一种H型垂直轴风力发电装置的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种H型垂直轴风力发电装置。

背景技术：

随着全球经济的迅速发展，大量的煤、石油和天然气等化石燃料被消耗掉，使得全球面临前所未有的能源危机和环境威胁，能源和环保已经成为目前亟待解决的重大问题。而风能作为一种可再生的绿色清洁能源，越来越多的人意识到开发风能的重要性。

已有技术中，风力发电装置主要包括阻力性和升力型，其中，升力型风力发电装置又包括水平轴风力发电装置和垂直轴风力发电装置。垂直轴风力发电装置相对水平轴风力发电装置具有如下优点：1、垂直轴风力发电装置的噪音极低，且安全性高，不会伤害飞行中的鸟类；2、不需要特殊的对风装置，可以接受任意方向的风力，风向的影响较小；3、垂直轴风力发电装置的塔架低，承载性能高且日常维护方便；4、垂直轴风力发电装置不需要设置沉重的齿轮箱和机舱，具有较高的系统稳定性和较小的成本；5、垂直轴风力发电装置的叶片制造工艺简单且具有较高的受力强度，其使用寿命长、稳定性高。

但是，发明人在实现已有技术的过程中，发现垂直轴风力发电装置由于其难以实现叶片攻角随风向的实时调节，导致其能量转化率极低，且在高风速时，由于其叶片旋转过快导致与其相连接的发电设备容易损坏，正是由于上述原因，导致垂直轴风力发电装置没有被大范围推广使用，因此，上述问题已经成为制约垂直轴风力发电装置推广使用的重要因素，成为了人们亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供一种H型垂直轴风力发电装置，旨在实现叶片攻角随风向的实时调节，提高风力发电装置的能量转化率和安全可靠性，有助于垂直轴风力发电装置的进一步推广。

为达到上述目的，本发明提供一种H型垂直轴风力发电装置，所述H型垂直轴风力发电装置包括叶片、风力发电主体和用于将所述叶片固定在所述风力发电主体上的叶片固定装置，所述叶片固定装置包括叶片支撑装置、用于将所述叶片固定在所述叶片支撑装置上的叶片固定箍，所述叶片支撑装置包括直臂、支撑杆、支撑架、顶杆、推杆和卡爪，所述叶片固定箍与所述直臂连接，所述直臂与所述支撑杆铰接，所述支撑架固定在所述支撑杆上，所述顶杆与所述推杆相连接，所述推杆的另一端与所述叶片固定箍通过所述卡爪铰接；所述风力发电主体包括顶盖、上凸轮盘、支撑杆固定座、凹槽、上轴承、主轴、凸轮盘连接杆、下轴承、下凸轮盘、滚子和基座，所述下凸轮盘设置在所述基座上，所述下轴承设置在所述下凸轮盘的中心孔内，所述主轴的下端设置在所述下轴承的中心孔内，所述凸轮盘连接杆的下端固定在所述下凸轮盘，所述凸轮盘连接杆的上端固定在所述上凸轮盘，所述上轴承设置在所述上凸轮盘的中心孔内，所述主轴的上端设置在所述上轴承的中心孔内，所述叶片支撑装置固定在所述支撑杆固定座上；所述上凸轮盘和所述下凸轮盘上均设置有所述凹槽，所述凹槽内设置有所述滚子，所述滚子与所述顶杆连接。

可选的，所述H型垂直轴风力发电装置还包括风舵，所述风舵固定在所述上凸轮盘上，所述顶盖设置在所述支撑杆固定座上。

可选的，所述上凸轮盘和所述下凸轮盘可以绕所述基座的中心轴线旋转。

可选的，所述支撑杆包括支撑杆固定部、支撑杆主体、直臂连接部和用于安装直臂的卡槽，所述支撑杆固定部为中空结构，所述直臂远离叶片的一端插接在所述卡槽内，所述直臂和所述直臂连接部通过第一固定螺栓铰接。

可选的，所述支撑架上设置有支撑杆安装孔、顶杆安装孔、和固定用通孔，所述支撑杆固定在所述支撑杆安装孔内，所述支撑杆安装孔的直径小于所述支撑杆主体的直径，所述顶杆安装在所述顶杆安装孔内，所述顶杆的直径小于所述顶杆安装孔的直径。

