垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構的製作方法
2023-07-28 05:26:36 1
專利名稱：垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於風力發電機技術領域，提供一種垂直軸風力發電機構件，尤其是 一種垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構。
背景技術：
在現有技術中，風力發電機多為水平軸式發電機，其主軸水平設置，其上設置風 輪，風輪葉片多為大小頭三角形式，小頭細長，且通常的風力發電機的風輪葉片從風輪的輪 轂延至外緣，很長，有幾米、甚至十幾米。這樣細長的葉片，受到較大的風力時很容易變形， 產生共振，在風壓的作用下也很容易折斷，因此，這種風輪存在抗風能力差、旋轉時共振、功 率偏低、損壞率高等缺點。風力發電機發展的後期，垂直軸風力發電機越來越顯示出其效率 高、功率大和便於安裝使用、壽命長等優點。但是，一般的垂直軸風力發電機都只是將發電 機軸由水平位置變為垂直位置，但其上的葉片往往還是沿用現有的水平軸發電機的風輪， 葉片仍然又長又細，從與發電機的轉動件的連接端到風輪的外端都是葉片部分。因此，上述 水平軸風力發電機風輪的許多問題沒有得到徹底解決。本實用新型的申請人研製出一種 用於垂直軸風力發電機垂直風輪的葉片，該葉片的形狀為一垂直的柱狀體，與風輪垂直的 軸線平行，其水平截面為飛機機翼的斷面形狀，即葉片朝外的外側表面為流線形狀弧面，該 外側表面與相對的內側表面之間的圓滑過渡，形成較大的迎風端即葉片的頭部和較小的尾 部。這種葉片設置在風輪的外緣，葉片與和發電機的轉動部件連接的風輪輪轂之間，或者葉 片與發電機的轉動部件之間設置連接結構，用於連接支撐杆，而發電機的靜止部件則環設 在中心的塔柱上與發電機轉動部件或與發電機轉動部件對應的所述風輪輪轂固聯的對應。 支撐杆的形狀結構會影響到風輪的轉動性能，繼而可影響到風力發電機的功率和效率。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種用於連接垂直柱狀體形的葉片和風輪輪轂或發 電機的轉動件的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，使其具有足夠的強度和剛度且阻 力小，不影響發電機的功率和效率。本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型提供的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其中，所述支撐杆用 於設置在所述風力發電機中風輪上的葉片和輪轂或所述發電機的轉動部件之間，該支撐杆 的一端設有與所述葉片的朝向所述輪轂的葉片內側面連接的連接結構，其另一端設有與 所述輪轂或所述發電機的轉動部件連接的連接結構。該支撐杆可以是一直杆。所述支撐杆也可以是包括有一主支撐杆、一主三通和兩根分支撐杆，所述主支撐 杆的一端設有與所述風輪輪轂或發電機的轉動件固定的所述連接結構；兩根所述分支撐杆 的一端設有與所述葉片固定的連接結構；所述主三通上設有三個插孔，該三個插孔以Y形 的相對位置設置在主三通上，其中位於一側的一個插孔中插入所述主支撐杆的另一端而使得所述主三通固定連接在主支撐杆上，該主三通的另一側的兩個插孔中分別插設固定兩根 所述分支撐杆的另一端，使得所述分支撐杆通過所述主三通與主支撐杆固定連接。所述支撐杆以及分成主支撐杆和分支撐杆兩段的支撐杆中的各段可以是其斷面 為橢圓形狀的杆件，其長軸在水平方向。兩根所述分支撐杆在同一水平面上設置。所述橢圓形截面的長短軸的比例為1/2-3/4。所述橢圓的長軸和短軸的比例優選 為 3 2。