[实用新型]垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机，特别是一种结构简单可靠、成本低、效率高的垂直轴风力发电机，属于风力发电领域。

背景技术

风能作为一种自然资源，和煤炭、石油一样可以利用，且具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优点，所以被人们称为“绿色资源”受到青睐。我国电能短缺情况非常严峻，而且势必日甚一日，虽然煤炭储量丰富，但长期大量开采，终究会被采掘殆尽。而我国风能资源非常丰富，发展风电是理想的选择，且具有显著的环保效益，用风电代替煤电是减少CO₂、SO₂等有害气体排放，实现“低碳经济”的有效措施之一。

风力发电机是利用风能发电的主要设备，它可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。水平轴风力发电机的风轮围绕着一个水平轴旋转，工作时风轮的旋转与风向垂直。垂直轴风力发电机的风轮围绕着一个垂直轴旋转，其主要优点是无需对风、结构简单以及维修方便。

根据叶素理论计算垂直轴风轮的风能利用率，得出了利用率不如水平轴的结论，但在实际环境中风向经常变化，水平轴风力发电机的迎风面不可能始终对着风向，这就引起了“对风损失”，而垂直轴风力发电机可以接受任意方向来风，因此，垂直轴风力发电机性能并不一定比水平轴低。理论上讲，垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比主要特点体现在以下几个方面：

(1)总体结构合理。结构呈对称分布，可降低对大型高塔架的强度要求，而且发电机、传动结构和控制单元等可安放在中心轴下部或地面上。

(2)对叶片的结构要求低。垂直轴风力发电机的叶片形状单一，特殊的曲线形式可以保证叶片截面只承受拉应力，因此对叶片强度要求也相应降低，叶片材料通用并可以现场组装，能有效降低叶片的制造成本。

(3)不需要对风偏航结构。垂直轴风力发电机的风轮布置可自动适应风向变化，避免因偏航结构的频繁动作产生噪音，同时也可以有效地提高风力发电机的运行可靠性。

(4)运行条件宽松。一般垂直轴风力发电机在50m/s的风速下仍能运行，满负荷运行范围宽，可以更有效的利用高速风能。

随着科技的发展，风力发电机正朝着多样化、低风速化的方向发展。目前风力发电机转子的支撑都是设有专用的轴承机械支撑系统，该支撑系统具有很大的惯性阻力，因此需要有较高的启动风速，机械轴承损耗较高，并且日常维护复杂。主轴承受力状况较为复杂，随着风力的变化而变化，并产生振动，所受载荷难以精确计算，因此设计和制造比较困难。此外，风力发电机主轴轴承安装在数十米高的高空中，其吊装和更换极为不便，成本较高，因此对轴承的寿命和可靠性提出了更高的要求。

发明内容

本实用新型的目的是为了发挥垂直轴风力发电机的优点，克服现有的发电机被安装位置太高和必须设有专用轴承的不足之处，设计一种将发电机直接安装在地面上并将其转子直接安装在垂直轴上的结构简单、成本低和风能利用率高的垂直轴风力发电机。

本实用新型的垂直轴风力发电机，其结构主要在包括安装风轮的中心轴、基座和发电机的其础上，增设预设有定位槽的定位圈、滑块、支杆和小基座，所述中心轴的底端经基座竖直安装在地面上并在基座上能自由转动，发电机转子经支架固装在底部的中心轴上，发电机壳体内的定子套装在发电机转子上，小基座分布在发电机壳体下方的地面上并经弹簧与发电机壳体连接，定位圈固装在发电机上方的中心轴上，滑块安装在定位圈的定位槽中，支杆分布在发电机壳体上方并与发电机壳体固定连接，支杆另一端分别与定位槽中的滑块固定连接。

为了便于对中心轴定位，所述支杆和小基座的数量至少为3个。所述发电机选用直驱式低速发电机。

本实用新型的垂直轴风力发电机，工作时，叶片在风力的作用下经风轮带动中心轴在基座上旋转，安装在中心轴上的发电机转子随之旋转而发电，发电机壳体安装在小基座和弹簧上，能在中心轴被风吹偏时也能随之偏移而始终保持与中心轴平行，使发电机在中心轴被风吹偏时也能正常工作，滑块在定位槽中能自由滑动，使发电机壳体在不随中心轴转动的情况下，还起到支撑中心轴的作用，明显具有以下优点：

1.本实用新型所提供的垂直轴风力发电机，将发电机固定在中心轴下部和地面基座上，可以减轻中心轴的负担，运行过程中机身稳定，振动小，安装维修方便。

2.本实用新型所提供的垂直轴风力发电机，采用低速直驱发电机，可减小机身的振动，整个电机输出转矩脉动和电压脉动小，同时减少了机械部件的摩檫损耗，降低了能量损耗和故障率，提高了风能利用率。

3.本实用新型所提供的垂直轴风力发电机，省去了定子和转子之间的大轴承，节省了电机成本，易于安装维护。