一种低风速启动垂直轴风力发电机的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其是一种低风速启动垂直轴风力发电机。

背景技术：

垂直轴风力发电机是指旋转轴垂直于地面或者来流方向的风力发电机。相对于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，这不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。此外，垂直轴风力发电机还具有无噪音、安全性更高等优点，可以应用于城市公共照明、居民聚集区等水平轴风力发电机很难应用的领域。随着分布式电站的推广，对低风速启动的高效风力发电机有很大的需求。升力型垂直轴风机因其无噪音、不必对风等优点，尤其适合于常年风速较低地区的风力发电，所以越来越受到人们的关注。但是，受升力型垂直轴风机气动特性的限制，由静止状态开始转动的启动扭矩较小。扭矩随着转速先降后升，过某一转速后又开始下降，因而一旦启动起来，风轮转速较快，尖速比可达3左右。例如对于3m/s的风速，启动起来后叶片速度可达9m/s。由于摩阻不可避免，而启动扭矩小，使得其低风速启动较为困难，转速上不去，发电量＝扭矩×转速，这反过来制约了或降低了低风速发电效率。另一方面，阻力型垂直轴风机的启动扭矩大，但随着转速增加而急剧减少，因此风轮转速低，最大尖速比远小于1，发电效率低。

技术实现要素：

为了解决升力型垂直轴风机低风速启动困难的问题，本实用新型提出了一种在低风速时容易启动的低风速启动垂直轴风力发电机。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种低风速启动垂直轴风力发电机，包括大风轮，大风轮包括固定主轴、设置在固定主轴上的发电机、升力型叶片和与升力型叶片连接的支撑杆，其特征在于，大风轮还包括设置在所述发电机的外置转子上的大风轮动轴，所述支撑杆的一端连接升力型叶片，另一端连接大风轮动轴，低风速启动垂直轴风力发电机还包括小风轮和传递机构，小风轮包括小风轮动轴和阻力型叶片，小风轮动轴可旋转地设置在固定主轴上，阻力型叶片安装在小风轮动轴上，大风轮动轴和小风轮动轴均在所述固定主轴的外侧、与固定主轴同轴并可绕着固定主轴的轴线旋转，传递机构设置在大风轮动轴上，在大风轮启动前，传递机构建立与小风轮动轴的连接，把小风轮动轴的扭矩传递给大风轮动轴，在大风轮启动后，传递机构脱离开与小风轮动轴的连接。

本实用新型提供的低风速启动垂直轴风力发电机，增设了大风轮动轴、小风轮和传递机构，在启动时采用阻力型小风轮，充分利用阻力型风轮启动扭矩大的特点，阻力型小风轮在风速很低时都可以转动，小风轮的扭矩传递给大风轮，使大风轮启动，大风轮启动后，完全由大风轮来发电，大风轮不受小风轮的影响，发电效率高。本实用新型解决了升力型垂直轴风机低风速启动困难的问题，启动风速低并且发电效率高。

附图说明

图1为本实用新型低风速启动垂直轴风力发电机的结构示意图；

图2为传递机构的剖切示意图；

图3为图2的俯视方向示意图。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实用新型低风速启动垂直轴风力发电机包括大风轮、传递机构8和小风轮。大风轮为升力型垂直轴风轮，包括固定主轴1、设置在固定主轴1上的发电机2、升力型叶片3、支撑杆4和大风轮动轴5，升力型叶片3为升力型风轮所采用的叶片，发电机2为转子外置的外转子发电机。大风轮动轴5为空心柱形轴，其下端设置在发电机2的外置转子上，通过轴承9可旋转地安装在固定主轴1的外侧，大风轮动轴5与固定主轴1同轴并可绕着固定主轴1的轴线旋转，大风轮动轴5旋转时带动发电机2的外置转子一起旋转而发电。支撑杆4的一端连接升力型叶片3的内侧面，另一端连接大风轮动轴5，将升力型叶片3安装在大风轮动轴5上。升力型叶片3获得的扭矩依次经支撑杆4和大风轮动轴5传递到外转子发电机2发电。

参见图1，小风轮设置在大风轮的上方，包括小风轮动轴7和阻力型叶片6。小风轮动轴7为空心柱形轴，通过轴承可旋转地设置在固定主轴1上，小风轮动轴7在固定主轴1的外侧，与固定主轴1同轴并可绕着固定主轴1的轴线旋转。阻力型叶片6安装在小风轮动轴6上，为阻力型风轮所采用的叶片。

