专利名称：一种垂直轴风力发电机结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直风力发电机的结构。
背景技术：
如图1所示，现有的垂直轴风力发电机中，包括垂直轴风轮1 (以下
简称风轮)和发电机2等装置。其中，风轮1是以支持翼12连接垂直轴 11，以多个叶片13安装于该支持翼12上构成垂直轴风轮1;发电机2与 风轮1的连接通常有两种方式，
方式一，如图2所示，以法兰、螺栓固定的连接安装方式，将垂直轴 11直接安装在发电机的转子轴21上端。采用该种结构，由于风轮所受到 的交变载荷作用在垂直轴11和转子轴21的连接件上，对垂直轴11和发电 衫'.连接部位的强度要求很高。经一段时间使用后，风轮在转动时极易脱落， 上.由于受到现场安装条件的限制，因安装配合误差较大，风力发电机又大 多在恶劣气候条件下使用，在强风环境下，容易造成风轮的共振，对风轮 造成破坏。
如图3所示，是采用套筒结构的连接安装方式，垂直轴ll坐落于发电 机底部的底座6上，这样风轮的载荷不加载在转子轴21上，转子轴21就 不承受轴向和径向载荷。垂直轴ll承担风轮的重量和交变载荷，通过垂直 轴11外设有的套筒3、联轴器5传递扭矩，垂直轴11和套筒3之间还需 要轴承43和44 (例如深沟球轴承、角接触轴承、辊子轴承)支撑，因此， 采用该结构的垂直轴风力发电机较重且结构复杂，长期运行较容易产生故 障，且整套装置还需额外配合底座6，该结构除了系统重量较重外，成本也较高；采用该结构在现场进行安装时，先要把发电机安装在底麼6上， 安装时还要保持底座和发电机的同心度，然后再把垂直轴插入发电机转子 轴孔中安装在底座上，由于垂直轴和发电机底部底座的配合公差需满足现 场安装的条件，公差较大，因此也容易造成风轮在旋转时不稳定，影响其 使用寿命。
此外，对于其它的零部件，例如支持翼12与垂直轴11的安装也是在 现场进行，如图4所示，通常是在法兰15上开设有对应支持翼12连接的 通孔，以焊接或者螺栓或销等紧固的方式将两者固定。而采用该结构的固 定连接方式，由于安装的过程中需要根据通孔的位置进行一一对应安装， 在装置本身尺寸较为大的情况下，安装十分不便，且劳动强度较高。
由上述可知，现有的垂直轴风力发电机的各种零部件大多采用分别运 输，在现场将所需的各种零部件一一组装、调试。因此，现场的安装工作 量较大。同时限于施工现场的安装条件，整机的稳定性和可靠性不高。对 使用寿命产生很大的影响。
即便采用在生产工厂内预先将各零部件进行安装，除了不便于运输外， 且由于上述两种垂直轴和转子轴的连接方式本身所固有的缺陷，因此，在 使用了一段时间之后，整机的系统稳定性、可靠性和使用寿命也大大折扣。
为此，有待于提出一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的弊病，在不改变垂直风机 抗风能力和安全性的前提下，简化结构部件、提高风轮和垂直轴风力发电 机的稳定性、可靠性和使用寿命，并易于现场安装，减少现场安装工作量， 降低成本，为垂直轴风力发电机的广泛应用提供解决途径。本发明的具体技术方案是
一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮1和发电机2，其特 征在于，所述风轮的垂直轴11和发电机的转子轴21是同一根轴。
设垂直方向上组成风轮的叶片长度为H，根据力学分析可以得到，上、 下支持翼和叶片的连接位置在叶片两端的1/4处较佳，设风轮垂直轴的长 度L和支持翼上、下两端的距离h，比值范围是L/h-l/1 3/2。
