一种垂直轴风力发电装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种垂直轴风力发电装置，包括支撑箱体、发电机、变速齿轮、支撑轴以及叶片组；叶片组包括沿上下方向设置的至少两组叶片单件，所述叶片单件包括至少三片叶片；所述叶片包括刀形结构的本体，所述本体包括朝向叶片旋转方向设置的刀锋部位、设有开口的迎风面以及位于所述本体的内部且与所述开口连通的腔体；所述叶片组旋转时，任何时刻至少一片叶片的迎风面上的开口朝向来风方向。整体结构精简；叶片组旋转时，任何时刻确保至少一片叶片的迎风面上的开口正对来风方向，实现风力的最大化利用；叶片采用开口、刀锋部位以及腔体的组合设计，使得叶片具有集风作用的同时，又有利于减小叶片转动时所受的阻力，提高发电效率。
【专利说明】
一种垂直轴风力发电装置
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种垂直轴风力发电装置。
【背景技术】
[0002]风为一种潜力很大的新能源。为了更好地利用风力资源，研究者对风力发电装置的研究比较深入。
[0003]根据风力发电机旋转轴在空间方位的位置关系，划分为以下两种:
[0004](I)水平方向的水平轴风力发电机，此种发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。
[0005](2)垂直方向的垂直轴风力发电机，此种发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。但现有技术中也有一些垂直轴风力发电机，详情如下:
[0006]申请号为201210275910.1的专利申请公开了一种新型垂直轴风力发电装置，由渐收渐扩型风道、风道框架、风力发电机和运行轨道组成，风道中部设有活动分流导流窗口。
[0007]申请号为200910011227.5的专利申请公开了一种风力发电机，它由罩顶和六片罩体构成，其中两片罩体为一对，每对罩体安装在一个连接支架上，连接支架与连接轴杆连接，每个连接支架通过一个装配支架与轮毂连接。采用本发明的整流罩，使罩体设计为可开启式，方便罩体的安装和对轮毂及其零件的维护，操作方便，节约风力发电的安装及维修成本。
[0008]现有技术中垂直轴风力发电机存在叶片背风时所受阻力大或使用寿命短或发电效率不高的缺陷，无法完全满足现实复杂条件的需求。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于提供一种结构精简、适用性强且发电效率高的垂直轴风力发电装置，具体技术方案如下:
[0010]—种垂直轴风力发电装置，包括安装于地面或其他建筑物上的支撑箱体、设于所述支撑箱体内部的发电机、沿竖直方向设置且其下端通过变速齿轮与所述发电机的主轴连接的支撑轴以及设置在所述支撑轴上的叶片组；
[0011]所述叶片组包括沿上下方向设置的至少两组叶片单件，所述叶片单件包括至少三片叶片，所述叶片通过连接杆设置在所述支撑轴上；
[0012]所述叶片包括刀形结构的本体，所述本体包括朝向叶片旋转方向设置的刀锋部位、设有开口的迎风面以及位于所述本体的内部且与所述开口连通的腔体；
[0013]所述叶片组旋转时，任何时刻至少一片叶片的迎风面上的开口朝向来风方向。
[0014]以上技术方案中优选的，由叶片连接所述连接杆的一端至其自由端方向，所述迎风面的尺寸以及所述开口的尺寸均逐渐递增。
[0015]以上技术方案中优选的，所述叶片组包括沿竖直方向设置的三组叶片单件。
[0016]以上技术方案中优选的，所述叶片单件包括同一水平面上均布的三片叶片。
[0017]以上技术方案中优选的，所述连接杆为实心的三角锥体、三棱柱体以及刀形结构，所述连接杆位于叶片旋转方向一侧在竖直面上的截面尺寸小于迎风一侧在竖直面上的截面尺寸。
