专利名称：小型高效垂直轴风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是涉及一种小型高效垂直轴风力发电
机，其主要用于风力资源丰富的城市或居民区。
背景技术：
由于人们普遍认为垂直轴风力发电机的风能利用率低于水平轴，因而导致垂直轴 风力发电机长期得不到重视。随着升力型风叶的发展，使得垂直轴风力发电机的风能利用 率不再低于水平轴，并且与水平轴风力发电机相比，其具有维护方便，风叶设计制造简单， 造价低，不需要对风装置，噪音低，对人眼的闪烁效应低等优点，使得垂直轴风力发电机应 用在人口密集的居民区成为可能。 另外，高转速运行的发电机其整体性能被普遍认为较低转速发电机为优；而以直 驱式为发电方式的小型风力发电机高转速运转又会加大风力发电机的气动噪音。如何实现 低转速而又能有效地高发电，是制约小型风机应用在人口密集区的技术瓶颈。
发明内容
为克服现有小型垂直轴风力发电机结构复杂、机械传递效率差、发电效率低等问 题，本发明提供一种小型垂直轴风力发电机，是一种在保持低转速、低噪音的情况下高效发 电的风力发电机，不仅能够在风速较大时自动限速，而且具有安全的防雷机构和制动机构。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案 —种小型高效垂直轴风力发电机，它包括塔架，在塔架上部安装支撑架，风力发电 装置安装支撑架上，支撑架上还设有避雷装置；同时风力发电装置与支撑架间还安装有刹 车装置。 所述风力发电装置包括叶片，叶片安装在外转子上，外转子套装在定子外侧，定子 则安装在支撑架外侧。 所述支撑架为车轮形，定子和外转子均为环形，定子套装在支撑架外，外转子套装 在定子。 所述叶片铰接在外转子上。 所述叶片为机翼型叶片，与外转子铰接，并且铰接处在叶片重心位置的正上方，叶 片在竖直平面内绕铰接轴摆动。 所述制动机构包括固定在塔架上的连杆I，连杆I的上端与滑块连接，滑块安装在 导轨上，滑块前端设有制动蹄片，制动蹄片与水平环状的制动鼓连接，制动鼓安装在外转子 下部；连杆I下端与连杆II连接，连杆II上部与支座I和支座II连接，下部与扳手连接， 扳手与支座III连接。 本发明的有益效果本发明提供的风力发电机是把吸收风能叶片直接连接到发电 部分的转子上，省去了轮毂与叶片支撑架，避免了叶片支撑架随叶片转动产生气动阻力，极 大地提高了从风能到电能的转化效率。大直径的定(转)子又会使同等转速下感应线圈可具有更高的(线)速度切割磁感线，从而可产生更大的感应电动势，显著提高了风力发电机 的发电效率。由于叶片与外转子的铰接处在叶片重心位置的正上方，叶片铰接处上下部所 受的气动阻力不均，叶片在竖直平面内产生一扭矩，微风时叶片所受的扭矩小于叶片的重 力力矩，叶片几乎不偏转；当强风时叶片所受的气动转矩大于叶片的重力力矩，叶片绕铰接 轴偏转，从而达到了限速的目的，使叶片在强风下仍能继续发电。另外扳手通过连杆机构推 动制动蹄片挤压制动鼓，实现了发电机的制动，增加了风力发电机的可维修性。在支撑架上 端安装避雷针又会使风力发电机具有防雷的特征，增加了风力发电机的稳定性。
图1为本发明实施例的主要部件结构示意图； 图2为制动机构连接件结构图； 图3为风力发电机在限速状态的结构示意图。 其中，1避雷针、2叶片、3外转子、4定子、5支撑架、6塔架、7制动鼓、8制动蹄片、9
