[发明专利]垂直轴风力发电机机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机机组，尤其涉及一种升、阻力结合型的垂直轴风力发电机机组。

背景技术

目前的风力发电机主要分为两种，一种为水平轴风力发电机，另一种为垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机需要设置偏航系统，工作过程中应力无法分散，抗风能力差，且轴承使用数量较多，致使结构复杂，造价高且易出现故障，另外，水平轴风力发电机在风速较小时难以启动，大多数时间处于静止状态，风能利用率很低。垂直轴风力发电机分为阻力型和升力型两种，阻力型风机的优点是启动转矩较大，启动性能良好，但是它的转速较低，风能的利用率甚至还低于水平轴风力发电机；升力型风机转速较高，旋转惯性大，结构相对简单，成本较低，但此结构在垂直轴风力发电机开始运行时启动比较困难，尤其是在风速较小的情况下运转性能差。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种垂直轴风力发电机机组，其将升力型叶片和阻力型叶片集成于一体，具有较高的风能利用率。

本发明采用的技术方案为：一种垂直轴风力发电机机组，包括垂直定轴、若干个主风叶和发电机，所述发电机为外转子发电机，所述垂直定轴的下部作为所述发电机的定子轴，所述垂直定轴的上部设有轴套，所述主风叶弯成圆弧形，其上、下端的用于连接的连接段与水平面平行，所述主风叶的上连接段与所述轴套的顶端固定连接，下连接段和轴套的底端与所述发电机的转子连接。

所述主风叶的主体部分的横截面优选呈流线型的对称翼型，其中一端为圆端，另一端为尖端。

进一步地，若干个所述主风叶的尖部沿顺时针或逆时针朝向同一旋转圆周的切线方向。

所述主风叶的连接段的厚度优选小于所述主风叶的主体部分的厚度，进一步地，所述主风叶的连接段的上下表面平行，其横截面的一端为圆端，另一端为尖端。

所述主风叶可以呈中空状，其内部空腔的内壁之间可以设有加强筋。

优选地，所述垂直定轴与轴套之间通过相配合的轴承和轴承座转动连接，所述轴承座安装在所述轴套的内部，其与所述轴套的内壁之间设有橡胶圈，所述轴承固定安装在所述垂直定轴的顶端，所述垂直定轴的顶端与所述轴套的顶端之间留有间距。

所述垂直定轴的顶端与所述轴套的顶端之间的间距优选小于所述轴套的长度的一半。

所述发电机可以包括上、下电机盖和位于二者之间的定子绕组，所述上、下电机盖的内侧均设有永磁体，所述主风叶的下连接段与所述下电机盖固定连接，所述轴套的底端与所述上电机盖固定连接。

优选地，所述轴套的中部设有辅助风叶，所述辅助风叶可以包括上下两层萨渥纽斯阻力型叶片，上下两层所述萨渥纽斯阻力型叶片固定连接且沿旋转圆周方向呈90°交叉设置。

本发明的有益效果：主风叶弯成圆弧形且其上、下端的连接段与水平面平行，使主风叶在旋转的过程中，其连接段处不会产生向上的升力，有效地避免了当主风叶旋转速度过大时，其连接段从与其连接的连接件（这里指轴套）上脱落造成风机损坏的情况发生。

所述主风叶的独特形状设计以及各主风叶的尖部朝向同一旋转圆周的切线方向，一方面可以保证在风力的作用下，各主风叶无论处在旋转圆周的什么位置，它们各自受到的升力作用均驱使它们朝向同一旋转圆周方向旋转，不会出现两个主风叶的旋转趋势方向相反的情况发生，另一方面可以使主风叶只承受张力，不受离心力载荷，避免离心力引起叶片变形的情况发生。

主风叶的连接段的厚度小于主体部分的厚度，且连接段的上下表面平行，使得当有风吹过时，连接段的上下方气流速度相同，上下方气体压强相同，进一步地保证了主风叶在旋转过程中，其连接段不会受到向上的升力作用，另外，连接段的各处厚度均匀也便于装配连接。

主风叶呈中空状，一方面可以减轻风机机组的重量，便于启动，另一方面在强风作用下，主风叶的旋转速度较大时，主风叶可以产生微小形变，有助于分散应力，避免主风叶折断或损坏。加强筋的设置有助于提高主风叶的抗外力强度。

垂直定轴的顶端与轴套的顶端之间的间距小于轴套的一半，结合轴承座与轴套的内壁之间设有橡胶圈的技术特征，在保证了垂直定轴对于轴套和主风叶的支撑作用的前提下，使得在主风叶的旋转过程中，允许轴套的上端产生适度的摆动，有利于风机机组工作过程中，集中在轴套和/或垂直定轴上的应力分散，从而对风机机组起到保护作用，防止风机机组由于长时间工作造成轴套和/或垂直定轴弯曲或折断，解决了现有技术下与垂直定轴、轴承等之间刚性连接易带来损坏的问题。