多角度垂直轴风力发电机的制作方法

本发明涉及一种将自然界的风能转变成有用的机械能，并把上述机械能转化成电能的机械，特别是涉及一种具有基本上与风向成直角的旋转轴线的风力发电机。

背景技术：

作为一种价格低廉、运行可靠、无温室气体排放的新型发电系统，风力发电系统的安装量正在以每年超过30％的速度增长。风力发电在世界范围内得到了日益广泛的应用，已经形成一个年产值超过五十亿美元的全球性产业。但是用作边远地区独立供电的小型风力发电系统还需要克服很多技术上的难点才能得以广泛的应用。

风力发电机是将风能转换为机械能、并带动发电机运转来发电的。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好得多。

中国实用新型风力发电机，公开号为CN 2747378Y，公开日期为2005-12-21，公开了一种利用任何方向的风力都能驱动发电机旋转的风力发电机。如图1和图2所示，该风力发电机包括发电机、风涡轮和支撑连接件。其中发电机的外壳1’与风涡轮2’中的套管3’的内壁固定连接，它的主轴4’通过连接法兰5’与支撑杆6’一端固定连接，支撑杆6’的另一端伸出风涡轮2’外通过连接件7’与地面上的基座固定连接，风涡轮2’包括左、右翼板8’、9’以及前后风力流向板10’、11’构成的中翼板，中翼板的前后板断面呈弓形，且相互连成断面为橄榄球形的空心壳体，且这个橄榄球形空心壳体的长轴沿顺时针方向与上、下平板12’、13’长中心线的夹角为30°，套管3’装于空心壳体中心，两端分别与上、下平板12’、13’垂直固定连接；上、下平板12’、13’两端分别与左、右翼板8’、9’固定连接，其中左、右翼板8’、9’由断面为弓形的圆柱面14’、断面为半圆形的圆柱面15’和两个耳形的端面16’连为一体构成，且左、右翼板8’、9’对称但方位相反地安置，弓形的圆柱面14’向外凸起，其一边与半圆形的柱面15’一边固定连接，弓形的圆柱面14’的半径为风涡轮的转动半径。

其中，左翼板和右翼板横截面的形状为凹凸翼型。经过长期的实践摸索，此种左翼板和右翼板对于风能的利用率较低。例如风从左翼板的左后方吹向右前方时，风由大端被打散成流向外表面和内表面的两股湍流。由于内表面呈弧线凹形，湍流顺弧线凹形流向小端。这样就未造成外表面和内表面气压的显著差异表现。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风能利用率高、内外表面气压差异明显的多角度垂直轴风力发电机。

本发明多角度垂直轴风力发电机，包括底座、下杆、发电机、下平板、左翼板、中翼板、右翼板和上平板。所述下杆固定连接在底座上。所述上平板和下平板的两端分别与左翼板和右翼板固定连接，中翼板固定在上、下平板的中部，下平板转动的安装在下杆上，左翼板和右翼板形状结构完全相同，左翼板和右翼板以下杆轴线为中心对称布置。所述左翼板和右翼板的横截面的形状为平凸翼型，左翼板和右翼板的内表面为平面。通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为39°—59°。

本发明多角度垂直轴风力发电机，其中所述通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为49°。

本发明多角度垂直轴风力发电机，其中所述中翼板横截面两顶点之间长度L1为左翼板前端到右翼板前端之间距离L2的1/3。

本发明多角度垂直轴风力发电机，其中所述左翼板横截面的长弧形边为圆弧。所述圆弧的圆心位于下杆轴线处。

本发明多角度垂直轴风力发电机，其中所述底座和下杆之间设有加强筋。所述加强筋绕下杆的轴均匀分布8个。

本发明多角度垂直轴风力发电机与现有技术不同之处在于本发明多角度垂直轴风力发电机通过将左翼板和右翼板的横截面的形状改为平凸翼型并且配合摆放角度，能够使左翼板内表面产生的空气湍流自内表面靠近大端处向内表面靠近小端处流动时，湍流快速脱离内表面，使空气湍流与内表面之间形成低气压区，其中内表面靠近大端部位气压最低。随着空气湍流的发散，左翼板和右翼板小端附近的气流会从内表面靠近小端处流向气压较低的内表面靠近大端处，形成附加的空气动力推动左翼板和右翼板，使本发明多角度垂直轴风力发电机更加充分利用风能。

现将中翼板高2.3米、左右翼板最近距离3.4米的由铝合金材料制成的背景技术风力发电机和新技术方案多角度垂直轴风力发电机∠a为39°、59°和49°时，置于相同风速、温度、湿度、气压的条件下进行风力发电测试。所得发电功率数据均为测量十次后的平均值。

本发明多角度垂直轴风力发电机通过中翼板横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板内表面之间的夹角∠a为49°，能够最大限度保证本发明多角度垂直轴风力发电机的周向力，并且最小程度的减少本发明多角度垂直轴风力发电机旋转时的风阻，此角度为多年实践验证的最佳角度。

本发明多角度垂直轴风力发电机通过中翼板横截面两顶点之间长度L1为左翼板前端到右翼板前端之间距离L2的1/3，保证了上述大迎风口和小迎风口的尺寸差距，使本发明多角度垂直轴风力发电机的周向力更大，又尽可能减少因中翼板过大造成的中翼板在旋转时风阻过大的问题。

