一种风轮与发电机集成的垂直轴风力发电机的制作方法

本实用新型涉及风力发电，具体是一种风轮与发电机集成的垂直轴风力发电机。

背景技术：

随着全球环境问题愈来愈突出，各国对可再生清洁能源利用也越来越重视。近年来，清洁能源的利用也受到了我国重点扶持，预计风电能源的比重将会大幅度提高。

因小型垂直轴风力发电机具有安装方便、便于维修、能接受任意风向等优点，得以大力的推广应用。但由于风轮与发电机之间的传动机构的存在，导致机械能的损失，进而使整个风力发电机转化为电能的效率降低；另外，现有的小型阻力型垂直轴风力发电机风能利用率较低，升力型风力发电机启动风速较高。因此，通过对现有的小型垂直轴风力发电机的结构进行改进，提高其发电效率更有利于其进一步的推广应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种将风力发电机的发电机与风轮集成在一起的垂直轴风力发电机。这种结构的风力发电机能减小传动机构对风电系统发电效率的影响，具有结构紧凑、安装方便、风能利用率高等优点。

实现本实用新型目的的技术方案是：以电机轴及线圈作为定子，将转子磁极安装在风轮上作为转子，风轮围绕电机轴转动的同时，也实现了风轮直接发电的功能。

一种风轮与发电机集成的垂直轴风力发电机，包括与风轮连接的叶片、调节架、连接板、发电机构、连接轴和回转机构；叶片通过调节架和连接板与发电机构连接，发电机构通过电机轴与风轮连接，电机轴分别与连接轴、回转机构连接。

所述叶片包括设置在风轮外部的升力型叶片和设置在风轮内部的阻力型叶片；其中：

所述升力型叶片为3个，均匀分布在风轮周围，升力型叶片内表面的上、下端各有4个螺孔，与调节架的4个安装孔配合。

所述阻力型叶片为11个，呈圆周方向均匀分布在发电机构的上下固定环之间，阻力型叶片包括上下2个平板，各个平板上设有两个定位孔，用于与固定环的螺钉孔连接。

所述发电机构包括定子绕组、定子电枢盘、上下转子磁极、转盘、轴承和电机轴，定子绕组设置在定子电枢盘内部，且与定子电枢盘相互静止，电机轴包括用于与连接轴的两端的键槽配合的键；在电机轴上设有圆盘，圆盘上开设有4个均匀分布的定子孔，用于与定子电枢盘的配合；电机轴两端与轴承配合；在电机轴上开设有1个用于通过导线的圆通孔；转盘分为上转盘和下转盘，在转盘上设有3对孔A和3对孔B，分别用于上、下转盘的配合和连接板的装配；转盘中心设有轴承槽并与轴承配合；在上、下转盘的内表面分别装有12个转子磁极，且相互对应；转子磁极位于定子电枢盘的上下端；下转盘设有固定圆环，在固定圆环上设有4个螺孔，用于与回转机构的装配。

所述定子电枢盘包括4个用于与电机轴配合的螺孔。

所述回转机构包括内环、外环和滚子；内环上端设有4个螺孔用于与固定圆环的配合；外环底部设有4个螺栓孔用于与风轮支架的固定，中心设有开槽的空心柱，用于与电机轴的配合。

所述固定环包括11对螺钉孔，4个固定孔A，固定孔A用于与下转盘的固定孔B装配。

所述调节架包括4个安装孔及2个调节孔，用于升力型叶片与连接板的连接。

所述连接板包括3个连接孔和1个调节弧，调节孔可使升力型叶片的安装角在-5°至5°的角度范围调节。

本实用新型垂直轴风力发电机通过使发电机与风轮的一体化设计，去除了传统风力机的传动机构，减少了能量在传递过程中的损失；升阻型风轮的设计既解决了升力型启动风速过大问题也解决了阻力型风能利用率过低的问题；鼠笼型阻力型叶片有利于风轮的散热，通过调节调节架的安装角度能够使风轮工作在最佳状态。由上可知，本实用新型的有益效果是：

（1）更有效的解决传统风力发电机在传动部分能量损失问题。

（2）发电机与风轮一体化设计使风力发电机的结构更紧凑，方便装卸，节省空间；鼠笼式阻力型叶片更有利于发电机的散热，提高了可靠性与使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的升力型叶片安装结构示意图；

