一种立轴风力发电机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于发电机领域，特别是一种立轴风力发电机组，包括至少一组发电机装置及相应的电机罩，发电机装置包括发电机、立轴和呈螺旋阶梯式的叶片；所述叶片包括至少两片竖向且沿轴向依次排列的挡风片，相邻挡风片之间错开角度并连接有横向连接片，立轴上均布至少两片所述叶片；每片叶片顶层的挡风片与相邻叶片的底层挡风片之间的夹角与所述错开的角度相等；所述立轴的一端与发电机之间连接有变速箱；所述电机罩开设有迎风口和出风口。本实用新型克服了现有技术中立式发电机，遇到风向不稳时，发电机的叶片会随风做无规则的旋转的缺陷，提供一种改进后的立轴风力发电机，遇到风向不稳定时，能自动停止。
【专利说明】—种立轴风力发电机组
【技术领域】
[0001]本实用新型属于发电机领域，特别是一种立轴风力发电机组。
【背景技术】
[0002]目前，现有的风力发电机是横卧立柱上(即水平轴风力发电机)，利用迎面自然风吹动，安装在发电机上的三个风叶浆转动，驱动发电机发电。水平轴风力发电机输出功率将受到螺旋桨长短和转速的限制，而螺旋桨长短等又受到其他因素的限制，因此该类发动机存在很多不足:1、必须要有足够的风，才能吹动风浆旋转，进而驱动电机；2、发电机风轮占据空间和占地面积大；3、风力发电机需要用风塔或者支撑塔来固定，由于风叶是上下旋转的，为了达到更好的风向及稳定的风层使风叶旋转，往往要建造数十米高的塔架；4、如果遇到风向不稳定时，风叶受力不均匀，将承受很大的扭力，严重时可使得风叶扭曲或折断。
[0003]综上所述，现有的水平轴风力发电机，生产成本太高、体积过大，因而不能普及应用。后来有人设计出一款立式发电机，立式发电机的电机立轴上均布三个或者四个扇叶。虽然立式发电机克服了上述的某些缺陷，但是叶片自身质量太重，启动叶片时需要很大的风力；且当风向不稳定，发电机的叶片依旧会随风做无规则的旋转，最终导致叶片乱转、叶片扭曲变形，严重时叶片折断等缺陷。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种改进后的立式发电机，能解决现有技术中无论是立式发电机还是水平轴式的发电机，遇到风向不稳时，发电机的叶片会随风做无规则的旋转，导致叶片乱转、叶片扭曲变形，严重时叶片折断，导致发电机损坏的缺陷。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案:一种立轴风力发电机组，包括至少一组发电机装置及相应的电机罩，发电机装置包括发电机、立轴和呈螺旋阶梯式的叶片；所述叶片包括至少两片竖向且沿轴向依次排列的挡风片，相邻挡风片之间错开角度并连接有横向连接片，立轴上均布至少两片所述叶片；每片叶片顶层的挡风片与相邻叶片的底层挡风片之间的夹角与所述错开的角度相等；所述立轴的一端与发电机之间连接有变速箱；所述电机罩开设有迎风口和出风口，所述发电机装置安设于电机罩内，且叶片对着迎风口。
[0006]本实用新型的立轴上，按照需要设有至少两片叶片，且数片叶片之间形成的角度均相等；因而呈螺旋阶梯式的叶片上设有几片挡风片、相邻挡风片之间错开角度的度数与数片叶片之间形成的角度是有关系的。
[0007]叶片均布于立轴上，叶片与叶片之间形成特定的夹角；如有两片叶片，则两叶片两之间形成180°，如有三片叶片，则叶片两两之间形成120°，如有四片叶片，则叶片两两之间形成90°，依次类推。而叶片上设有的挡风片的片数与相邻挡风片之间错开的角度数相乘，恰好等于叶片与叶片之间形成特定角度的度数，只有按照此规律构成的叶片结构，才满足每片叶片顶层的挡风片与相邻叶片的底层挡风片之间的夹角与所述错开的角度相等。[0008]举例说明，假设有四片叶片，则其叶片两两之间形成为90°，那么挡风片的片数设为三片，则相邻挡风片之间错开角度的度数为30°，那么因为挡风片只有三片，则挡风片之间横向连接片只有两片，意味着每片叶片从顶层挡风片到底层挡风片之间只错开60°，所以另一叶片顶层的挡风片与该叶片的底层挡风片之间还错开30°。