所述支撐杆或所述主支撐杆的與所述發電機的轉動部件連接一端的所述連接結 構為在所述支撐杆或所述主支撐杆的相應的端頭設置一 T形連接件，該連接件包括一管 段，其管腔與所述支撐杆或所述主支撐杆端頭外形相匹配，該管段的一端固聯一連接部，其 面積大於所述管段橫截面，其端面與所述風輪的輪轂或所述發電機的轉動部件的外壁形狀 相匹配，其上設有連接結構用於與發電機轉動部件固定連接，在管段的該管內腔中插設並 固定所述主支撐杆端頭；和/或，所述支撐杆或所述主支撐杆與所述葉片內側面連接一端的所述連接結構為在所 述支撐杆或所述分支撐杆的端頭設置一 T形連接件，該連接件包括一管段，其管腔與所述 支撐杆或所述分支撐杆端頭外形相匹配，該管段的一端固聯一連接部，其面積大於所述管 段橫截面，其端面與所述葉片的內側面壁的形狀相匹配，該連接部上設有連接結構，用以固 聯在葉片內側表面上，在管段的該管內腔中插設並固定所述支撐杆或分支撐杆端頭。所述連接部上設有的連接結構為螺栓孔或螺釘孔，其上穿設螺栓或螺釘，用以使 得所述支撐杆的一端固聯在發電機轉動部件或風輪輪轂上，另一端固聯在葉片上。兩根所述分支撐杆的夾角根據葉片的寬度設計，兩根所述分支撐杆在同一水平面 上設置，使得所述分支撐杆連接在所述葉片的同一水平面上的兩端附近。所述主支撐杆和分支撐杆為鋁型材製造。各個所述連接件和主三通可以用鑄鋁製 造。所述鋁型材為輕質的，因此，其重量很輕，不影響風輪的轉動功率和效率。所述支撐杆與所述風輪中所述葉片的對應數量為一個葉片與兩個所述支撐杆對 應，兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上下兩端的所述內側面對應，構成與 所述葉片內側面四角的連接結構。所述支撐杆與所述風輪中所述葉片的對應數量為一個葉片與兩個或多個所述支 撐杆對應，當為兩個該支撐杆時，兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上下兩 端的所述內側面對應，通過支撐杆或所述分支撐杆構成與所述葉片內側面兩點或四角四點 的連接結構；當為多個該支撐杆時，其中兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的 上下兩端的所述內側面對應連接，其餘該支撐杆與所述葉片上下兩端之間的部分的所述內 側面對應。支撐杆的數目與葉片的高度有關，相鄰支撐杆之間的間距應該能夠容置下支撐杆 和與之連接的風輪的輪轂，在至少一部分輪轂和風輪中心軸之間要設置電機組件，為此也 要留有足夠的空間。本實用新型提供的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，通過其合理的主支撐 杆和分支撐杆結構和材質選擇，使得其連接支撐葉片的強度、剛度很大，可以允許風輪在 50米/秒以下風力下安全運行，不變形、不折斷，同時，其質量很輕，使得風輪的啟動力矩很
5小，風輪可以在2米/秒的風速下即可啟動發電。
圖1為使用本實用新型提供的支撐杆結構的垂直軸風力發電機中風輪的結構示 意圖；圖2為本實用新型提供的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構的俯視結構示 意圖；圖3為圖2所示的支撐杆結構連接葉片和發電機轉動部件的主視結構示意圖；圖4為連接主支撐杆與電機轉動部件的橢圓T形連接件的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供的垂直軸風力發電機風輪中的支撐杆結構，包括支撐杆，所述支 撐杆用於設置在所述風力發電機中風輪上的葉片和輪轂或所述發電機的轉動部件之間，該 支撐杆的一端設有與所述葉片的朝向所述輪轂的葉片內側面連接的連接結構，其另一端設 有與所述輪轂或所述發電機的轉動部件連接的連接結構。一個具體的例子可以是，一個風輪上支撐杆的數量是葉片數量的兩倍，如圖2、3 所示，一個葉片通過上下兩根支撐杆連接到設於中心塔柱8上的發電機轉動部件或風輪輪 轂上。所述支撐杆可以是直杆，更好的設計是每根支撐杆包括兩段1、2，段1為一主支撐 杆1、段2為兩根分支撐杆9、10，還包括一主三通2』。