[发明专利]一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明专利技术属于清洁能源技术领域，一种用于垂直型风力发电机的结构形式。

背景技术

能源，是当前全人类共同面临的一个问题。传统的能源慢慢减少，已经不能满足人们的需求，更严重的是，诸如火力发电、石油、天燃气等，对环境的破坏很大，因此，开发新的清洁能源显得相当急切。其中，风力发电是未来的一种清洁能源，越来越得到人们的重视。

如图1所示，是现有技术的垂直轴风力发电机的基本结构形式，主要包括设置在立柱6上的发电机1、叶轮及其制动系统5。叶轮包括轮毂3和叶片4，轮毂3轴向配合立柱6方向设置，轮毂3的外圆周面通过多根连杆2连接有一圈竖直方向设置的叶片4。叶轮的制动系统5一端与轮毂3相连，另一端连接设置在立柱6底部的制动手柄7。

为了捕获更多的风能，垂直轴风力发电机一般采用在轮毂3上设置多组叶片4来提高效率，但是存在一个问题：由于这些叶片4的转动方向是同向的，使得轮毂3的安装位置产生一个单一方向的扭矩，而且该扭矩是不均衡的。而且，当风速变大时，叶片4的转动速度加快，使得该扭矩越来越大，使得立柱6产生剧烈的振动，影响垂直轴风力发电机运行时的稳定性。另外，立柱6上如果产生过大的振动，会导致整体结构的不安全以及相关设备的损坏。为此，现有技术一般采用加粗立柱6或者通过改变材料或者机械加固的方法，来提高立柱6的强度，增强垂直轴风力发电机的稳定性，减少设备损坏的几率。但是，这样往往会过大地增加成本，不利于生产厂家。同时，由于叶片4的同向转动、轮毂3的单向旋转，会引起叶片4周围产生不对称气流，对叶片4产生侧向推力，使得叶片4的设计迎风面与叶片4的实际受风面产生一定角度，影响叶片4的转动，降低叶片4的转速，使得风力发电机的发电效率下降，甚至使得叶片4转动故障。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机结构。

本发明所采用的技术方案是：

一种扭矩平衡的垂直轴风力发电机，包括立柱、叶轮和发电机，所述叶轮通过轮毂轴向竖直设置在立柱上、轮毂传动发电机主轴，轮毂上通过连杆设置有若干组叶片；所述风力发电机具有多级叶轮，多级叶轮依其转动方向分为正转叶轮和反转叶轮两种；正转叶轮与发电机主轴的转动方相同、其轮毂直接连接发电机主轴，反转叶轮与发电机主轴的转动方相反、其轮毂通过同步反向传动机构连接发电机主轴。

所述正转叶轮和反转叶轮交替布置，从上至下、依次设置在立柱上，相邻的一个正转叶轮和一个反转叶轮成为一级正反转叶轮组。

所述同级的正转叶轮和反转叶轮上的叶片的扭角大小相同、方向相反。

所述同级的正转叶轮和反转叶轮的叶片组数相同、大小一致。

所述同步反向传动机构是一个转换齿轮组，将与发电机主轴转动方向相反的叶轮转动状态的转动方向改变180°后，再传动给发电机主轴。

所述转换齿轮组至少包括两对锥角为90°的锥齿轮组，两对锥齿轮组之间同步传动，两端分别连接反转叶轮的轮毂和发电机主轴。

本发明所产生的有益效果是：

本发明提出的技术方案，能够解决以上背景技术所提出的问题，成对设置正转叶轮和反转叶轮，使得立柱上均匀地产生来自于两个方向、相互抵消的扭矩，使得立柱上的扭矩均衡，使得垂直轴风力发电机运行时稳定性较强、其结构刚度得到保障，减少设备损坏的几率。同时一对均衡的正反转叶轮组周围，不会产生不对称气流，对叶片迎风面不会产生侧向推力，使得风力发电机的发电效率较高，叶片转动顺畅。另外，由于设计有多级叶轮组，能够捕获更多的风能，对风力的利用率大大提高，使得垂直轴风力发电机的发电功率大大增强。本发明结构简单，实用性强，易于大规模使用和推广。

附图说明

图1：现有技术的垂直轴风力发电机的结构示意图。

图2：本发明的垂直轴风力发电机的结构示意图。

图3：本发明的垂直轴风力发电机的工作状态示意图。

图4：本发明的转换转换齿轮组的结构示意图。

图中标号所示：1–发电机，2–连杆，3–轮毂，3-1 –正转叶轮的轮毂，3-2 – 反转叶轮的轮毂，4–叶片，5–制动系统，6–立柱，7–制动手柄，8–转换齿轮组，8-1 – 同步齿轮组，8-2 – 锥齿轮组，8-3 – 锥齿轮组。

具体实施方式