[0018]为了达到更好的技术效果，还包括隔离层，所述隔离层设置在所述腔体的内部，将所述腔体分为减轻整个叶片重量的第一空腔以及与所述开口连通的第二空腔，所述第二空腔的体积为所述腔体的体积的五分之一至三分之一。
[0019]以上技术方案中优选的，所述变速齿轮设于所述支撑箱体的内部。
[0020]为了达到更好的技术效果，还包括用于对所述支撑轴起支撑和限位作用的支撑限位架，所述支撑限位架的下端设置在所述支撑箱体上。
[0021]以上技术方案中优选的，所述支撑限位架与所述支撑轴相接触的部位位于所述支撑轴上三分之一至三分之二部位。
[0022]应用本发明的技术方案，具有以下有益效果:
[0023](I)本发明的垂直轴风力发电装置包括支撑箱体、发电机、变速齿轮支撑轴以及叶片组;叶片组包括沿上下方向设置的至少两组叶片单件，所述叶片单件包括至少三片叶片；所述叶片包括刀形结构的本体，所述本体包括朝向叶片旋转方向设置的刀锋部位、设有开口的迎风面以及位于所述本体的内部且与所述开口连通的腔体;所述叶片组旋转时，任何时刻至少一片叶片的迎风面上的开口朝向来风方向。整体结构精简；叶片组通过竖直设置的支撑轴将动力传给发电机，最大化利用风力，且支撑轴和发电机的主轴之间连接变速齿轮，可将支撑轴传递过来的风力进行适当调整，满足不同的需求;叶片单件沿竖直方向分布多组，且叶片组旋转时任何时刻至少一片叶片的迎风面上的开口朝向来风方向(叶片的设置方式可以是:相邻两层的所述叶片单件中的叶片错位设置，即位于上层的所述叶片单件中的叶片与位于下层所述叶片单件中的叶片错位设置;若叶片单件为多组，可以采用多组之间均相互错位设置的方式)，确保叶片组旋转时任何时刻至少一片叶片的迎风面上的开口正对来风方向，实现风力的最大化利用；所述叶片为刀形结构，且包括刀锋部位、设有开口的迎风面以及腔体，采用开口、刀锋部位以及腔体的组合设计，使得叶片具有集风作用的同时，又有利于减少叶片转动时所受的阻力(刀锋部位朝向叶片的旋转方向，其接触面积小，减小叶片旋转过程中所受的阻力，特别是在较高转速下，减小阻力效果更为明显)，提高发电效率。
[0024](2)本发明中由叶片连接所述连接杆的一端至其自由端方向，所述迎风面的尺寸以及所述开口的尺寸均逐渐递增。由叶片的连接端至其自由端方向，迎风面和开口均采用由窄变宽的设计，有效增强叶片组旋转过程中的离心力以及增加叶片组带动支撑轴的旋转扭力，从而提尚叶片组的转速，进一步提尚发电效率。
[0025](3)本发明所述叶片组包括沿竖直方向设置的三组叶片单件，所述叶片单件包括同一水平面上均布的三片叶片，满足现实发电的需求。
[0026](4)本发明中所述连接杆为实心的三角锥体、三棱柱体以及刀形结构，所述连接杆位于叶片旋转方向一侧在竖直面上的截面尺寸小于迎风一侧在竖直面上的截面尺寸。连接杆的结构设计多样化，满足不同的需求;连接杆采用实心设计，增强整个发电装置的稳定性，延长其使用寿命;连接杆的截面尺寸设计，尽可能减少叶片组旋转过程中连接杆的阻力，提尚叶片的转速，进一步提尚发电效率。
[0027](5)本发明中还包括隔离层，所述隔离层设置在所述腔体的内部，将所述腔体分为第一空腔和第二空腔。第一空腔采用密封且狭窄的设计，主要是为了减轻整个叶片重量，从而达到提高叶片的转速以及延长发电装置寿命的目的；第二空腔与开口相通的设计，目的是确保叶片具有一定集中风力的能力，提高发电效率;隔离层的设计，使得来风接触隔离层的壁面后推动叶片旋转(风对隔离层的壁面产生的推动力与叶片旋转的方向一致)，提高叶片的转速，且隔离层的设计使得第二空腔的体积仅占腔体总体积的五分之一至三分之一，使得集风过程中风力的压缩过程被大大缩短，从而增加风力对叶片的推动力，进一步提高发电效率。
[0028](6)本发明中所述发电机和所述变速齿轮均设于所述支撑箱体的内部，延长其使用寿命。
[0029](7)本发明中还包括支撑限位架，用于对所述支撑轴起支撑和限位作用(限位的目的是尽可能减小支撑轴在叶片组转动过程中的晃动幅度)，确保整个发电装置的稳定性;所述支撑限位架与所述支撑轴相接触的部位位于所述支撑轴的三分之一至三分之二部位，对支撑轴的支撑和限位效果最佳。
