一种塔式风力发电设备及其发电装置的制作方法

本发明涉及发电设备技术领域，具体涉及一种塔式风力发电设备及其发电装置。

背景技术：

风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。

风力发电设备主要由风轮和发电机组成，其中发电机是风力发电设备的关键部件。为了进一步提高发电效率，世界各国陆续研发出了双转子发电机，由两组转向相反的风轮分别驱动发电机的内转子(相当于传统发电机的转子)和外转子(相当于传统发电机的定子)相对旋转，从而使得二者之间的相对运动产生叠加效果，进而提高了发电效率。

相对而言，风力发电设备产生的电流较小，只有在荒原地区，才能够使用体积庞大的发电机组，这样，由于体积庞大，从而限制了风力发电设备在城市或者乡村中的应用。

有鉴于此，急需对现的风力发电设备进行改进，以提高减小体积，并且发电效率高，能够输出较大的电量，适用于城市或乡村中的应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的风力发电设备体积较大，能源转换发电效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种风力发电装置，包括机架，所述机架由立柱桁架、上层桁架、中层桁架和下层桁架组成，还包括：

多个立式双输出轴风力发电机，沿所述中层桁架的中心均布设置，其壳体固定在所述中层桁架上，与第一转子连接的上输出轴的外端固定设有上齿轮，与第二转子连接的下输出轴的外端固定设有下齿轮；

上层叶轮组件，固定在上转轴上，所述上转轴的下部固定设有上齿盘，所述上齿盘与所述上齿轮啮合；

下层叶轮组件，固定在下转轴上，所述下转轴的上部固定设有下齿盘，所述下齿盘与所述下齿轮啮合；

所述第一转子与所述第二转子同轴座设，所述上层叶轮组件与所述下层叶轮组件转向相反。

在上述装置中，所述中层桁架的中心处固定设置有一个轴座，所述轴座的轴孔由隔板分隔成两端敞口的上腔体和下腔体，所述上转轴的下端转动设置在所述上腔体内，所述下转轴的上端转动设置在所述下腔体内。

在上述装置中，所述上层叶轮组件包括同轴设置的第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮由多根弧形条板围绕所述上转轴组成灯笼状，所述第二叶轮设置在所述第一叶轮所围的空间内。

在上述装置中，所述第二叶轮包括上盖板和下盖板，围绕所述上转轴布置有一螺旋状导风板，所述导风板的上、下两端分别与所述上盖板和下盖板固定，且所述导风板与所述上转轴之间具有间隙。

在上述装置中，还包括转速保护装置，所述转速保护装置包括：

壳体，固定在所述上转轴的上端和下转轴下端对接的中层桁架上，所述壳体的中心具有贯穿的通孔，电磁绕组与所述壳体的顶面内壁固定；

制动盘，通过键销形式套装在所述上转轴上，且可以沿所述上转轴轴向滑动。

在上述装置中，所述轴座的上腔体和下腔体内分别设有轴承。

本发明还提供了一种塔式风力发电设备，包括塔架和设置在所述塔架上的多组风力发电装置，所述风力发电装置为上述的风力发电装置，所述多组风力发电装置自上而下依次布置，所述塔架由所述机架组合形成。

在上述塔式风力发电设备中，所述塔架的上端设有第二风力发电装置，所述第二风力发电装置包括双旋转发电机，所述双旋转发电机为盘式发电机。

在上述塔式风力发电设备中，所述第二风力发电装置的顶端设有避雷针。

与现有技术相比，本发明中，风力发电装置具有多个双旋转风力发电机，通过上齿盘和下齿盘分别驱动发电机的第一转子和第二转子相对转动，体积小、成本低、能源利用率高、发电效率高，发电机稳定系数大，非常适用于城市或乡村中的风力发电应用。

附图说明

图1为本发明中塔式风力发电设备的结构示意图；

图2为本发明中风力发电装置的一种实施例示意图；

图3为本发明中轴座及其安装结构示意图；

图4为本发明中上层叶轮组件的示意图；

图5为本发明中上层叶轮组件的横截面示意图；

图6为图1中的a部放大图；

图7为图6中的b部放大图；

图8为本发明中下层叶轮组件的示意图；

图9为图1中的c部放大图；

图10为本发明中风力发电装置的第二种实施例示意图；

图11为图10中的d部放大图。

具体实施方式

本发明提供了一种塔式风力发电设备及其发电装置，体积小、发电效率高，非常适合城市或乡村中风力发电的应用。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

图1为本发明提供的塔式风力发电设备的一种具体实施例示意图。

在该具体实施例中，塔式风力发电设备包括塔架100和设置在塔架100上的多组风力发电装置，多组风力发电装置自上而下依次布置，且风力发电装置中的发电机全部并联连或串联接至发电系统的电源管理系统上，对全部发电机进行电源输出管理和调配。

其中，每组风力发电装置均采用的是第一转子与第二转子相对转动的双旋转发电机，第一转子与第二转子分别由风力发电装置中转向相反的两个叶轮驱动。

每组风力发电装置可以采用同一种结构形式，也可以采用不同的结构形式、造型。例如：图1所示的塔式风力发电设备中，最上层采用的是盘式双旋转发电机，也可以是圆桶型。，其余采用的是立式双输出轴双旋转发电机。