传递机构8设置大风轮动轴5上，并且在大风轮和小风轮之间。传递机构8用于在大风轮启动前，建立与小风轮动轴7的连接，把小风轮动轴7的扭矩传递给大风轮动轴5，而在大风轮启动后，传递机构8脱离开与小风轮动轴7的连接，小风轮不影响大风轮。大风轮启动是指大风轮的升力型叶片3转动起来速度达到发电机2启动发电。

参见图1、图2和图3，传递机构8包括随动架14、导向架11、弹簧10、滑块12和传递块13。随动架14为圆盘形，其底部固定安装在大风轮动轴5上，固定主轴1从随动架14中穿过。传递块13固定设置在小风轮动轴7下端部的外圆柱面上，呈三角形状。导向架11、弹簧10和滑块12均设置在随动架14上，弹簧10、滑块12和传递块13沿着大风轮动轴5的径向依次由外向内布置，滑块12在弹簧10和传递块13之间。弹簧10的一端连接随动架14，另一端连接滑块12的尾部，弹簧10的弹力把滑块12推向传递块13。导向架11为一块平板，与弹簧10的轴线平行布置，导向架11靠近弹簧10的平面为导向面，导向面与弹簧10的轴线平行，并与滑块12接触，在弹簧10的弹力和滑块12旋转时其自身离心力作用下，滑块12始终贴靠着导向架11沿着导向架11移动，导向架11起到引导滑块12移动方向和传递扭矩的作用。在小风轮动轴7的转动方向上，导向架11在滑块12和弹簧10的前方一侧，传递块13在导向架11的后方一侧，导向架11与传递块13之间形成V形开口，导向架11和传递块13分别为V形开口的两个边。滑块12的头部为与该V形开口相适配的V形，弹簧10推动滑块12，使滑块12在导向架11和传递块13之间，滑块12的头部插入该V形开口中并与V形开口的两个边接触，即与导向架11和传递块13接触。该结构一方面使得滑块12能很好与导向架11和传递块13接触，以更好地传递扭矩，另一方面能使在滑块12旋转时，滑块12在其自身离心力作用下能快速地脱离开传递块13，不与传递块13接触。

在大风轮启动前，弹簧10的弹力推动滑块12，使滑块12均与传递块13和导向架11接触，一旦有风将小风轮吹转动，小风轮动轴7的扭矩依次通过传递快13、滑块12、导向架11和随动架14传递给大风轮动轴7，使大风轮旋转，当升力型叶片3转动起来速度达到发电机2启动发电时，大风轮启动；在大风轮启动后，滑块12在离心力作用下克服弹簧10的弹力向外移动，脱离开传递块13，不与传递块13接触，大风轮发电，小风轮不影响大风轮。

本实用新型上述实施例通过滑块12同时与传递块13和导向架11接触来使传递机构8建立与小风轮动轴7的连接，通过滑块12移动致不与传递块13接触来使传递机构8脱离开与小风轮动轴7的连接。本实用新型的传递机构不限于上述结构，只要能在大风轮启动前，传递机构建立与小风轮动轴的连接，把小风轮动轴的扭矩传递给大风轮动轴，在大风轮启动后，传递机构脱离开与小风轮动轴的连接，实现这些功能的传递结构均属于本实用新型所述的传递结构。比如，传递结构可以是电磁铁控制装置，在大风轮启动前，电磁铁控制装置的电磁铁吸附在小风轮动轴上，建立起了电磁铁控制装置与小风轮动轴的连接，而在检测到大风轮启动后，电磁铁控制装置的电磁铁磁性消失，电磁铁脱离开小风轮动轴，电磁铁控制装置脱离开与小风轮动轴的连接。传递结构还可以是其他自动控制装置或其他机械结构。

实用新型提供的低风速启动垂直轴风力发电机，增设了大风轮动轴、小风轮和传递机构，在启动时采用阻力型小风轮，充分利用阻力型风轮启动扭矩大的特点，阻力型小风轮在风速很低时都可以转动，小风轮的扭矩传递给大风轮，使大风轮启动，大风轮启动后，完全由大风轮来发电，大风轮不受小风轮的影响，发电效率高。本实用新型解决了升力型垂直轴风机低风速启动困难的问题，启动风速低并且发电效率高。