CN104747380A - 一种垂直轴风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发电设备，具体涉及一种垂直轴风力发电机，包括风轮与发电机，所述发电机包括内转子与外转子，所述风轮包括第一风轮与第二风轮，所述第一风轮带动发电机内转子转动，所述第二风轮带动发电机外转子转动，所述第一风轮与所述第二风轮转向相反。本发明所述垂直轴风力发电机，可以克服现有技术中启动风速高、适用范围小、可靠性低、经济效益差与使用寿命短等缺陷，以实现启动风速低、适用范围广、可靠性高、经济效益好与使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电设备，具体涉及一种垂直轴风力发电机。
背景技术
众所周知，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。根据风力强度分为0-2级称为轻微风，相应风速是：微风为0.55-1.67m/s。
风力发电，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电；依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类： 水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。
上述风力发电机有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。另外，垂直轴风力发电机的启动风速高，一般需风速至少为3.5m/s的3级风和缓风才能启动。现有技术中存在启动风速高、应用范围小、可靠性低、经济效益差与使用寿命短等缺陷。
发明内容
为解决现有技术中存在的垂直轴风力发电机启动风速高、应用范围小、可靠性低、经济效益差与使用寿命短等问题，本发明提供了一种启动风速低、适用范围广、可靠性高、经济效益好与使用寿命长的垂直轴风力发电机。
本发明的技术效果通过以下技术方案实现：
一种垂直轴风力发电机，包括风轮与发电机，所述发电机包括内转子与外转子，所述风轮包括第一风轮与第二风轮，所述第一风轮带动发电机内转子转动，所述第二风轮带动发电机外转子转动，所述第一风轮与所述第二风轮转向相反。
其中，所述风轮为筒式风轮。
其中，述风轮为3C状筒式风轮。
其中，所述发电机为外转子与内转子可双向转动的直驱式发电机。
其中，还包括叶片，所述叶片固定在第二风轮上。
其中，所述叶片为陀螺形叶片。
其中，还包括轴承座，所述轴承座设置在风力发电机底端。
其中，所述轴承座为磁悬浮轴承座，包括轴向与径向叠加的永磁轴承、防护轴承、壳体与端盖，所述端盖设置在壳体两端，所述永磁轴承设置在壳体内，所述防护轴承设置在端盖内。
其中，还包括叶片定位装置，所述叶片定位装置用于将叶片在垂直轴轴向上定位固定。
其中，还包括第一风轮锁紧螺母、第一风轮第一压紧套、叶片定位旋转轴承、叶片旋转轴承外圈定位盖、陀螺形叶片三爪式轴承盘、陀螺形叶片紧固螺母、第一风轮第二压紧套、第二风轮定位轴承，依次套接在主轴上的第一风轮锁紧螺母、第一风轮第一压紧套、叶片定位旋转轴承、叶片旋转轴承外圈定位盖、陀螺形叶片三爪式轴承盘、陀螺形叶片紧固螺母、第一风轮第二压紧套、第一风轮、陀螺形叶片、第二风轮、第二风轮定位轴承共同构成可以双向旋转的风轮系统。
具体的，所述陀螺形叶片横截面为流线形；3C形第一风轮与内转子轴套设紧硝，带动直驱电机内转子永磁盘顺时针旋转；陀螺形叶片上端与呈120弧度的三爪式轴承盘紧固，陀螺形叶片下端与3C形第二风轮底端连接、3C形第二风轮的上端与直驱电机外转子紧固，带动直驱电机外转子绕组逆时针旋转。直驱电机内转子套设在第一风轮与第二风轮之间，内转子永磁盘与内转轴锁定；外转子上下绕组与3C形第二风轮紧固，由3C形第一风轮带动直驱电机内转子永磁盘顺时针旋转；陀螺形叶片和3C形第二风轮带动直驱电机外转子绕组逆时针旋转。磁悬浮轴承座由轴向和径向叠加的永磁轴承及防护轴承、壳体端盖、紧锁螺母等组成。磁悬浮垂直轴双向3C筒式风轮结构的低风速风力发电机在所述垂直主轴上依次配合套设避雷针、第一风轮锁紧螺母、第一风轮第一压紧套、叶片定位旋转轴承、叶片旋转轴承外圈定位盖、陀螺形叶片三爪式轴承盘、陀螺形叶片紧固螺母、第一风轮第二压紧套、3C形第一风轮、直驱式发电机内转子、直驱永磁发电机、直驱式发电机外转子、陀螺形叶片、磁悬浮轴承、3C形第二风轮、第二风轮定位轴承。
所述“C”状筒式第一风轮组件，包括采用至少三片半圆形金属片制成的“3C”型第一风轮；配合安装在直驱发电机下面的“3C”型第二风轮组件，包括采用至少三片半圆形金属片制成的“C”型第二风轮。
本发明的有益效果是：
本发明所述磁悬浮垂直轴双向3C筒式风轮结构的低风速风力发电装置，可以克服现有技术中启动风速高、适用范围小、可靠性低、经济效益差与使用寿命短等缺陷，以实现启动风速低、适用范围广、可靠性高、经济效益好与使用寿命长的优点。
附图说明
图1是本发明公开的垂直轴风力发电机结构示意图；
图2是本发明公开的垂直轴风力发电机的发电机结构示意图；
图3为本发明公开的垂直轴风力发电机磁悬浮轴承座结构示意图；
图4为本发明公开的垂直轴风力发电机三爪式轴承盘结构示意图；
图5为本发明公开的垂直轴风力发电机陀螺形叶片结构示意图；
图6为本发明公开的垂直轴风力发电机3C形第一风轮、3C形第二风轮横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明技术方案。
如图1所示，一种垂直轴低风速风力发电机，包括：陀螺形叶片13和双向3C筒式风轮9、15；可双向转动的直驱式电机11；轴向和径向叠加的永磁轴承及机械轴承混合的磁悬浮轴承座14三部分。