[0030]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0031]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0032]图1是本发明优选实施例1的垂直轴风力发电装置的结构示意图；
[0033]图2是图1中叶片和连接杆的连接结构示意图；
[0034]其中，1、支撑箱体，2、发电机，3、变速齿轮，4、支撑轴，5、叶片组，51、叶片单件，511、叶片，A、本体，Al、刀锋部位，A2、迎风面，A21、开口，52、连接杆，6、隔离层，7、支撑限位架。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0036]实施例1:
[0037]—种垂直轴风力发电装置，详见图1-图2，包括安装于地面或其他建筑物上的支撑箱体1、发电机2、沿竖直方向设置且其下端通过变速齿轮3与所述发电机2的主轴连接的支撑轴4以及设置在所述支撑轴4上的叶片组5，所述发电机2和变速齿轮3均设于所述支撑箱体I的内部。
[0038]所述叶片组5包括沿上下方向设置的三组叶片单件51(叶片单件的数量还可以根据实际需求选用其他数量)，所述叶片单件51包括在同一水平面上均布的三片叶片511，所述叶片511通过连接杆52设置在所述支撑轴4上。所述连接杆52的结构详见图2，具体采用实心的三棱柱体结构(还可以根据实际需求采用三角锥体结构或刀形结构)，满足所述连接杆52位于叶片旋转方向一侧在竖直面上的截面尺寸小于迎风一侧在竖直面上的截面尺寸的要求即可。
[0039]所述叶片511的结构详见图2，具体包括刀形结构的本体A，所述本体A包括朝向叶片旋转方向设置的刀锋部位Al、设有开口 A21的迎风面A2以及位于所述本体A的内部且与所述开口 A21连通的腔体(具体是:本体包括五个面组成的空腔结构，具体包括连接固定在连接杆端部的第一面、相交形成刀锋部位(具体为一根弧线)的第二面和第三面、设有开口的迎风面以及背面(离连接杆最远的一个面)，详见图2，本体还可以采用其他的相似设计)；由叶片511连接所述连接杆52的一端至其自由端方向，所述迎风面A2的尺寸以及所述开口A21的尺寸均逐渐递增;所述腔体的内部设有隔离层6，所述隔离层6将所述腔体分为减轻整个叶片511重量的第一空腔(第一空腔由刀锋部位的内壁、本体的部分内壁以及隔离层的一侧围成)以及与所述开口 A21连通的第二空腔。
[0040]所述叶片组5旋转时，任何时刻至少有一片叶片511的迎风面A2上的开口A21朝向来风方向。
[0041]本发明中还设有用于对所述支撑轴4起支撑和限位作用的支撑限位架7，所述支撑限位架7的下端设置在所述支撑箱体I上;支撑限位架7上设有与所述支撑轴相匹配的轴承，根据实际需求还可以选择其他的连接方式，以能实现对支撑轴起支撑和限位双重作用为准;所述支撑限位架7与所述支撑轴4相接触的部位位于所述支撑轴4的三分之一至三分之二部位(在是支撑轴高度的三分之一至三分之二之间)。
[0042]应用本实施例的垂直轴风力发电装置，效果如下:
[0043]叶片组获取风力后带动支撑轴转动，进而通过变速齿轮将动力传递给发电机主轴，实现风力发电。
[0044]叶片组旋转时，任意时刻至少一片叶片的迎风面上的开口朝向来风方向，最大化利用风力。
[0045]叶片的前端(朝向其旋转的一端)为刀锋状，且其迎风面上设有与内腔相通的开口，使其自身具有集风的功能，提高叶片的转速，进而提高发电效率。
[0046]连接杆的结构设计，在满足发电装置稳定性的前提下，尽可能减小旋转过程中的阻力，提尚叶片的转速，进一步提尚发电效率。
[0047]迎风面和开口的尺寸设计，便于提高叶片组旋转过程中的离心力以及增加叶片组带动支撑轴的旋转扭力，提高叶片组的转速。