可选的，所述滚子与所述顶杆通过销钉铰接，所述顶杆与所述推杆通过销钉铰接，所述顶杆可以沿所述支撑杆主体的轴线方向运动。

可选的，所述上凸轮盘和所述下凸轮盘的表面设置有相同的所述凹槽，所述上凸轮盘和所述下凸轮盘的结构相同，所述上凸轮盘和所述下凸轮盘对称安装。

可选的，所述卡爪为U型结构，所述卡爪的一端与所述推杆通过销钉铰接，所述卡爪的U型内表面与所述直臂的外表面相接触，所述U型内表面与所述直臂通过铆钉铆接。

可选的，所述叶片与所述叶片固定箍通过螺钉固定，所述支撑杆固定部与所述支撑杆固定座通过第二固定螺栓固定。

可选的，所诉H型垂直轴风力发电装置包括5个所述叶片、10个所述叶片固定装置和3个凸轮盘连接杆，所述叶片沿所述主轴的中心线均匀设置，所述凸轮盘连接杆沿所述上凸轮盘的中心线均匀设置。

本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置，当风吹向其风舵时，风舵会随着风向不断的摆动，直至风舵处于顺风位置，并在风向不发生变化的情况下维持在一个相对稳定的位置；在风舵沿风向摆动的过程中，风舵会带动与其相连接的上凸轮盘转动，在上凸轮盘随风舵转动的过程中，上凸轮盘通过凸轮盘连接杆带动下凸轮盘同步转动；在上凸轮盘和下凸轮盘转动的过程中，设置在凹槽内的滚子在该凹槽内滚动，由于凹槽上不同的点相对主轴中心线的距离不相同，导致滚子在凹槽内转动的过程中，滚子带动顶杆沿支撑杆主体的轴线方向在顶杆安装孔内运动，进而通过与顶杆铰接的推杆、与推杆铰接的卡爪带动叶片固定箍和直臂绕着支撑杆的外端转动；由于叶片和叶片固定箍通过螺钉固定在一起，进而叶片随叶片固定箍绕着支撑杆的外端转动，进而叶片弦线相对风速之间的夹角不断发生变化，即本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置的叶片攻角随风向变化而变化，实现了叶片攻角随风向的实时调节，提高了风力发电装置的能量转化率，且在高风速时，通过改变其叶片攻角降低了叶片的旋转速度，提高了风力发电装置的稳定性，有利于垂直轴风力发电装置的大范围推广使用。

同时，由于本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置，设置有两个相互对称安装的结构相同的上凸轮盘和下凸轮盘，并且上凸轮盘和下凸轮盘通过凸轮盘连接杆固定在一起，实现了上凸轮盘和下凸轮盘的在风舵带动下的同步转动，进而通过分别与上凸轮盘和下凸轮盘连接的滚子、顶杆和推杆的作用下，同时改变叶片上端和下端的攻角，即本发明实施例通过对称设置结构相同的上凸轮盘和下凸轮盘，同时调整叶片上端和下端的攻角，提高了调整叶片攻角过程中的结构稳定性和可靠性，同时也保证了本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置的叶片攻角随风向变化而变化的准确性，进一步的提高了风力发电装置的能量转化率和结构可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的H型垂直轴风力发电装置的整体结构图；

