片4受风时，为使得同级正反转叶轮组中的正转叶轮正转、反转叶轮反转，且两者的转动速度、效率一直，仅仅是方向相反，就要将同级的正转叶轮和反转叶轮上的叶片4的扭角设置为两个大小相同、方向相反的扭角，同时，要使得同级的正转叶轮和反转叶轮的叶片 4的组数相同、大小一致。如图2、图3所示，是本专利技术同级正反转叶轮组的一个具体实施方式，即立柱6上相邻的一个正转叶轮和一个反转叶轮。正转叶轮的轮毂3-1设置在上方、反转叶轮的轮毂 3-2设置在下方，当正转叶轮和反转叶轮上的叶片4同时受风时，由于两者的扭角大小相同、方向相反，使得正转叶轮在水平面上顺时针旋转、反转叶轮在水平面上逆时针旋转。立柱6上，正转叶轮的轮毂3-1的安装位置上产生一个顺时针的扭矩，反转叶轮的轮毂3-2的安装位置上产生一个逆时针的扭矩。同时，由于同级的正转叶轮和反转叶轮上的叶片4的扭角大小相同、方向相反，同时，正转叶轮和反转叶轮的叶片4的组数相同、大小一致，使得立柱6上的顺时针扭矩与逆时针扭矩大小相同、方向相反，相互抵消，从而使得立柱6上的扭矩均衡，达到本专利技术的目的和效果。同步反向传动机构是一个转换齿轮组8，将与发电机1主轴转动方向相反的叶轮转动状态的转动方向改变180°后，再传动给发电机1主轴。该转换齿轮组8可以是多种形式，最简单的形式就是将反转叶轮的轮毂3-2通过同步齿轮组传递到发电机1主轴输入端附近，再通过两个水平方向啮合的直齿轮，直接将发转叶轮的转动状态的转动方向改变 180°，传送给发电机1主轴。如图4所示，本具体实施方式的转换齿轮组8包括依次连接的一对同步齿轮组8-1 和两对锥角为90°的锥齿轮组8-2和8-3，两端分别连接反转叶轮的轮毂3-2和发电机1 主轴。这样的设计是为了增强转换齿轮组8的稳定性，同时锥齿轮具有承载能力高、噪音低、传动平稳、易于维护等优点，基于以上几点的考虑，本专利技术在此2个同步传动的锥齿轮组8-2和8-3，使之达到更好的效果。同步齿轮组8-1由一个水平设置的直齿轮和一个水平设置的锥齿轮并联而成，且该直齿轮和锥齿轮同步转动，直齿轮连接反转叶轮的轮毂3-2， 将反转叶轮的水平方向上的转动状态同步给锥齿轮。该水平设置的锥齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱、叶轮和发电机，所述叶轮通过轮毂轴向竖直设置在立柱上、轮毂传动发电机主轴，轮毂上通过连杆设置有若干组叶片；其特征在于：所述风力发电机具有多级叶轮，多级叶轮依其转动方向分为正转叶轮和反转叶轮两种；正转叶轮与发电机主轴的转动方相同、其轮毂直接连接发电机主轴，反转叶轮与发电机主轴的转动方相反、其轮毂通过同步反向传动机构连接发电机主轴。

【技术特征摘要】
1.一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱、叶轮和发电机，所述叶轮通过轮毂轴向竖直设置在立柱上、轮毂传动发电机主轴，轮毂上通过连杆设置有若干组叶片；其特征在于所述风力发电机具有多级叶轮，多级叶轮依其转动方向分为正转叶轮和反转叶轮两种； 正转叶轮与发电机主轴的转动方相同、其轮毂直接连接发电机主轴，反转叶轮与发电机主轴的转动方相反、其轮毂通过同步反向传动机构连接发电机主轴。2.根据权利要求1所述的扭矩平衡的垂直轴风力发电机，其特征在于所述正转叶轮和反转叶轮交替布置，从上至下、依次设置在立柱上，相邻的一个正转叶轮和一个反转叶轮成为一级正反转叶轮组。3.根据权利要求2所述的扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，邓良，廖晖，宋聚众，王斌，沈雨虹，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：51