[0048]隔离层的设计，将所述腔体分为第一空腔和第二空腔，具有以下几个功能:a、第一空腔采用密封且狭窄的设计，主要是为了减轻整个叶片重量，从而达到提高叶片的转速以及延长发电装置寿命的目的；b、第二空腔与开口相通的设计，目的是确保叶片具有一定集中风力的能力，提高发电效率;C、隔离层的设计使得第二空腔的体积仅占腔体总体积的五分之一至三分之一，使得集风过程中风力的压缩过程被大大缩短，从而增加风力对叶片的推动力，进一步提高发电效率;d、使得来风接触隔离层的壁面后推动叶片旋转，提高叶片的转速。
[0049]支撑限位架的设计，进一步确保发电装置的稳定性。
[0050]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种垂直轴风力发电装置，其特征在于，包括安装于地面或其他建筑物上的支撑箱体(I)、设于所述支撑箱体(I)内部的发电机(2)、沿竖直方向设置且其下端通过变速齿轮(3)与所述发电机(2)的主轴连接的支撑轴(4)以及设置在所述支撑轴(4)上的叶片组(5);所述叶片组(5)包括沿上下方向设置的至少两组叶片单件(51)，所述叶片单件(51)包括至少三片叶片(511)，所述叶片(511)通过连接杆(52)设置在所述支撑轴(4)上； 所述叶片(511)包括刀形结构的本体(A)，所述本体(A)包括朝向叶片旋转方向设置的刀锋部位(Al)、设有开口(A21)的迎风面(A2)以及位于所述本体(A)的内部且与所述开口(A21)连通的腔体； 所述叶片组(5)旋转时，任何时刻至少一片叶片(511)的迎风面(A2)上的开口(A21)朝向来风方向。2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，由叶片(511)连接所述连接杆(52)的一端至其自由端方向，所述迎风面(A2)的尺寸以及所述开口(A21)的尺寸均逐渐递增。3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述叶片组(5)包括沿竖直方向设置的三组叶片单件(51)。4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述叶片单件(51)包括同一水平面上均布的三片叶片(511)。5.根据权利要求1-4任意一项所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述连接杆(52)为实心的三角锥体、三棱柱体以及刀形结构，所述连接杆(52)位于叶片旋转方向一侧在竖直面上的截面尺寸小于迎风一侧在竖直面上的截面尺寸。6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，还包括隔离层(6)，所述隔离层(6)设置在所述腔体的内部，将所述腔体分为减轻整个叶片(511)重量的第一空腔以及与所述开口(A21)连通的第二空腔，所述第二空腔的体积为所述腔体的体积的五分之一至三分之一。7.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述变速齿轮(3)设于所述支撑箱体(I)的内部。8.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，还包括用于对所述支撑轴(4)起支撑和限位作用的支撑限位架(7)，所述支撑限位架(7)的下端设置在所述支撑箱体(I)上。9.根据权利要求8所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述支撑限位架(7)与所述支撑轴(4)相接触的部位位于所述支撑轴(4)上三分之一至三分之二部位。
【文档编号】F03D3/02GK105822505SQ201610341167
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】彭再军
【申请人】彭再军