图2为本发明实施例提供的H型垂直轴风力发电装置的装配结构图；

图3为本发明实施例提供的上凸轮盘处的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的支撑杆处的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的支撑杆的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的支撑架的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的卡爪的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的上凸轮盘的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”和“第八”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置，属于风力发电技术领域，用于实现叶片攻角随风向的实时调节，提高风力发电装置的能量转化率和安全可靠性，当风吹向其风舵时，风舵会随着风向不断的摆动，直至风舵处于顺风位置，并在风向不发生变化的情况下维持在一个相对稳定的位置；在风舵沿风向摆动的过程中，风舵会带动与其相连接的上凸轮盘转动，在上凸轮盘随风舵转动的过程中，上凸轮盘通过凸轮盘连接杆带动下凸轮盘同步转动；在上凸轮盘和下凸轮盘转动的过程中，设置在凹槽内的滚子在该凹槽内滚动，由于凹槽上不同的点相对主轴中心线的距离不相同，导致滚子在凹槽内转动的过程中，滚子带动顶杆沿支撑杆主体的轴线方向在顶杆安装孔内运动，进而通过与顶杆铰接的推杆、与推杆铰接的卡爪带动叶片固定箍和直臂绕着支撑杆的外端转动；由于叶片和叶片固定箍通过螺钉固定在一起，进而叶片随叶片固定箍绕着支撑杆的外端转动，进而叶片弦线相对风速之间的夹角不断发生变化，即本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置的叶片攻角随风向变化而变化，实现了叶片攻角随风向的实时调节，提高了风力发电装置的能量转化率，且在高风速时，通过改变其叶片攻角降低了叶片的旋转速度，提高了风力发电装置的稳定性，有利于垂直轴风力发电装置的大范围推广使用。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的H型垂直轴风力发电装置的整体结构图。图2为本发明实施例提供的H型垂直轴风力发电装置的装配结构示意图。参考图1所示，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置，包括叶片1、风力发电主体b和用于将叶片1固定在风力发电主体b上的叶片固定装置a。示例的，参考图1所示，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置包括5个叶片1，10个叶片固定装置a和1个风力发电主体b，其中，5个叶片固定装置a的一端与风力发电主体b的上端连接，其另一端分别与5个叶片1的上端连接，另5个叶片固定装置a的一端与风力发电主体b的下端连接，其另一端分别与5个叶片1的下端连接，即通过叶片固定装置a将叶片1的两端分别固定在风力发电主体b的两端，提高了叶片与风力发电主体间的连接强度。

参考图2所示，叶片固定装置a包括叶片支撑装置、用于将叶片1固定在叶片支撑装置上的叶片固定箍2，叶片支撑装置包括直臂3、支撑杆5、支撑架6、顶杆18、推杆19和卡爪20，其中，叶片固定箍2与直臂3的一端连接，直臂3的另一端与支撑杆5的端部铰接，支撑架6固定在支撑杆5上，顶杆18的一端与推杆19的一端相连接，推杆19的另一端与叶片固定箍2通过卡爪20铰接；即当顶杆18沿支撑杆5的长度方向运动时，可以带动推杆19运动，进而在推杆19的带动下，叶片固定箍2和直臂3一起绕直臂3与支撑杆5之间的铰接轴转动。

需要说明的是，叶片固定箍2和直臂3采用固定连接的方式，即叶片固定箍2和直臂3可以焊接在一起，也可以是叶片固定箍2和直臂3一体成型，还可以是其他的可以实现两者之间固定连接的连接方式，本发明实施例对此不做限定。

参考图2所示，风力发电主体b包括顶盖8、上凸轮盘9、支撑杆固定座10、凹槽11、上轴承12、主轴13、凸轮盘连接杆14、下轴承15、下凸轮盘16、滚子21和基座17，其中，下凸轮盘9设置在基座17的上方，主轴13的下端固定在基座17上，下轴承15设置在下凸轮盘16的中心孔内，主轴13的下端设置在下轴承15的中心孔内，即下凸轮盘16可以绕主轴13的中心线旋转；凸轮盘连接杆14的下端固定在下凸轮盘16，凸轮盘连接杆14的上端固定在上凸轮盘9上，上轴承12设置在上凸轮盘9的中心孔内，主轴13的上端设置在上轴承12的中心孔内，即上凸轮盘9可以绕主轴13的中心线旋转，叶片支撑装置固定在支撑杆固定座10上。

优选的，基座17和主轴13同心安装，示例的，主轴13可以安装在基座17的中心孔内，因此，上凸轮盘9和下凸轮盘16也可以绕基座17的中心线旋转。

需要说明的是，主轴13的下端和基座17之间的固定方式，本发明实施例不做具体的限定，示例的，主轴13的下端可以焊接在基座17上，当然，此处仅是举例说明，主轴13的下端和基座17之间的固定方式还可以是焊接之外的其他固定方式。