导轨、io滑块、n连杆iU2支座iU3支座n、i4连杆n、i5支座ni、i6扳手。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。 如图1所示，支撑架5为车轮状，并水平置于竖直的塔架6上，支撑架5的顶端竖 直放置避雷针1，定子4水平安置在支撑架5上，外转子3只能绕其水平旋转；叶片2为机 翼型叶片，与外转子3铰接，并且铰接处在叶片3重心位置的正上方，叶片3可以在竖直平 面内绕铰接轴摆动。 如图2所示，外转子3下部固定一水平环状的制动鼓7也可以把制动鼓7集成在 外转子3内，与制动鼓7相对应的制动蹄片8固定在滑块10上，滑块10置于固定在支撑架 5下部的导轨9上；支座112与支座III15置于塔架6上，支座112、支座11115、连杆111、 连杆1114、扳手16与塔架6构成平行四边形连杆机构，滑块10与平行四边形连杆机构通过 连杆I11相连。 如图1所示，支撑架5水平放置竖直的塔架6上，其顶端竖直放置避雷针l，塔架6 与大地相连，以便能够及时的引雷。 如图1所示，风轮叶片2捕捉风能，带动外转子3与制动鼓7水平转动，从而实现 从风能到机械能最后到电能的转化。 如图1、图3所示，风轮叶片2与外转子3的铰接处关于叶片2不对称，而是在叶 片2的偏上方，从而在风轮运转时产生气动转矩；当微风工作时，叶片2所受的气动转矩小 于叶片的重力力矩，叶片2轻微侧偏；当强风工作时，叶片2所受的气动转矩大于叶片的重 力力矩，叶片2明显的侧偏，从而降低了叶片2的捕风面积，达到了自动限速的效果。
如图2、图3所示，扳手16通过平行四边形连杆机构，与连杆111和滑块10来推动 制动蹄片8挤压制动鼓7，以达到制动的目的。
权利要求
一种小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于它包括塔架(6)，在塔架(6)上部安装支撑架(5)，风力发电装置安装支撑架(5)上，支撑架(5)上还设有避雷装置；同时风力发电装置与支撑架(5)间还安装有刹车装置。
2. 如权利要求1所述的小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于所述风力发电装置包括叶片(2)，叶片(2)安装在外转子(3)上，外转子(3)套装在定子(4)外侧，定子(4)则 安装在支撑架(5)外侧。
3. 如权利要求1或2所述的小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于所述支撑架(5) 为车轮形，定子(4)和外转子(3)均为环形，定子(4)套装在支撑架(5)夕卜，外转子(3)套 装在定子(4)。
4. 如权利要求2所述的小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于所述叶片(2)铰接 在外转子(3)上。
5. 如权利要求4所述的小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于所述叶片(2)为机 翼型叶片，与外转子(3)铰接，并且铰接处在叶片(2)重心位置的正上方，叶片(2)在竖直 平面内绕铰接轴摆动。
6. 如权利要求1所述的小型高效垂直轴风力发电机，其特征在于所述制动机构包括 固定在塔架(6)上的连杆I(ll)，连杆1(11)的上端与滑块(10)连接，滑块(10)安装在导 轨(9)上，滑块(10)前端设有制动蹄片(8)，制动蹄片(8)与水平环状的制动鼓(7)连接， 制动鼓(7)安装在外转子(3)下部；连杆I(ll)下端与连杆I1(14)连接，连杆11(14)上部 与支座I(12)和支座I1(13)连接，下部与扳手(16)连接，扳手(16)与支座I11(15)连接。
全文摘要
本发明公开了一种小型高效垂直轴风力发电机。它包括塔架，在塔架上部安装支撑架，风力发电装置安装支撑架上，支撑架上还设有避雷装置；同时风力发电装置与支撑架间还安装有刹车装置。本发明安装方便，经济美观；既无噪音、无绞线现象、无闪烁效应，又安全防雷。非常适合在人口密度高的建筑屋顶上使用。
文档编号F03D9/00GK101737265SQ20091021727
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者杨宝昆, 齐保良, 齐天 申请人:山东建筑大学