[0009]为了描述清楚本实用新型的工作原理，继续采用举例说明中列举的叶片数量以及叶片挡风片数量；并且将四片叶片命名为第一、第二、第三和第四叶片，三片挡风片命名为第一、第二、第三挡风片。
[0010]本实用新型的工作原理如下:
[0011 ] 当电机罩的迎风口有风(定义为顺风)吹入后，风首先吹到第一片叶片的第一挡风片，(假设第一挡风片正对该迎风口)则第一挡风片受到风力作用向后推动立轴和叶片，当第一层第一挡风片转动30°后，第一片叶片的第二挡风片此刻正对着该迎风口(与第一挡风片的初始状态 相似)，该挡风片受到风力作用继续向后推动立轴和叶片，当第二挡风片转动30°后，此时，第一片叶片的第三挡风片正对着该迎风口(与第二挡风片的初始状态相似)，第三挡风片受到风力作用继续向后推动立轴和叶片，当该挡风片转动30°后，第一片叶片整体转动90°，此时第二叶片的第一挡风片此时正对着该迎风口(与第一叶片的第三挡风片的初始状态相似)，第二叶片的第一挡受到风力作用继续向后推动立轴和叶片，当该挡风片转动30° ;第二叶片的第二挡风片正对着迎风口……叶片这样依次转动，且阶梯式结构会使得叶片转动得越转越快。
[0012]每片呈螺旋阶梯式的叶片按照规定依次转动，叶片的第一、第二、第三挡风片依次循环的对着迎风口，当第三挡风片转动30°后，相邻叶片的第一挡风片又按照规律继续转动，进而带动四片叶片依次转动并越来越快，最终使得发电装置发电。
[0013]假设有自然风从出风口吹入电机罩内(也就相当于发电机组受到逆风、乱风)，风首先吹到第一叶片的第一挡风片，该挡风片受到风力作用推动立轴和叶片，当第一叶片的第一挡风片偏离风口 30°时第一叶片的第二挡风片偏离风口 60°，意味着第二挡风片被推动得更远离风口了，那么第一叶片受到的风力越来越弱，最终产生两种情况:第一，由于叶片受到的风力不足以带动其转动，那么叶片停止，立轴也就停止；第二，如果逆风、乱风风力足够大，那么第一叶片被吹离90°后，第二叶片刚好在风口，继续被吹离。依次类推，每个叶片的第一挡风板都将受到风力的推动而转动，但是不同叶片的第一挡风片受力后，受到的风力都是在减弱，也就是说叶片开始受到的风力是最大的，而要将叶片吹动90°进而吹到下一个叶片继续传力，这之间是有风力损耗，于是风吹第一挡风片后，叶片就一直在减速，所以该结构的叶片自动减缩风能，不会越转越快。
[0014]本实用新型的有益效果如下:1、立轴发电机的叶片沿着轴向螺旋阶梯式的分布，当顺风时，风力全部打在挡风片上，数个挡风片依次受力，且根据受力越来越快，避免了现有技术的立轴发电机采用三片或者四片风叶发电(尤其大型风叶片)，当风吹到某个风叶的其中某部位置时，可能吹不动风叶片的缺陷。
[0015]2、当逆风时，螺旋阶梯式的叶片具有自动减缩风能，根据工作原理可知，本实用新型的叶片受到乱风时，能自动停止转动，解决现有技术中无论是立式发电机还是水平轴式的发电机，遇到风向不稳定时，发电机的叶片会随风做无规则的旋转，导致叶片乱转、叶片扭曲变形，严重时叶片折断，导致发电机损坏的缺陷。[0016]3、所述横向连接片保证了上、下挡风片之间连接，其结构是上挡风片下部、连接块、下挡风片上部三者依次连接。比起现有技术的立轴风叶，自然风吹到风叶片上，风叶片形成反弹风力，该风力会给继续吹入的风形成反向的阻力，如果遇到风向不稳定时，发电机的叶片会随风做无规则的旋转，导致叶片乱转、叶片扭曲变形，严重时叶片折断，导致发电机损坏；本实用新型的连接片与挡风片均能承接风力，自然风吹在该连接片上时，连接片也可带动挡风片继续沿着风力的方向旋转；由于连接片与挡风片有90°的夹角，风打到夹角处也会继续推动挡风片沿着开始的方向转动，防止形成反弹风。
[0017]4、所述立轴的一端与发电机之间连接有变速箱。变速箱根据立轴转动的速度，改变传动比并将改变后转动速率输出给发电机，避免了立轴直接跟发电机连接，立轴速度过快，带动发电机转动过快，而烧毁发电机的可能性。