其次，需要说明的是，上凸轮盘9和下凸轮盘16通过凸轮盘连接杆14固定在一起，对于上凸轮盘9和凸轮盘连接杆14间的连接方式以及下凸轮盘16和凸轮盘连接杆14间的连接方式，本发明实施例不做限定，示例的，凸轮盘连接杆14的下端可以焊接在下凸轮盘16上，上凸轮盘9可以焊接在凸轮盘连接杆14的上端，即上凸轮盘9和下凸轮盘16可以绕主轴13的中心线在凸轮盘连接杆14的连接下同步转动。

结构相同，上凸轮盘9和下凸轮盘16的表面设置有相同的凹槽。

参考图2所示，上凸轮盘9和下凸轮盘16上均设置有凹槽11，凹槽11内设置有滚子21，滚子21与顶杆18连接。

进一步的，参考图2所示，上凸轮盘9和下凸轮盘16结构相同，上凸轮盘9和下凸轮盘16对称安装，也即上凸轮盘9和下凸轮盘16安装固定之后，其表面设置的凹槽9位于其远离凸轮盘连接杆14的表面。上凸轮盘9和下凸轮盘16对称安装，可以在保证上凸轮盘9和下凸轮盘16正常工作的情况下，将上凸轮盘9和下凸轮盘16设置成相同的结构，且表面设置相同的凹槽，进而降低凸轮盘的加工成本和凹槽的设置难度。

需要说明的是，滚子21安装在凹槽9内，即滚子21可以在凹槽9内沿凹槽的轮廓滚动，也即滚子21与凹槽9相互配合，对于滚子21的具体结构以及滚子21在凹槽9内的具体安装方式，本发明实施例不做具体限定。

参考图2所示，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置还包括风舵22和顶盖8，其中，风舵22固定在上凸轮盘9的表面，即上凸轮盘9可以在风舵22的带动下绕主轴13的中心线旋转。对于风舵22和上凸轮盘9之间的固定方式，本发明实施例不做具体限定，示例的，风舵22可以焊接在上凸轮盘9。顶盖8设置在支撑杆固定座10上，具体的，主轴13设置在支撑杆固定座10的中心孔内，顶盖8设置在主轴13的上端，用于密封支撑杆固定座10上用于安装主轴13的中心孔，防止雨水和灰尘沿支撑杆固定座10的中心孔进入主轴13和上轴承12之间的间隙内，提高主轴13和上轴承12的工作寿命。

参考图5所示，支撑杆5包括支撑杆固定部5.1、支撑杆主体5.2、直臂连接部5.3和用于安装直臂3的卡槽5.4，其中，支撑杆固定部5.1、支撑杆主体5.2、直臂连接部5.3和卡槽5.4可以一体成型加工，也可以单独加工后焊接在一起，本发明实施例对此不做限定，其中，优选的，支撑杆固定部5.1、支撑杆主体5.2、直臂连接部5.3和卡槽5.4可以一体成型加工，一体成型加工的支撑杆结构强度高，工作可靠性高。

参考图5所示，支撑杆固定部5.1为中空结构，即支撑杆固定部套接在支撑杆固定座10上，然后通过第二固定螺栓7将支撑杆5固定在支撑杆固定座10上，直臂3远离叶片1的一端插接在卡槽5.4内，直臂3和直臂连接部5.3通过第一固定螺栓4铰接，即直臂3可以绕第一固定螺栓4的中心线相对支撑杆5转动。

参考图6所示，支撑架6上设置有支撑杆安装孔6.1、顶杆安装孔6.4、和固定用通孔6.3，支撑架主体6.2是一个圆环结构，其中，支撑杆安装孔6.1设置在圆环的中心处，支撑杆5固定在支撑杆安装孔6.1内，支撑杆安装孔6.1的直径小于支撑杆5主体的直径，顶杆18安装在顶杆安装孔6.4内，顶杆18的直径小于顶杆安装孔6.4的直径，即支撑架6通过第三固定螺栓24固定在支撑杆5上，同时顶杆18可以在顶杆安装孔6.4内部沿支撑杆5的轴线方向相对支撑杆5运动。

