一种风力发电机风轮及风力发电机的制作方法

本发明涉及发电机设备技术领域，尤其涉及一种风力发电机风轮及风力发电机。

背景技术：

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机按照旋转轴的方向来分，分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。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。垂直轴风力发电机在风向改变时无需对风，其结构设计简化，也减少了风轮对风时的陀螺力。垂直轴风力发电机具有诸多水平轴风力发电机所没有的优点，比如风叶两端固定、全方位受风、发电机可设置在风轮下方等。目前市场上的垂直轴风力发电机的风轮分为阻力型风轮和升力型风轮，升力型风轮是利用叶片产生的升力推动叶轮旋转；阻力型风轮是利用叶片产生的阻力驱动叶轮旋转，电能转化设备简单，能够安装在建筑物的表面，缺点是风轮叶片的凹面和凸面同时受风，凸面受到的风阻力严重抵消凹面受到的风阻力，抵消程度可达到凹面受到的风阻力的三分之二，因此，风能利用率低。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前的垂直轴风力发电机尤其是阻力型风轮的垂直轴风力发电机叶片迎风面积非常有限，风能转化效率比较低。而且，目前的风力发电机制造工艺繁琐，造成成本极高，运输和安装工序复杂，损坏率较高，导致维修成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种风力发电机风轮及风力发电机，以解决现有技术中存在的垂直轴风力发电机风能转化效率不高的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种风力发电机，包括竖直设置的中心转轴、围绕所述中心转轴周向设置的支撑架以及设置在所述支撑架上的多个风轮叶片，其中，所述风轮叶片活动连接至所述支撑架上以便在电磁泵作用下使所述风轮叶片能够处于打开或关闭状态，其中，当所述风轮叶片全部处于关闭状态时，多个所述风轮叶片两两之间的活动端与固定端相抵接形成与所述支撑架的轮盘外周相一致的外罩型结构。

根据一种优选实施方式，所述支撑架包括围绕所述中心转轴且上下相对设置的第一圆环形轮盘和第二圆环形轮盘，所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘分别通过沿其周向设置的多个第一连接臂和多个第二连接臂与所述中心转轴形成固定连接。

根据一种优选实施方式，多个所述第一连接臂和多个所述第二连接臂连接所述中心转轴与所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘，并将所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘的盘面等分为与所述风轮叶片数量相等的等分；每个所述第一连接臂和位于其下方的第二连接臂所形成的平面与水平面相垂直。

根据一种优选实施方式，在所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘之间且在所述第一连接臂与第一圆环形轮盘的连接点以及第二连接臂与所述第二圆环形轮盘连接点之间安装有所述风轮叶片的安装杆。

根据一种优选实施方式，相邻两个安装杆在所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘上形成用于容纳所述风轮叶片的框洞，所述风轮叶片通过活动轴承安装至所述安装杆上。

根据一种优选实施方式，所述风轮叶片呈圆弧形结构，所述风轮叶片的弧度与所述第一圆环形轮盘和所述第二圆环形轮盘的弧度相一致；在所述风轮叶片上具有多个通孔，所述通孔的背离所述中心转轴的一面设置有搭帘。

根据一种优选实施方式，所述风轮叶片是由具有一定弧度的且沿纬向设置的第一板条和与所述第一板条相焊接且沿经向间隔设置的第二板条组成；所述通孔是由第一板条和第二板条相互交叉形成。

根据一种优选实施方式，在所述第一板条或所述第二板条上设置有弧形凹口，所述第一板条和所述第二板条通过弧形凹口相咬合后焊接形成所述风轮叶片。

根据一种优选实施方式，所述风力发电机还包括设置在第一连接臂和第二连接臂之间的电磁泵、与所述电磁泵连接的播杆以及风向传感器，所述电磁泵通过所述播杆与所述风轮叶片形成连接以便控制所述风轮叶片的开启或关闭。

本发明还提供了一种风力发电机，所述风力发电机包括前述的风力发电机风轮，所述风力发电机还包括设置在所述风轮下方的发电机组件，所述发电机组件与中心转轴转动连接。

基于上述技术方案，本发明实施例的风力发电机至少具有如下技术效果：

本发明提供的一种风力发电机，包括竖直设置的中心转轴、围绕所述中心转轴周向设置的支撑架以及设置在所述支撑架上的多个风轮叶片，其中，所述风轮叶片活动连接至所述支撑架上以便在电磁泵作用下所述风轮叶片能够处于打开或关闭状态，其中，当所述风轮叶片全部处于关闭状态时，多个所述风轮叶片两两之间的活动端与固定端相抵接形成与所述支撑架的轮盘外周相一致的外罩型结构。通过设置可活动的风轮叶片，从而在电磁泵的控制作用，使得叶片在迎风时可以自由打开，受风力作用做功后使风轮叶片关闭，由于当所述风轮叶片全部处于关闭状态时，多个所述风轮叶片两两之间的活动端与固定端相抵接形成与所述支撑架的轮盘外周相一致的外罩型结构，因此，做功后的风轮叶片关闭后能够随着支撑架轮盘的转动而转动，从而减少风的阻力，迎风时再次打开风轮叶片，从而可以有效的利用风能，减少风阻力，提高了风能的转化率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的风力发电机的结构示意图；