[0018]5、所述电机罩开设有迎风口和出风口，电机罩内安设有至少一组发电机装置,发电机装置的叶片对着迎风口。迎风口限制了风进入电机罩的进风向，且起到稳定风向作用，消除了风叶组受到乱风影响的可能性，避免了现有技术的立式发电机或者水平轴式的发电机，遇到风向不稳定时，发电机的叶片会随风做无规则的旋转，导致叶片乱转、叶片扭曲变形，严重时叶片折断，导致发电机损坏的缺陷。
[0019]进一步的，所述电机罩开设有头大口小的迎风口和与迎风口结构一样的出风口。电机罩的迎风口头大口小类似“漏斗”型，外界的自然风进入迎风口时，会受到迎风口的挤压往迎风口小口处冲去，相当于进行了一次“稳定”自然风风向的过程；而出风口的结构与迎风口 一致，但是此时的口小头大，正好使得自然风能快速的冲出出风口进入到空气中。电机罩内安设有两组发电机装置，两组发电机装置的叶片各自对着一半的迎风口，当被“稳定”后的自然风冲出迎风口进入电机罩内，此时两组发电机装置的叶片相向旋转，互不干扰。
[0020]进一步的，所述立轴上均布四片所述叶片，每片叶片包括三片竖向且沿轴向依次排列的挡风片。立轴上设有四片叶片且每片叶片包括三片挡风片，只是通用结构之一，这样设置的结构最简单，设计难度低，成本相对少。
[0021]进一步的,所述立轴另一端连接有定向启动电机。定向启动电机能控制立轴的启动或停止；尤其是在发电前准备工作时，能将立轴启动到合适位置，使得某一挡风叶正对迎风口 ；必要时定向启动电机还能带动立轴旋转直到立轴在发电过程中能顺利启动为止，避免了现有技术的立式发电机因为叶片质量自重太重而启动困难的缺陷。
[0022]进一步的，所述发电机装置和相应的电机罩组成墙壁式结构。若干组的发电装置和相应的电机罩排列构成一道墙壁，形成拦风墙。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例一的发电机装置结构示意图；
[0024]图2为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例一的立轴和叶片的立体图；
[0025]图3为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例一的立轴和叶片的俯视图；
[0026]图4为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例一、二的一片叶片的立体图；
[0027]图5为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例二的电机罩、发电机装置的结构关系俯视图；
[0028]图6为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例二的电机罩、发电机装置的结构关系的主视图。
[0029]图7为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例三的俯视图；
[0030]图8为本实用新型一种立轴风力发电机组的实施例三的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]如图1、图2、图3、图4所示，一种立轴风力发电机组，包括至少一组发电机装置及相应的电机罩，每组发电机装置包括发电机1、立轴3和呈螺旋阶梯式的叶片4;每片叶片4包括至少两片竖向且沿轴向依次排列的挡风片5，相邻挡风片5之间错开角度并连接有横向连接片6，立轴3上均布至少两片所述叶片4 ;每片叶片4顶层的挡风片5与相邻叶片4的底层挡风片5之间的夹角与所述错开的角度相等；所述立轴3的一端与发电机I之间连接有变速箱2以及抱闸离合器；所述电机罩开设有迎风口和出风口，所述发电机装置安设于电机罩内，且叶片4对着迎风口 ；所述立轴3另一端连接有定向启动电机。
