一种垂直轴风力发电设备的制作方法

本实用新型涉及风力发电机，具体是一种垂直轴风力发电设备。

背景技术：

目前的风力发电机主要分为两种，一种为水平轴风力发电机，另一种为垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机需要设置偏航系统，工作过程中应力无法分散，抗风能力差，且轴承使用数量较多，致使结构复杂，造价高且易出现故障，另外，水平轴风力发电机在风速较小时难以启动，大多数时间处于静止状态，风能利用率很低。垂直轴风力发电机分为阻力型和升力型两种，升力型风机转速较高，旋转惯性大，结构相对简单，成本较低，但此结构在垂直轴风力发电机开始运行时启动比较困难，尤其是在风速较小的情况下运转性能差；阻力型风机的优点是启动转矩较大，启动性能良好，但是它的转速较低，风能的利用率甚至还低于水平轴风力发电机。

申请号201410368026.1的文献公开了一种垂直轴风力发电机，该设备采用固定扇叶的方式收集风能，当风吹来时一侧扇叶提供正向转矩的同时另一侧的扇叶也会产生较大的逆向转矩，因此对于风力的利用效率依然很低。又如申请号200910012160.7的文献公开了一种垂直轴风力发电机。此设备通过可以活动的多个折叠单元组成一个大扇叶，虽然在一定程度上解决了对风力利用效率的问题，但是其零件数量大、结构复杂，相应的制造成本和维修成本也较高。因此，设计一种机构简单、工作稳定、效率高的垂直轴风力发电设备成为亟待的解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种垂直轴风力发电设备。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种垂直轴风力发电设备，其特征在于该设备包括框架、上轴承座、垂直轴、扇叶轴、扇叶、下轴承座、发电机、发电机固定板、支撑架、滚动轴承、推力轴承、联轴器和限位杆；

所述上轴承座和下轴承座均与框架连接；所述上轴承座和下轴承座中均安装有滚动轴承；所述推力轴承放置在下轴承座中；所述垂直轴的上端安装于上轴承座的滚动轴承的内圈中，下端安装在下轴承座的滚动轴承和推力轴承的内圈中；所述发电机架安装于支撑架上；所述发电机固定于发电机架上；所述发电机的输出端通过联轴器与垂直轴的一端连接；所述扇叶轴通过轴承安装在垂直轴上，轴承内圈与扇叶轴连接，外圈与垂直轴连接；所述扇叶固定于扇叶轴的两端，并且两端的扇叶相互之间呈90°夹角布置；扇叶轴分层布置在垂直轴上，相邻两层的扇叶轴相互垂直布置，每一层具有两个扇叶轴，每层的两个扇叶轴同一侧的扇叶能够相互配合，在扇叶轴一侧的扇叶张开180°时另一侧扇叶闭合到0°；所述限位杆与垂直轴连接，与扇叶配合。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1、夹角为90°的扇叶固定在同一个扇叶轴上，扇叶轴可以水平旋转，这样的两个扇叶组搭配可以实现迎风面达到最大迎风面积时，背风侧扇叶正好转动到0°夹角，几乎不产生逆向的转矩。在垂直轴上垂直放置多个扇叶轴使得与相同大小的发电设备相比产生更大的迎风面积，发电效率远远高于固定扇叶型的垂直轴风力发电设备。

2、本实用新型在活动扇叶的数量上大大减少，扇叶的调整更为迅速高效，在结构上更加简单，对于强风的适应能力更强。不易损坏，生产制造维修的成本更低。

3、本实用新型中采用限位杆的设计，限位杆与扇叶接触的位置有橡胶，通过限位杆限制扇叶的转动角度，使迎风侧扇叶张开不大于180°，背风侧扇叶不会闭合碰撞，保证了迎风面积的最大化，提高风力发电的效率，避免了扇叶之间、扇叶和限位杆之间碰撞产生的噪音和振动。

4、本实用新型中使用的联轴器为弹性联轴器，通过弹性元件吸收垂直轴传递过来的振动，弱化启动瞬间带来的冲击载荷影响，使得发电机的运行更加平稳，工作寿命更长。

5、通过安装轴承来减小垂直轴转动的摩擦提高运行效率，在下轴承座中放置滚动轴承可以提高设备对抗风吹来时产生的径向力(水平方向作用力)的不利影响，推力轴承用以承载垂直轴和扇叶的重量(竖直方向的压力)，提高机器寿命。