图2是本发明的风力发电机风轮中风轮叶片的结构示意图；

图3是本发明的风力发电机风轮中组合风轮叶片的板条的结构示意图；

图4是本发明的风力发电机风轮中电磁泵的连接结构示意图。

图中：10-支撑架；11-安装杆；12-中心转轴；13-第一连接臂；14-第二连接臂；15-中间斜臂；16-发电机组件；17-第三活动轴承；18-通孔；19-电磁泵；20-播杆；21-风轮叶片；22-第一活动轴承；23-第二活动轴承；24-风向传感器；25-强力弹簧；26-电极板；27-铜触点；28-伸缩轴；101-第一圆环形轮盘；102-第二圆环形轮盘；211-搭帘；212-第一板条；213-第二板条；214-弧形凹口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种风力发电机风轮，如图1所示，图1示出了本发明的风力发电机的结构示意图。其中，本发明实施例的风力发电机包括竖直设置的中心转轴12、围绕中心转轴12周向设置的支撑架10以及设置在支撑架10上的多个风轮叶片21。风轮叶片21活动连接至支撑架10上以便在风力作用下风轮叶片21能够处于打开或关闭状态，其中，当风轮叶片21全部处于关闭状态时，多个风轮叶片21两两之间的活动端与固定端相抵接形成与支撑架10的轮盘外周相一致的外罩型结构。因此，本发明的风轮叶片能够在电磁泵的驱动作用下打开或关闭，通过电磁泵控制风轮叶片在迎风时打开，做功后关闭随中心转轴的转动而转动，关闭的风轮叶片在迎风时再次打开，从而可以减少风阻力作用在风轮叶片上，仅仅当迎风时叶片处于打开状态，增加了风能的利用率，使风能的转化率大大提高。

作为可选的实施方式，如图1所示，支撑架10包括围绕中心转轴12且上下相对设置的第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102。第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102分别通过沿其周向设置的多个第一连接臂13和多个第二连接臂14与中心转轴12形成固定连接。优选地，本发明实施例的支撑架10在制作时自中心转轴12向外延伸出多个第一连接臂13和第二连接臂14，多个第一连接臂13或多个第二连接臂14沿中心转轴12的周向间隔相同距离等距排列。

为了增加支撑架的承受力，在上下两个第一连接臂13和第二连接臂14之间自第一连接臂13的外侧向第二连接臂14的靠近中心转轴12的内侧设置有中间斜臂15，中间斜壁15与第一连接臂13和第二连接臂14之间相互焊接。优选地，第一连接臂13或第二连接臂14的数量为8条。优选地，第一连接臂13和第二连接臂14自中心转轴12延伸出相等的长度。优选地，多个第一连接臂13通过第一活动轴承22安装至中心转轴12上。优选地，多个第二连接臂14通过第二活动轴承23安装至中心转轴12上。优选地，第一圆形轮盘101和第二圆环形轮盘102为采用两根弯圆的不锈钢管焊至延伸出的第一连接臂13和第二连接臂14的外端形成的轮盘结构。优选地，支撑架10是采用2mm壁厚的不锈钢方管制作而成的框架式结构。

作为可选的实施方式，多个第一连接臂13和多个第二连接臂14连接中心转轴12与第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102，并将第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘的盘面等分为与风轮叶片21数量相等的等分。

优选地，每个第一连接臂13和位于其下方的第二连接臂14所形成的平面与水平面相垂直。即，位于上方的第一连接臂13和位于其下方的第二连接臂14所形成的平面将第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102形成的圆柱型框架等分为n等分。优选地，n＝8。

作为可选的实施方式，在第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102之间且在第一连接臂13与第一圆环形轮盘101的连接点以及第二连接臂14与第二圆环形轮盘102连接点之间安装有风轮叶片21的安装杆11。可以理解为，在第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102之间安装有用于安装风轮叶片的安装杆11，该安装杆11的上端与第一连接臂13与第一圆环形轮盘101的焊接点相焊接，该安装杆11的下端与位于第一连接臂13下方的第二连接臂14与第二圆环形轮盘102的焊接点相焊接。优选地，在每个第一连接臂13以及位于竖直方向下方的第二连接臂14的与第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102的焊接点处均焊接有安装杆11，从而使得安装杆11围绕第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102形成的圆柱型框架的周向等距排列。

优选地，相邻两个安装杆11在第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102上形成用于容纳风轮叶片21的框洞。风轮叶片21通过第三活动轴承17安装至安装杆11上。

优选地，风轮叶片21呈圆弧形结构。风轮叶片21的弧度与第一圆环形轮盘101和第二圆环形轮盘102的弧度相一致。以便在风轮叶片21关闭时，其能够恰好与支撑架10的轮盘外周相一致，从而减少风阻力作用。

