[实用新型]垂直式多层级风轮的风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机，更详而言之，系一种具有垂直式多层级风轮之风力发电机。 

背景技术

风力发电之原理简单地说是透过风能转动叶片，将风能转换为机械能，并利用发电机将机械能转换为电能，再利用蓄电池将能量储存。所以风力发电机主要包括风轮以及发电机两大部分。风轮依照其主轴与水平面的相对位置可分为水平式与垂直式。 

许多的实验以及研究显示，在风轮受风面积相等的条件下，水平式风轮的风能利用率约为23%~29%左右，而垂直式的可以达到40%以上。在起动风速方面，水平式风轮的起动性能好已经是目前的共识，而垂直轴的起动性能相对而言是较差的，但是若改良设计，只要翼型和安装角选择合适，则可以改善这个问题。在结构特点方面，水平式风轮的叶片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向则始终不变，这样叶片所受的就是一个交变载荷，这对叶片的疲劳强度是非常不利的。水平式风轮的发电机应用于风力强，风速快的场域，因此都置于几十米的高空，这使发电机的安装及维修非常不便。垂直轴风轮的叶片在旋转的过程中受力情况要比水平轴好得多，由于惯性力与重力的方向始终不变，所受的是一恒定载荷，因此疲劳寿命要比水平式长，同时，垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装维护。 

　　虽然风力发电机号称是清洁能源，能起很好的环保作用，但是随着越来越多大型风电场的建立，一些由风力发电机引发的环保问题也凸显出来，一是噪音问题，二是对当地生态环境的影响。水平轴叶片的尖速比一般在5~7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音，鸟类在这样的高速叶片下也很难幸免。垂直式的尖速比则比水平轴小得多，约在1.5~2之间，这样的低转速基本上不产生气动噪音，几乎达到了静音的效果。而低尖速比对于风力发电机的整体性能也是非常有利的。从空气动力学分析，物体速度愈快，外形对流场的影响愈大。当风力发电机在户外运行时，叶片上不可避免的受到污染，这种污染实际上改变了叶片的外形。对于水平式风轮而言，这样微小的外形变化也会大大降低风能利用率。而垂直式因转速低，对于外形的改变则没有那么敏感，风轮的气动性没有影响。 

　　基于以上的分析，垂直式风轮的优点多于水平式，风力发电机的应用领域亦较为广阔。 

基于已有技术中对于水平式和垂直式风轮的比较论述，在垂直式风轮的利基条件较多的情况下，申请人着手研发垂直式风轮的改良，特别是风能利用率以及起动性能这两个部分。 

实用新型内容

本实用新型之目的是提供一种垂直式多层级风轮之风力发电机，其具有以多层级风轮增加受风面积并增加风能利用率之效能。 

本实用新型之目的是提供一种垂直式多层级风轮之风力发电机，其具有以多层级风轮增加起动性能之功效，而能在低风力环境中运转。 

本实用新型之目的是提供一种垂直式多层级风轮之风力发电机，其虽以多层级风轮增加受风面积，但气流切割作用并没有随着受风面积增大而增加，而是均等的分布在每一层级的叶片上，基于此，切割气流而产生的噪音不会因此而增加。 

本实用新型之目的是提供一种垂直式多层级风轮之风力发电机，其以多层级风轮构成高质量中心，具有稳定重心的作用，使风轮能稳定运转。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的： 

它主要是在一驱动风力发电机之发电马达转子的垂直转轴上，设至少两个层级的风轮。

附图说明

图1为本实用新型风力发电机多层级叶片第一实施例之立体外观图； 

图2为本实用新型风力发电机多层级叶片第一实施例之正视图；

图3为本实用新型风力发电机多层级叶片第二实施例之立体外观图；

图4为本实用新型风力发电机多层级叶片第二实施例之正视图。

附图中主要组件标号说明：10-转轴；20-风轮；21-叶片；22-迎风面；23-背风面；24-辅助运转装置；241-支杆；242-重量块；25-缓冲对象；31-叶片；32-叶板；33-叶板；34-活动枢连构造；35-迎风面；36-背风面；D-受风距离。

具体实施方式 

　　为便于说明本实用新型在上文中所表示的中心思想，兹以具体实施例来进行详述。实施例中各种不同对象系按适于说明之比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际组件的比例予以绘制，特在此预作声明。且以下的说明中，类似的组件是以相同的编号来表示。