本发明多角度垂直轴风力发电机通过左翼板横截面的长弧形边为圆弧，长弧形边的圆心位于中翼板圆心处，左翼板与右翼板结构相同，使左翼板和右翼板在转动过程中风阻大大减小。

本发明多角度垂直轴风力发电机通过加强筋能够使下杆和底座更好地固定，增加本发明多角度垂直轴风力发电机的强度和刚性。

下面结合附图对本发明的多角度垂直轴风力发电机作进一步说明。

附图说明

图1是背景技术的轴测视图；

图2是背景技术的局部放大图；

图3是多角度垂直轴风力发电机的轴测视图；

图4是多角度垂直轴风力发电机的俯视图；

图5是多角度垂直轴风力发电机的主视图；

图6是图5中A处的局部放大图；

图7是图4中线段长度标注图。

具体实施方式

如图3—图7所示，本发明多角度垂直轴风力发电机包括发电机22、底座1、下杆2、上杆21、下平板3、左翼板42、中翼板41、右翼板43和上平板5。

如图3和图5所示，底座1与下杆2固定连接。底座1和下杆2通过加强筋11加强固定。加强筋11绕下杆2的轴均匀分布8个。下杆2通过轴承固定有下平板3。在图4所示中，下平板3为左右方向，下平板3的上端面从左到右固定有左翼板42、中翼板41和右翼板43。左翼板42、中翼板41、右翼板43的上端面通过上平板5相互固定。

如图4和图5所示，左翼板42竖直设置，左翼板42的横截面形状为平凸翼型，左翼板42后部与机翼的大端形状相同，左翼板42前部与机翼的小端形状相同，左翼板42的内表面为平面，左翼板42的外表面与机翼的上表面形状相同。左翼板42横截面的长弧形边421为圆弧，圆弧的圆心位于下杆2轴线处。右翼板43与左翼板42形状结构完全相同。左翼板42和右翼板43以下杆2轴线为中心对称布置。

如图4和图5所示，中翼板41竖直设置，中翼板41包括中前板411和中后板412。中前板411的横截面为弓形。中后板412的横截面为弓形。中前板411和中后板412的结构形状完全相同，中前板411和中后板412连成横截面为橄榄球形的空心壳体。

如图4所示，通过中翼板41横截面两顶点连线所作的竖直假想平面与左翼板42内表面之间的夹角∠a为39°—59°，优选∠a为49°。

如图4和图7所示，中翼板41横截面两顶点之间长度L1为左翼板42前端到右翼板43前端之间距离L2的1/3。中翼板41内设有上杆21。上杆21轴线与中翼板41的旋转轴线重合，上杆21与上平板5和下平板3固定连接。

如图6所示，上杆21内设有发电机22。发电机22包括铁芯轴221和发电机外壳222。发电机外壳222与上杆21固定连接，发电机外壳222左右两侧对称设有两个永磁铁，发电机外壳222通过轴承固定有铁芯轴221。铁芯轴221底部与下杆2固定连接。

使用时，将本发明多角度垂直轴风力发电机固定在任意有风处。如图4所示，当风从后向前方向流动时，右翼板43和中翼板41形成的迎风口较小，风阻较大，左翼板42和中翼板41形成的迎风口较大，风阻较小。所以本发明多角度垂直轴风力发电机绕中翼板41的旋转轴线顺时针加速转动。当风从前向后方向流动时，同理本发明多角度垂直轴风力发电机绕中翼板41的旋转轴线顺时针加速转动。如图4所示，当风自左向右流动时，气流通过左翼板42外表面打散成分别流向左翼板42外表面靠近大端处和左翼板42外表面靠近小端(前端)处的附着在左翼板42表面的湍流。因为左翼板42外表面的大端(后端)更为圆润，表面积较大，所以湍流经大端流过时，湍流流速会逐渐变慢。因左翼板42外表面的小端为刀锋状，所以湍流经突变形状的小端流过时，会形成众多的湍流附着在小端，空气流速在小端得以保持，随着湍流不稳定的消散而减缓。就使得在左翼板42小端的流速减缓时间大于左翼板42大端的流速减缓时间，出现顺时针方向的转动力矩，所以左翼板42顺时针加速转动，右翼板43同理加速转动。同理当风自右向左流动时，左翼板42、右翼板43顺时针加速转动。并且左翼板42的横截面与机翼的形状相同，左翼板42的内表面与其运动轨迹的切线有夹角，所以左翼板42在启动运动之后依照机翼的原理产生远离上杆21轴线方向的分力和顺时针的周向分力。右翼板与左翼板同理，右翼板43远离圆心方向的分力与左翼板远离圆心的分力的合力为零，右翼板43的周向分力和左翼板42的周向分力方向相反，使本发明多角度垂直轴风力发电机持续加速旋转，并且任何角度都能沿顺时针方向启动旋转。

在本发明多角度垂直轴风力发电机旋转过程中，左翼板42和右翼板43的横截面的形状为平凸翼型并且配合摆放角度，能够使左翼板42内表面产生的空气湍流自内表面靠近大端处向内表面靠近小端处流动时，湍流快速脱离内表面，使空气湍流与内表面之间形成低气压区，其中内表面靠近大端部位气压最低。随着空气湍流的发散，左翼板42和右翼板43小端附近的气流会从内表面靠近小端处流向气压较低的内表面靠近大端处，形成附加的空气动力推动左翼板和右翼板，使本发明多角度垂直轴风力发电机更加充分利用风能。最后，本发明多角度垂直轴风力发电机通过发电机22将机械能转化为电能对外发电。

本发明多角度垂直轴风力发电机甚至能够安装在北极、高山等经常有飓风，且飓风风向经常变化的地方，为人类的生活提供所需电能，一劳永逸，利国利民，造福世界人民。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。