优选地，在风轮叶片21上具有多个通孔18，通孔18的靠近中心转轴12的一面设置有搭帘211。使所述通孔形成以所述搭帘211为底部的凹槽结构。凹槽结构开口朝向外部，即朝向远离中心转轴的方向。其中，搭帘211的上端与通孔18的上端固定，搭帘211的下端以及两侧能够自由活动。设置具有搭帘的通孔的目的是：在迎风时，风轮叶片的搭帘受到风力作用被撩起，位于风轮叶片上的所有通孔处于通透的状态，使得风轮叶片在打开时没有阻力，从而不会减弱轮盘转动时的动力；待风轮叶片打开后，受到迎风力作用，搭帘瞬间关闭，形成槽深为2.5cm的凹槽，通过电磁泵控制使风轮叶片关闭，风能够吹向凹槽产生更强的推动力，传递给轮盘强大的动力，使得风轮叶片带动中心转轴旋转，提高了风能利用率。优选地，风轮叶片21是由具有一定弧度的且沿纬向设置的第一板条212和与第一板条212相焊接且沿经向间隔设置的第二板条213组成。通孔18是由第一板条212和第二板条213相互交叉形成。优选地，第一板条212和第二板条213为不锈钢板条。其中，横向沿纬向设置的第一板条212被压弯成弧形。

优选地，在第一板条212或第二板条213上设置有弧形凹口214，第一板条212和第二板条213通过弧形凹口214相咬合后焊接形成风轮叶片21。通过弧形凹口214相互咬合交叉形成通孔。在该通孔18上设置搭帘后，该通孔18的深度为2.5cm。优选地，搭帘211是由薄不锈钢板与不老化胶片制作围成。使得风轮叶片在打开时没有阻力，打开后迎风立刻关闭，风吹在通孔形成的凹槽内大大增强了叶片的动力。

优选地，风力发电机还包括设置在第一连接臂13和第二连接臂14之间的电磁泵19、与电磁泵连接的播杆20和风向传感器24。优选的，每个风轮叶片均连接一套电磁泵19和播杆20，即在安装每个风轮叶片的第一连接臂13和第二连接臂14之间均安装有一套电磁泵和播杆的组合。其中，播杆20的一端与风轮叶片21相连接，播杆20的另一端与电磁泵19的伸缩轴28连接，伸缩轴上安装有强力弹簧25。优选地，播杆20为可折叠的多连杆结构，是由多个杆体通过转动接头连接而成，使得开启和关闭风轮叶片更加省力。从而在电磁泵19的强力弹簧作用下，实现播杆20的伸长或缩短，以便控制风轮叶片21打开或关闭。优选地，在风向传感器上连接有半圆形的电极板26，该电极板26由两个正负电极碳片组成，并且该电极板26由风向传感器控制总是朝向迎风的角度。在电磁泵19上设置有两个固定的铜触点27，该两个铜触点定时与半圆形电极板26的带电电极碳片接触，接触时电磁泵工作使强力弹簧伸长打开风轮叶片，在轮盘转动至铜触点接触不到电极碳片时，电磁泵断电，强力弹簧缩短从而关闭风轮叶片。用于控制风轮叶片的每个电磁泵19均是依靠安装在中心转轴12上的能够随风向自由转换角度的风向传感器24和安装在风向传感器上的半圆形的电极板26控制给断电的，从而使叶轮开启或关闭。风向传感器24和电极板26的主要功能是，让轮盘上的每个风轮叶片21都能在迎风时打开。优选的，安装在中心转轴12上的风向传感器是一个完整独立的转动系统，它能够随风向移动位置。安装在电磁泵25上的两个铜触点27，不论转盘处于转动中还是静止时，都会有一套电磁泵19上的铜触点接触着电极板26上的两条电极，让叶片总是迎风打开。在风力作用下轮盘会不停的转动，输出动力给发电机，不管风有多大，想要停止发电机发电，只需断掉风向传感器24上的电极板26的电源。当所有风轮叶片全部关闭至轮盘上时，风再大也不会转动，想要开动发电机只需给电极板26接通电源即可，发电机开始转动发电。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明还提供了一种风力发电机，风力发电机包括前述实施例的风力发电机风轮，所述风力发电机还包括设置在风轮下方的发电机组件16，发电机组件16与中心转轴12转动连接。以便将风轮产生的机械功转化成电能发电。

本发明实施例的风力发电机的工作原理是：

风向传感器控制电极板26总是朝向迎风方向，由于每个电磁泵的铜触点27定时与电极板26接触，来控制每个电磁泵给电接通，在电磁泵给电接通电路时，伸缩轴拉动播杆20控制风轮叶片打开状态，使得风轮叶片处于迎风状态，给予轮盘转动的动力，随着中心转轴的转动，电磁泵的铜触点与电极板分开，导致电磁泵断电，伸缩轴收缩带动播杆20拉动风轮叶片关闭，此时，风轮叶片处于非迎风状态，若处于打开状态时则会具有一定的阻力，因此，在电磁泵控制下关闭风轮叶片，由于风轮叶片上的搭帘和通孔形成的凹槽结构，风吹在凹槽内使叶片产生的动力更强大，从而增强发电机的功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。