[0032]本实施例的每组发电机装置包括发电机1、立轴3和呈螺旋阶梯式的叶片4，所述立轴3上均布四片所述叶片4，每片叶片4包括三片竖向且沿轴向依次排列的挡风片5。任意相邻两片叶片4之间形成90°，每片叶片4的挡风片5之间错开30° ;挡风片5之间通过横向连接片6连接，上挡风片5下部、横向连接片6连接、下挡风片5上部三者依次垂直连接，其结构也就构成一片螺旋三阶梯形的叶片4。
[0033]本实用新型的操作过程如下:启动前，操作者开动定向启动电机以及抱闸离合器，叶片4空转正常后再合并变速器，叶片4带动立轴3转动，使得叶片4转动；自然风通过电机罩的迎风口，冲入电机罩内并带动叶片4转动，叶片4带动立轴3转动，立轴3传力给变速箱2，变速箱2最后将力输出给发电机I。
[0034]实施例二
[0035]如图4、5、6所不,本实施例与实施例一不同之处在于:本实施例的电机罩8开设有头大口小的迎风口 10和与迎风口 10结构一致的出风口 9，电机罩8内安设有两组发电机装置11，两组发电机装置11的叶片4各自对着一半的迎风口 10，立轴3半径一侧的叶片4正对着迎风口 ；所述立轴3另一端连接有定向启动电机。
[0036]透过电机罩8的迎风口 10可以看到两组发电机装置11各自叶片4的某个挡风片5始终对着迎风口 10。
[0037]因为电机罩8内设置了两个发电机装置11，当自然风吹入电机罩8后，两个发电机装置11的叶片4的转动方向是相向旋转的，导致其中一个发电机装置11的变速箱需要改变立轴3输出后力的转动方向，再传输给发电机,驱动发电机发电。
[0038]为了改变立轴3输出后力的转动方向，其中一个立轴3连接的变速箱里设有传力装置，传力装置将立轴3输出后旋转方向变为与另一立轴3旋转方向一致。
[0039]传力装置的结构可以为设有两齿轮外啮合的齿轮组，该齿轮组的一齿轮设于立轴3—端，另一齿轮设于变速箱上，这样的设计即可实现立轴3输出到发电机的力的方向一致，使得发电机的转动方向一致，这种简单的构造也是本领域技术人员容易想到的。
[0040]实施例三[0041]如图7、8所示，本实用新型的若干组的发电机装置11及相应的电机罩8组合构成墙壁式结构，具体的是采用一个电机罩8内安设两组发电机装置11的组合，然后设置六组这样的组合共同构成一道拦风墙，拦风墙构成一个发电机组。
[0042]进行户外发电的时候，拦风墙能增大发电效果，并且起到固定发电机装置11的作用，而现有技术的风力发电机I采用大型风塔或者支撑塔来固定风叶，制造成本太高，本拦风墙由六组发电机装置11及相应的电机罩8组合而成，不需要单独为发电装置安装固定支架，节约了成本。
[0043]以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。
【权利要求】
1.一种立轴风力发电机组，包括至少一组发电机装置及相应的电机罩，其特征在于:发电机装置包括发电机、立轴和呈螺旋阶梯式的叶片；所述叶片包括至少两片竖向且沿轴向依次排列的挡风片，相邻挡风片之间错开角度并连接有横向连接片，立轴上均布至少两片所述叶片；每片叶片顶层的挡风片与相邻叶片的底层挡风片之间的夹角与所述错开的角度相等；所述立轴的一端与发电机之间连接有变速箱；所述电机罩开设有迎风口和出风口，所述发电机装置安设于电机罩内，且叶片对着迎风口。
2.如权利要求1所述的立轴风力发电机组，其特征在于:所述电机罩开设有头大口小的迎风口和与迎风口结构一致的出风口，电机罩内安设有两组发电机装置，两组发电机装置的叶片各自对着一半的迎风口。
3.如权利要求1或者2所述的立轴风力发电机组，其特征在于:所述立轴上均布四片所述叶片，每片叶片包括三片竖向且沿轴向依次排列的挡风片。
4.如权利要求1或者2所述的立轴风力发电机组，其特征在于:所述立轴另一端连接有定向启动电机。
5.如权利要求1所述的立轴风力发电机组，其特征在于:所述发电机装置和相应的电机罩组成墙壁式结构。
【文档编号】F03D3/00GK203463225SQ201320446675
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】范树春 申请人:范树春