6、该设备解决了通常垂直轴风力发电设备普遍存在的效率不高的问题，垂直轴与发电机轴之间的振动问题和活动扇叶产生噪声问题。该设备适用于所有适合放置风力发电设备的区域，发电效率高，运行稳定，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型垂直轴风力发电设备一种实施例的整体结构前侧轴测示意图；

图2为本实用新型垂直轴风力发电设备一种实施例的扇叶和扇叶轴连接示意图；

图3为本实用新型垂直轴风力发电设备一种实施例的整体结构局部主视图；

图4为本实用新型垂直轴风力发电设备一种实施例的整体结构局部俯视图；

图5为本实用新型垂直轴风力发电设备一种实施例的发电机与垂直轴连接示意图；(图中：1、框架；2、上轴承座；3、垂直轴；4、扇叶轴；5、扇叶；6、下轴承座；7、发电机；8、发电机固定板；9、支撑架；10、滚动轴承；11、推力轴承；12、联轴器；13、限位杆)

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种垂直轴风力发电设备(参见图1-5，简称设备)，其特征在于该设备包括框架1、上轴承座2、垂直轴3、扇叶轴4、扇叶5、下轴承座6、发电机7、发电机固定板8、支撑架9、滚动轴承10、推力轴承11、联轴器12和限位杆13；

所述上轴承座2和下轴承座6均与框架1连接；所述上轴承座2和下轴承座6中均安装有滚动轴承10，在下轴承座6中放置滚动轴承10可以提高设备对抗风吹来时产生的径向力(水平方向作用力)的不利影响；所述推力轴承11放置在下轴承座6中，位于滚动轴承10的上方，推力轴承11用以承载垂直轴3和扇叶5的重量(竖直方向的压力)，保证转动；所述垂直轴3的上端安装于上轴承座2的滚动轴承10的内圈中，下端安装在下轴承座6的滚动轴承10和推力轴承11的内圈中；所述发电机架8安装于支撑架9上；所述发电机7固定于发电机架8上；所述发电机7的输出端通过联轴器12与垂直轴3的一端连接，联轴器12吸收自垂直轴3传递过来的振动，减小扇叶5开始转动时产生的冲击载荷；所述扇叶轴4通过轴承安装在垂直轴3上，轴承内圈与扇叶轴4连接，外圈与垂直轴3连接，使得扇叶轴4能够自转；所述扇叶5固定于扇叶轴4的两端，并且两端的扇叶5相互之间呈90°夹角布置；扇叶轴4分层布置在垂直轴3上，相邻两层的扇叶轴4相互垂直布置，每一层具有两个扇叶轴4，每层的两个扇叶轴4同一侧的扇叶5能够相互配合，在扇叶轴4一侧的扇叶张开180°时另一侧扇叶刚好闭合到0°，减小了逆向转矩；所述限位杆13与垂直轴3连接，位于每一层扇叶轴的上下两侧，与扇叶5配合，当扇叶转动到180°时受到限位杆13阻挡停止转动，保证了最大迎风面积的同时也避免了与另一侧扇叶5碰撞，减小噪音和震动。

优选地，在下轴承座6中放置圆锥滚子轴承替代推力轴承11和滚动轴承10。

优选的，所述联轴器12使用可以吸收震动带有缓冲功能的弹性联轴器，减小了垂直轴3传至发电机7的振动，提高发电机7的使用寿命。

限位杆13与扇叶5接触的位置有橡胶。

本实用新型垂直轴风力发电设备的工作原理和工作流程是：工作时，风吹动扇叶5以水平的扇叶轴4为轴心转动，在风力的作用下迎风侧的扇叶5受到水平转矩旋转张开，背风侧扇叶5受到相同方向的转矩旋转闭合。在这两个水平转矩的作用下扇叶5以扇叶轴4为中心旋转，直至扇叶5被限位杆13阻挡后停止转动，这时迎风侧扇叶5张开角度为180°，背风侧扇叶5闭合角度为0°，且不会碰撞到一起。这样张开侧产生正向转矩，闭合侧减小逆向转矩的产生，最终使垂直轴3转动，垂直轴3通过联轴器12带动发电机7转动产生电能。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。