一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮1和发电机2，垂直 轴11套设于发电机转子轴21内，二者通过键45传递扭矩，发电机上轴承 41、上轴承41可为角接触轴承或滚柱轴承或者滚珠轴承的一种，下轴承 42为角接触轴承，垂直轴11和发电机转子轴21在上轴承41、 42位置刚 性连接，可以采用紧配合，或用结构胶；也可以采用间隙配合，间隙配合 公差小于+0. 2mm，以承受风轮轴向上的重量和径向上的交变载荷，风轮垂 直轴11的底部具有倾角的倒角，该倒角除了承受风轮重量外，还为安装提 供了方便。
更合理的轴承布置为，发电机转子轴21的下轴承42采用带一定倾角 的角接触球轴承，并安装在发电机的底座上，以承受风轮的重量，上轴承 41可使用角接触球轴承、滚子轴承或滚柱轴承中的一种。该结构省去了如 图3中所示的传统结构的套筒3，轴承43、 44和底座6。
为了降低重量，该上述垂直轴11或转子轴21采用空心轴。 一种便于施工现场安装的连接支持翼的法兰结构。该法兰中间部位为 穿设安装垂直轴的中心孔，分出若干与支持翼连接的接头，接头为套筒结 构，该套筒结构的接头可为柱形结构，与对应的支持翼插接、或螺纹连接 即可安装。使得现场安装的工作量大为减少。为进一步加强紧固，在对应支持翼的和法兰接头连接的部位，用销 或螺栓固定。上述支持翼可为空心管。
本发明将在下面结合附图及具体实施方式
进行描述。
图1是现有垂直轴风力发电机整体结构示意图。
图2是一种现有垂直轴风力发电机结构示意图。
图3是另一种现有垂直轴风力发电机结构示意图。
图4是现有发蓝和支持翼机构示意图
图5是本发明垂直轴风力发电机结构示意图。
图6是本发明风轮和轴的尺寸结构示意图。
图7是本发明垂直轴和发电机轴的结构示意图。
图8是本发明发电机上轴承结构示意图。
图9是本发明轴底部结构和发电机下轴承结构示意图。
图IO是本发明法兰与支持翼连接结构示意图。
符号说明
1-垂直轴风轮，2-发电机，11-垂直轴，12-支持翼，13-叶片，14-接头， i5-法兰，16-销或螺栓，21-转子轴，22-间隙配合，23-倒角，3-套筒，41-上轴承，42-下轴承，43-轴承，44-轴承，45-键，5-联轴器，6-底座。
具体实施例方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明， 但它们不是对本发明的限定。 实施例1:
如图5所示， 一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮和发电机，所述风轮的垂直轴11和发电机的转子轴21是同一根轴。为了條低重 量，该轴采用空心轴，该空心轴即为风轮的垂直轴11和发电机的转子轴 21。该空心轴底部具有倾角的倒角23，如图9所示，该倒角除了承受风轮 重量外，还为安装提供了方便，中心轴的下轴承采用带一定倾角的角接触 球轴承42并安装在发电机的底座上，以承受风轮的重量。
如图6所示，设垂直方向上组成风轮的叶片长度为H，根据力学分析 可以得到，上、下支持翼和叶片的连接位置在叶片两端的1/4处较佳，设 风轮垂直轴的长度L，上、下支持翼两端的距离h， L和h的比值范围是 L/h=l/l 3/2。
实施例2:
如图7所示， 一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮l和发 电机2，垂直轴11套设于发电机转子轴21内，二者通过键45传递扭矩， 发电机上轴承41、下轴承42至少一个为角接触轴承或滚柱轴承或者滚珠 轴承，垂直轴11和发电机转子轴在上轴承41和下轴承42位置刚性连接， 可以采用紧配合，或用结构胶.，也可以采用间隙配合22，间隙配合公差小 于+0. 2ram，以承受风轮轴向上的重量和径向上的交变载荷(如图8所示，)， 风轮垂直轴11的底部具有倾角的倒角(如图9所示)，该倒角除了承受风 轮重量外，还为安装提供了方便。
发电机转子轴的下轴承42采用带一定倾角的角接触球轴承并安装在 发电机的底座上，以承受风轮的重量，上轴承41可使用角接触球轴承、滚 子轴承或滚柱轴承中的一种g该结构省去了如图3中所示的传统结构的套 筒3，轴承43、 44和底座6。为了降低重量，该上述垂直轴11和转子轴 21采用空心轴。实施例3:
如图10所示， 一种连接支持翼的法兰结构。该法兰15中间部位为穿 设安装垂直轴的中心孔，分出若千与支持翼连接的接头14，接头为套筒结 构，该套筒结构的接头可为柱形结构，与对应的支持翼12插接、或螺纹连 接即可安装。使得现场安装的工作量大为减少。为进一步加强紧固，在对 应支持翼的和法兰接头连接的部位，用销或螺栓16固定。上述支持翼可为 空心管。
采用本发明的垂直轴风力发电机结构，在不改变垂直风机抗风能力和 安全性的前提下，简化结构部件、提高风轮和垂直轴风力发电机的稳定性、 可靠性和使用寿命，并易于现场安装，减少现场安装工作量，降低成本， 为垂直轴风力发电机的广泛应用提供解决途径。
尽管对本发明已经作了详细的说明并引证了一些具体实施例，但对本 领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明人的设计思路和范围也可作各 种变化和修正是显然的。
权利要求
1. 一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮(1)和发电机(2)，其特征在于，所述风轮的垂直轴(11)和发电机的转子轴(21)是同一根轴。
2. 根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的结构，其特征在于， 设垂直方向上组成风轮的叶片长度为H，上、下支持翼和叶片的连接 位置在叶片两端的1/4处，设风轮垂直轴长度L和支持翼上、下两端 的距离为h，比值范围是L/h二1/1 3/2。
3. —种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮(1)和发电机 (2)，垂直轴(11)套设于发电机转子轴(21)内，其特征在于，风轮垂直轴(11)和发电机转子轴(21)在发电机上轴承(41)和下轴 承(42)位置刚性连接或间隙配合(22)。
4. 根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机的结构，其特征在于， 所述上轴承(41)是角接触球轴承、滚子轴承或滚柱轴承的一种。
5. 根据权利要求1或3所述的垂直轴风力发电机的结构，其特征 在于，所述风轮垂直轴(11)的底部具有倾角的倒角(23)。
6. 根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机的结构，其特征在于， 发电机转子轴(21)的下轴承(42)采用带倾角的角接触球轴承。
7. 根据权利要求1或3所述的垂直轴风力发电机的结构，其特征 在于，所述垂直轴(11)或转子轴(21)是空心轴。，
8. —种连接支持翼的法兰结构，该法兰中间部位为穿设安装垂直 轴的中心孔，其特征在于，该法兰(15)分出若干与支持翼(12)连接的接头(14)，所述接头为与对应支持翼插接、或螺纹连接的套筒 结构。
9. 根据权利要求8所述的支持翼法兰结构，其特征在于，在对应 支持翼的和法兰接头连接的部位，用销或螺栓(16)固定。
10. 根据权利要求8或9所述的支持翼法兰结构，其特征在于， 所述支持翼(12)是空心管。
全文摘要
一种垂直轴风力发电机的结构，包括垂直轴风轮和发电机，其特征在于，所述风轮的垂直轴和发电机的转子轴是同一根轴。本发明在不改变垂直风机抗风能力和安全性的前提下，简化结构部件、提高风轮和垂直轴风力发电机的稳定性、可靠性和使用寿命，并易于现场安装，减少现场安装工作量，降低成本，为垂直轴风力发电机的广泛应用提供解决途径。
文档编号F03D3/00GK101435412SQ200810190618
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者强 严, 冬 张, 沈益辉, 牛海峰, 蒋超奇 申请人:强 严