[实用新型]垂直轴风车主轴组合结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及垂直轴风车，具体属于一种垂直轴发电用风车降低共振幅度的主轴组合结构。

背景技术

现有的风车发电是以水平轴风车为主要发展方向，所谓水平轴风车泛指风车转子的转轴与风向水平，为了使水平轴风车发挥最大的效率，必须使叶片正面迎向风向，因此大部分水平轴风车会随风向变化而调整叶片转轴的方向，比较适合装设于风向稳定的场所，例如空旷的内陆、无遮拦的高空或海上等。对于一般性的居住地区或山区等，因为频繁的不定向地形风或乱流风形成，水平轴风车无法发挥效率。

与水平轴风车相比，垂直轴风车则是指风车转子的转轴与风向垂直。垂直轴风车的叶片无需随风向变化而调整转轴，具有不受风向影响的优点，适合于一般居住地区或山区。典型的垂直轴风车包括阻力型的沙伏尼氏(Savonius)风车，以及扬力型的达利氏叶片(Darrieus)风车。

如图1所示，惯用的垂直轴复合型风车10采用单一主轴设计。由于主轴11的长度很长，而支撑它旋转的轴承12、13的位置都集中在下方支座外壳14的部分，因此当固定在主轴11上的达利氏叶片15及沙伏尼氏叶片16被风带动与主轴11一起旋转时，主轴11仅在下方设有轴承处受到支撑，其未受支撑的距离过长形成悬臂效应，因此主轴11容易产生摇摆、震动或弯曲、金属疲劳等问题。

惯用的垂直轴复合型风车10在设计主轴时，若考虑主轴11必须受旋转功能、偏心震动、风力忽大忽小的震荡、风车的重量及叶片快速旋转的离心力等各项作用力时，则主轴11需要采用较坚固耐用的材料，然而如此一来会使主轴重量过重而不易转动；若考虑使主轴11容易转动，则主轴11需采用重量较轻的材料，然而却造成主轴强度不够。

为了解决惯用垂直轴复合型风车10主轴坚固耐用与易转动难以两全的问题，本申请人于2006年11月23日提出了一种垂直轴风车，申请号为200620160785.X。如图2所示，所述垂直轴复合型风车20的主轴由内轴21与外转轴22构成，内轴21置于外转轴22内，在内轴21和外转轴22之间设有三个滚珠轴承23、24和25，所述滚珠轴承23设于外转轴22的顶部，滚珠轴承24、25分别设于外转轴22的底部及底部附近。通过这种内轴21和外转轴22的设计，使内轴21可采用较重且刚性的材料，外转轴22则可采用较轻且易转动的材料，可以基本解决前述垂直轴复合型风车10的缺失，然而改进后的垂直轴风车主轴仍然较重，且转动时仍存在共振问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种垂直轴风车主轴组合结构，能够减轻整体重量，降低风车的共振幅度。

为解决上述技术问题，本实用新型的垂直轴风车主轴组合结构，所述垂直轴风车包括多片风车叶片、一根内轴、一根外转轴和一台发电机，所述内轴垂直地固定设置，外转轴同心地套设在内轴的外周并可相对内轴转动，且多片叶片固定安装在外转轴上，发电机设于内轴与外转轴之间，所述外转轴分段为一上轴和一下轴，内轴置于下轴内，内轴与外转轴之间设有多个轴承，轴承分布于下轴的底部附近及内轴的顶端附近，上轴长度与外转轴长度的配比范围为35％～65％。

值得一提的是，位于内轴顶部的轴承的位置与风车振动程度密切相关。由于轴承位于内轴的顶端，上轴的受力类似于悬臂梁，上轴的长度越长则其挠度越大，使得上轴的刚性越弱，而上轴的长度越短则越能减少其振动位移。然而，上轴的长度越短，下轴相对的长度就越长，与此相对应内轴的长度也越长，则无法达到节省材料并减轻重量的目的，而且内轴受力也类似于在多个轴承处受力的悬壁梁，内轴长度越长挠度越大，造成刚性越弱，内轴长度越短越能减少其振动位移，于是本实用新型将垂直轴风车的上轴长度与外转轴长度的配比确定在35％～65％内。在这个区间范围内，分布于内轴顶端的轴承可以发挥最佳的支撑作用，同时有效地支撑内轴与上轴，能够使风车整体的振动位移最小，从而有效地降低风车的共振幅度。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是惯用单一主轴的垂直轴复合型风车的纵剖面图；

图2是惯用具有内轴与外转轴的垂直轴复合型风车的纵剖面图；

图3是本实用新型一实施例的立体外观图；

图4是图3的纵剖面图；

图5是本实用新型的又一实施例的纵剖面图。

其中附图标记说明如下：

10垂直轴复合型风车

11主轴            12轴承          13轴承

14支座外壳        15达利氏叶片    16沙伏尼氏叶片