具体的，垂直轴低风速风力发电机在所述垂直主轴上依次配合套设避雷针1、第一风轮锁紧螺母2、第一风轮第一压紧套3、叶片定位旋转轴承4、叶片旋转轴承外圈定位盖5、陀螺形叶片三爪式轴承盘6、陀螺形叶片紧固螺母7、第一风轮第二压紧套8、3C形第一风轮9、直驱式发电机内转子10、直驱永磁发电机11、直驱式发电机外转子12、陀螺形叶片13、磁悬浮轴承14、3C形第二风轮15、第二风轮定位轴承16。
所述陀螺形叶片13横截面为流线形（如图4所示），并与双向3C筒式风轮9/15构成整个发电机风轮；3C形第一风轮9与内转子轴10套设紧硝，带动直驱电机内转子永磁盘20顺时针旋转；陀螺形叶片13上端与呈120弧度的三爪式轴承盘6在陀螺形叶片固定部7紧固，陀螺形叶片13下端与3C形第二风轮15底端连接、3C形第二风轮15的上端与直驱电机11外转子12紧固，带动直驱电机11外转子绕组18逆时针旋转。具体的，所述三爪式轴承盘6设置在垂直轴上，同时，还设置有叶片定位旋转轴承4及外圈定位盖5。所述陀螺形叶片13由3根组成，叶片横截面为流线形，陀螺形叶片13三爪式轴承盘6套接在所述垂直轴上，流线形陀螺形叶片13顶端与叶片三爪法兰盘6配合连接；流线形陀螺形叶片13底端与套接在所述主轴上的3C形第二风轮15紧固，3C形第二风轮15顶部与直驱发电机外转子12紧固，连同流线形陀螺形叶片13带动直驱发电机外转子12旋转； 3C形第一风轮9与内转子轴11套接硝紧，第一风轮9带动发电机11内转子旋转。
如图2所示，发电机包括外转子12和内转子，所述外转子包括外转子上下绕组18与外转子壳体19，内转子包括内转子轴10与内转子永磁盘20；直驱电机11内转子套设在第一、第二风轮9/15之间，内转子永磁盘20与内转轴10锁定；外转子上下绕组18与3C形第二风轮15紧固，由3C形第一风轮9带动直驱电机11内转子永磁盘20顺时针旋转；陀螺形叶片13和3C形第二风轮15带动直驱电机11外转子绕组18逆时针旋转。
如图3所示，所述磁悬浮轴承座14采用一种轴向和径向叠加的永磁轴承和机械轴承混合的发电机支承的结构形式。包括壳体上端盖22、第一防护轴承23、径向磁悬浮轴承内磁圈24、径向磁悬浮轴承外磁圈25、风力发电机外转子壳体26、轴向磁悬浮轴承27、径向磁悬浮轴承内磁圈28、径向磁悬浮轴承外磁圈29、第二防护轴承30、外转子壳体下端盖31、锁紧螺母21。
具体的，套接在垂直轴主轴上的第一风轮锁紧螺母2、第一风轮第一压紧套3、叶片定位旋转轴承4、叶片旋转轴承外圈定位盖5、陀螺形叶片三爪式轴承盘6、陀螺形叶片紧固螺母7、第一风轮第二压紧套8、3C形第一风轮9、9陀螺形叶片13、3C形第二风轮15、第二风轮定位轴承16共同构成可以双向旋转的风轮系统。
所述“C”型第一风轮组件，包括采用至少三片半圆形金属片制成的“3C”型第一风轮；配合安装在直驱发电机下面的“C”型第二风轮组件，包括采用至少三片半圆形金属片制成的“C”型第二风轮。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。
Claims (10)
1.一种垂直轴风力发电机，包括风轮与发电机，其特征在于：所述发电机包括内转子与外转子，所述风轮包括第一风轮与第二风轮，所述第一风轮带动发电机内转子转动，所述第二风轮带动发电机外转子转动，所述第一风轮与所述第二风轮转向相反。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮为筒式风轮。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：述风轮为3C状筒式风轮。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述发电机为外转子与内转子可双向转动的直驱式发电机。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括叶片，所述叶片固定在第二风轮上。
6.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述叶片为陀螺形叶片。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括轴承座，所述轴承座设置在风力发电机底端。
8.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述轴承座为磁悬浮轴承座，包括轴向与径向叠加的永磁轴承、防护轴承、壳体与端盖，所述端盖设置在壳体两端，所述永磁轴承设置在壳体内，所述防护轴承设置在端盖内。
9.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括叶片定位装置，所述叶片定位装置用于将叶片在垂直轴轴向上定位固定。
10.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括第一风轮锁紧螺母、第一风轮第一压紧套、叶片定位旋转轴承、叶片旋转轴承外圈定位盖、陀螺形叶片三爪式轴承盘、陀螺形叶片紧固螺母、第一风轮第二压紧套、第二风轮定位轴承，依次套接在主轴上的第一风轮锁紧螺母、第一风轮第一压紧套、叶片定位旋转轴承、叶片旋转轴承外圈定位盖、陀螺形叶片三爪式轴承盘、陀螺形叶片紧固螺母、第一风轮第二压紧套、第一风轮、陀螺形叶片、第二风轮、第二风轮定位轴承共同构成可以双向旋转的风轮系统。
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