参考图2所示，滚子21与顶杆18通过销钉铰接，顶杆18与推杆19通过销钉铰接，顶杆18可以沿支撑杆5主体的轴线方向运动。

参考图7所示，卡爪20为U型结构，卡爪20的一端与推杆19通过销钉铰接，卡爪20的U型内表面与直臂3的外表面相接触，卡爪20的U型内表面与直臂3通过铆钉25铆接。

可选的，参考图2所示，叶片1与叶片固定箍2通过螺钉23固定，即采用螺钉23将叶片1和叶片固定箍2固定在一起。

需要说明的是，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置包括5个叶片1、10个叶片固定装置a和3个凸轮盘连接杆14，其中叶片1沿主轴13的中心线均匀设置，凸轮盘连接杆14沿上凸轮盘9的中心线均匀设置，通过将叶片1均匀的设置在主轴13的一周，可以保证本发明实施例的风力发电装置在工作的过程中，主轴13受力均匀，提高主轴13的工作稳定性和可靠性。

图8所示是本发明实施例的上凸轮盘9的结构示意图，由于本发明实施例提供的下凸轮盘16的结构与上凸轮盘9的结构相同，本发明实施例在此不再对下凸轮盘16的结构做累述，具体的可以参考上凸轮盘9的结构。参考图8所示，上凸轮盘9上设置有凹槽11，凹槽11与上凸轮盘9偏心设置，其中凹槽11由多段圆弧组成，凹槽11的具体形状(即凹槽11的轮廓)是根据反转法得到的。需要说明的是，根据反转法获得本发明实施例的凹槽11的轮廓的过程，本发明实施例不做限定和累述，本领域技术人员可参考现有技术进行设置。

需要说明的是，本发明实施例的叶片的攻角是叶片的弦线与相对风速的方向之间的夹角，叶片的安装角是叶片旋转圆上的一点的切线与叶片的弦线之间的夹角。由于本发明实施例的凹槽11的轮廓是根据反转法得出的，当风吹向其风舵时，风舵会随着风向不断的摆动，直至风舵处于顺风位置，并在风向不发生变化的情况下维持在一个相对稳定的位置；在风舵沿风向摆动的过程中，风舵会带动与其相连接的上凸轮盘转动，在上凸轮盘随风舵转动的过程中，上凸轮盘通过凸轮盘连接杆带动下凸轮盘同步转动；在上凸轮盘和下凸轮盘同步转动的过程中，设置在凹槽内的滚子在该凹槽内滚动，由于凹槽上不同的点相对主轴中心线的距离不相同，导致滚子在凹槽内转动的过程中，滚子带动顶杆沿支撑杆主体的轴线方向在顶杆安装孔内运动，进而通过与顶杆铰接的推杆、与推杆铰接的卡爪带动叶片固定箍和直臂绕着支撑杆的外端转动；由于叶片和叶片固定箍通过螺钉固定在一起，进而叶片随叶片固定箍绕着支撑杆的外端转动，进而叶片弦线与相对风速之间的夹角不断发生变化，即滚子绕着凹槽的轮廓滚动的过程中，能够使得叶片1的安装角时刻发生变化，也即本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置的叶片攻角随风向变化而变化，实现了叶片攻角随风向的实时调节，提高了风力发电装置的能量转化率，且在高风速时，通过改变其叶片攻角降低了叶片的旋转速度，提高了风力发电装置的稳定性，有利于垂直轴风力发电装置的大范围推广使用。

同时，由于本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置，设置有两个相互对称安装的结构相同的上凸轮盘和下凸轮盘，并且上凸轮盘和下凸轮盘通过凸轮盘连接杆固定在一起，实现了上凸轮盘和下凸轮盘的在风舵带动下的同步转动，进而通过分别与上凸轮盘和下凸轮盘连接的滚子、顶杆和推杆的作用下，同时改变叶片上端和下端的攻角，即本发明实施例通过对称设置结构相同的上凸轮盘和下凸轮盘，同时调整叶片上端和下端的攻角，提高了调整叶片攻角过程中的结构稳定性和可靠性，同时也保证了本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置的叶片攻角随风向变化而变化的准确性，进一步的提高了风力发电装置的能量转化率和结构可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。