图3为本实用新型的阻力型叶片结构示意图；

图4为本实用新型的固定环结构示意图；

图5为本实用新型的上发电机构结构示意图；

图6为图5的A-A向示意图；

图7为本实用新型的定子电枢盘结构示意图；

图8为本实用新型的上转盘结构示意图；

图9为本实用新型的回转机构结构示意图；

图10为图9的A-A向示意图。

图中，1.回转机构 2.下发电机构 3.连接轴 4.升力型叶片 4-1.叶片筋 5.连接板 5-1.第一连接孔 5-2.调节弧 5-3.第二连接孔 5-4.第三连接孔 6.上发电机构 7.调节架 7-1.安装孔 7-2.调节孔 8.阻力型叶片 8-1.平板 8-2.定位孔 9.固定环 9-1.螺钉孔 9-2.固定孔A 10.上转盘 10-1.轴承槽 11.下转盘 11-1.孔A 11-2.孔B 11-3.固定孔B 12.定子电枢盘 13.第一轴承 14.电机轴 14-1.通线孔 14-2.键 14-3.定子孔 15.定子绕组 16.下转子磁极 17.上转子磁极 18.第二轴承 19.下转盘（下） 19-1.固定圆环20.内圈 21.外圈 21-1.空心柱 21-2.螺栓孔 22.滚子

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步的具体说明，但不是对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一种风轮与发电机集成的垂直轴风力发电机，由升力型叶片4、阻力型叶片8、调节架7、连接板5、下发电机构2、上发电机构6、连接轴3和回转机构1等构成。升力型叶片4、阻力型叶片8通过调节架7与连接板5连接，下发电机构2和上发电机构6通过电机轴14与风轮连接，电机轴14分别与连接轴3、回转机构1连接。

如图2所示，升力型叶片4为3个，均匀分布在风轮外围，通过调节架7和连接板5与下发电机构2和上发电机构6连接；调节架7的4个安装孔7-1与升力型叶片4配合，连接板5通过第二连接孔5-3、第三连接孔5-4与发电机构配合，连接板5的调节弧5-2以第一连接孔5-1为圆心，与调节架7的调节孔7-2配合；升力型叶片4为空心结构，并设有叶片筋4-1。

如图3、4所示，阻力型叶片8为11个，均匀分布在风轮内部，其上下设有平板8-1，且设有定位孔8-2，用于与固定环9的螺钉孔9-1配合，阻力型叶片8位于下发电机构2和上发电机构6之间，利于发电机构的散热；在固定环9上设有固定孔A9-2与下转盘11的固定孔B11-3配合。

如图5、6、7、8所示，上发电机构6的下转盘11上均匀圆周分布3对孔A10-1与连接板5的第二连接孔5-3、第三连接孔5-4配合；孔B11-2用于上转盘10、下转盘11的链接；上转盘10、下转盘11各设有12个相互对应的上转子磁极16、下转子磁极17，旋转时并相互静止；上转盘10、下转盘11都设有轴承槽10-1与第一轴承13、第二轴承18的配合。

定子电枢盘12在上转子磁极16、下转子磁极17之间，定子绕组15被定子电枢盘12包裹；电机轴14上设有4个定子孔14-3，用于固定定子电枢盘12；电机轴两端与第一轴承13、第二轴承18的内圈过盈配合，电机轴14是空心设计，且设有通线孔14-1用于导线的通过；电机轴14的一端设有键14-2用于与连接轴3的配合。

如图9、10所示，回转机构1通过内圈20孔与下发电机构2的下转盘（下）19的固定圆环19-1上螺孔相互配合；外圈21设有4个螺栓孔21-2，用于风轮与风力发电机的支架配合；外圈设有与电机轴配合的空心柱21-1，并设有键槽用于与电机轴的配合。

本实用新型风力发电机风轮，其工作状态是：

风轮通过回转机构1的螺栓孔21-2固定在风力发电机支架上，当外界流体流经升力型叶片4、阻力型叶片8时，叶片在外界作用力下带动下发电机构2、上发电机构6的上转盘10、下转盘11转动，电机轴14静止的，定子绕组15通过定子电枢盘12与电机轴固定；转盘带动上转子磁极16、下转子磁极17转动，进而实现绕组切割磁感线的过程，在发电过程绕组产生的热量会通过鼠笼式阻力型叶片8导出；另外，通过调节调节架7的安装角度，可使升力型叶片4达到最佳安装角度，进而实现垂直轴风力发电机风电转化效率的最佳化。