以下结合具体实施例详细介绍几种典型的风力发电装置的具体结构。

如图2所示，风力发电装置包括机架10和设置在机架10上的上层叶轮组件20、下层叶轮30组件和多个发电机40。

机架10为桁架式结构，由立柱桁架11、上层桁架12、中层桁架13和下层桁架14组成。中层桁架13的中心处固定设置有一个轴座15。

图3所示，轴座15的轴孔由隔板16分隔成上腔体17和下腔体18，隔板16的中心具有轴孔19，上腔体17的上端敞口，下腔体18的下端敞口，上腔体17和下腔体18内分别安装有轴承。轴座15的外圆周面上设有环形凸台，环形凸台上设有多个安装孔，轴座15通过安装孔固定在中层桁架13上。

如图4、图5、图6、图7所示，上层叶轮组件20包括同轴设置的第一叶轮21和第二叶轮22，第一叶轮21由多根弧形条板围绕中心的上转轴25组成灯笼状，第二叶轮22设置在第一叶轮21所围成的空间内，第二叶轮22由上下两层组成，也可以是多层，第一叶轮21和第二叶轮22均固定在上转轴25上，上转轴25的下端转动设置在上腔体17中的轴承内。

上述方案中，第一叶轮21也可以由多根垂直条板围绕中心的上转轴25组成圆桶型。

第一叶轮21在转动时具有较大的动能，产生较大的惯性，以保持上层叶轮组件20在风力较小时或没有风的瞬间也能连续转动。

每层第二叶轮22包括上盖板221和下盖板222，围绕上转轴25布置有多片螺旋状导风板224，导风板224的上、下两端分别与上盖板221和下盖板222固定，导风板224与上转轴25之间具有间隙，使得从导风板224的外端进入的气体围绕上转轴25排出，且排出时会继续作用在另一块导风板224的内端，从而更充分地利用风力，如图5所示。图5中，箭头表示风流动方向。

如图8所示，下层叶轮组件30与上层叶轮组件20结构类似，包括第三叶轮31和第四叶轮32，第三叶轮31和第四叶轮32均固定在下转轴35上，下转轴35的上端转动设置在下腔体18中的轴承内。

通过轴座15能够有效地保证上转轴25与下转轴35的同轴度。

发电机40采用的是立式双输出轴双旋转发电机，其上输出轴与第一转子连接，上输出轴的端部设有上齿轮41，下输出轴与第二转子连接，下输出轴的端部设有下齿轮42，发电机壳体固定在中层桁架13上。

第一转子与第二转子内外同轴环套设置，例如：第二转子套设在第一转子外侧，或者第二转子套设在第一转子的内侧，二者互为内、外转子。

上转轴25的下部固定有上齿盘26，上齿盘26与上齿轮41啮合，这样，上层叶轮组件20在风力的作用下转动时，带动上转轴25转动，进而带动上齿盘26转动，从而驱动上齿轮41转动，最终驱动发电机的第一转子转动。

下转轴35的上部固定有下齿盘36，下齿盘36与下齿轮42啮合，这样，下层叶轮组件30在风力的作用下转动时，带动下转轴35转动，进而带动下齿盘36转动，从而驱动下齿轮42转动，最终驱动发电机的第二转子转动。

通过对叶轮的设置，使上层叶轮组件20与下层叶轮组件30的转动方向相反，这样，发电机的第一转子和第二转子的转动方向相反而产生相对转动，因此，二者之间的相对转速相当于第一转子与第二转子的转速叠加，因而提高了发电机的发电效率。

采用多组以上风力发电装置依次自上而下布置，就组成了如图1所示的塔式风力发电设备。

每个发电机的电源接线可以设置在上转轴或下转轴的轴孔内，近而连接到电源管理系统上。

本发明方案中，还具有转速保护装置60，用于控制上层叶轮组件20和下层叶轮组件30的转速不超过设定值，以免发生危险。

如图9所示，转速保护装置60包括：壳体61、制动盘63和电磁绕组62。

壳体61固定在上转轴25上端和下转轴35下端对接的中层桁架上，壳体61的中心具有贯穿的通孔，电磁绕组62与壳体61的内壁顶面固定，制动盘63通过键销形式套装在上转轴25上，可以沿上转轴25轴向滑动。制动盘63相当于铁芯，当上转轴25转速较低时，电磁绕组62产生的磁力较小，制动盘63位于下方；随着上转轴25转速的增加，电磁绕组62产生的磁力增加，吸引制动盘63向上移动；当上转轴25的转速超过设定值时，电磁绕组62产生的磁力会将制动盘63吸至与电磁绕组62接触，在摩擦力的作用下使制动盘63速度降低，使上转轴25的转速下降，以保证安全。

本发明方案中，机架10的顶端设置有第二风力发电装置，第二风力发电装置为盘式双旋转发电机，也可以是圆桶柱式发电机。

盘式双旋转发电机包括外壳71和内置与外壳71中的盘式转子72，外壳71的上、下内壁上分别设有绕组73，与盘式转子72的上下表面相对，转轴74的中部设有第一环形法兰75，盘式转子72的轴孔内壁上设有第二环形法兰76，第一环形法兰75与第二环形法兰76通过螺钉77固定。

第二风力发电装置也具有两组叶轮，分别为第五叶轮81和第六叶轮82，第五叶轮81中心处的套管通过螺钉83与转轴74固定，第六叶轮82通过螺钉84与外壳71固定。

第五叶轮81和第六叶轮82的转动方向相反，从而使得盘式转子72与绕组73产生相对转动，提高了发电效率。

本发明具有以下优点：

(1)采用双旋转风力发电机，发电效率高；

(2)塔式风力发电设备可以布置多组风力发电装置，多台发电机共同工作，能够收集更多有能量。

(3)体积小，适用于城市及或乡村中应用。

(4)具有安全防护装置，能避免叶轮转动过快而带来的安全隐患。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。