主三通2』上設有三個插孔，該三個 插孔以Y形分布在主三通上，其中位於一側的一個插孔中插入主支撐杆1的一端而固定連 接在主支撐杆1上，主三通2』另一側的兩個插孔中分別插設固定兩根分支撐杆9、10的一 端，使得分支撐杆9、10通過主三通2』與主支撐杆1固定連接，主支撐杆1的另一端連接發 電機的轉動件7，兩根分支撐杆的另一端與葉片0的內側表面連接。垂直柱狀的葉片0上 部連接一所述支撐杆，其下部連接另一所述支撐杆，上下兩根支撐杆相互平行設置。當為兩 個該支撐杆時，兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上下兩端的所述內側面對 應，通過支撐杆或所述分支撐杆構成與所述葉片內側面兩點或四角四點的連接結構。兩根分支撐杆可以是在同一水平面上設置。主支撐杆1和分支撐杆9、10的杆截面均為橢圓形，其長軸在水平方向。橢圓的長 軸和短軸的比例優選為3 2。上面一根支撐杆中的主支撐杆1的一端與發電機的轉動件7通過一橢圓T形連接 件3』固定連接；上面一根分支撐杆9、10的另一端分別通過橢圓T形連接件3和橢圓T形 連接件4連接一個葉片0上部內側面兩端附近固定連接。下面一根支撐杆中的主支撐杆和 分支撐杆的連接結構與上部的支撐杆相同。本實用新型提供的支撐杆結構，在對葉片的連 接時，在其內表面上通過上面兩根分支撐杆通過兩個橢圓T形連接器3、4和下面根據分支 撐杆通過兩個橢圓T形連接器5、6成四點固聯，其連接結構簡單，但連接牢固、穩定。在主支撐杆1的端頭設置橢圓T形連接件3』如圖4所示，包括一橢圓形管段31， 其管內腔32與主支撐杆1端頭外形相匹配，該管段31的一端固聯一連接部33，其面積大於 管段橫截面，其端面與所述發電機7的轉動部件的外壁形狀相匹配，其上設有連接結構，例 如為螺栓孔或螺釘孔，其上穿設螺栓或螺釘，用以固聯在發電機轉動部件上，在管段31的該管內腔32中插設並固定主支撐杆1端頭。連接分支撐杆與葉片內側面的橢圓T形連接件3、4、5、6的結構與上述橢圓T形連 接件3』結構基本相同，只是其中的連接部的端面是與葉片的內側面形狀相匹配。在所述 分支撐杆的端頭設置一橢圓T形連接件，在管段的該管內腔中插設並固定所述分支撐杆端 頭。該橢圓T形連接件通過螺栓或螺釘固定連接葉片0。如圖1、2、3所示，用於垂直軸風力發電機的葉片0的形狀為一垂直的柱狀體，與風 輪的垂直的軸線平行，其水平截面為飛機機翼的斷面形狀，即相對於風輪的轉軸，其外側表 面和迎風的端面為圓滑過渡的流線型弧面，外側表面和內側表面之間的間距是漸變的，葉 片的迎風面的所述間距較大，沿順風方向，間距逐漸減小；在葉片的垂直方向上各水平截面 大小形狀相同。這種葉片設置在風輪的外緣，葉片與風輪轉軸或者發電機的轉動部件之間 是通過支撐杆連接的，一個葉片0的上下兩端連接兩根所述支撐杆，在上的支撐杆的內側 與發電機7的轉動部件相連接，而發電機的靜止部件側環設在中心的塔柱8上。在下的支 撐杆的內側的主支撐杆與風輪的輪轂通過橢圓T形連接件連接。所述支撐杆與所述風輪中所述葉片的對應數量還可以為一個葉片與多個所述支 撐杆對應，當為多個該支撐杆時，其中兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上 下兩端的所述內側面對應連接，其餘該支撐杆與所述葉片上下兩端之間的部分的所述內側
面對應。所述各個支撐杆為橢圓形截面，其受風阻力小。可有利於風輪低風速下啟動和在 轉動中減少功耗。
權利要求一種垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，包括支撐杆，所述支撐杆用於設置在所述風力發電機中風輪上的葉片和輪轂或所述發電機的轉動部件之間，該支撐杆的一端設有與所述葉片的朝向所述輪轂的葉片內側面連接的連接結構，其另一端設有與所述輪轂或所述發電機的轉動部件連接的連接結構。
2.根據權利要求1所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所述 支撐杆包括有一主支撐杆、一主三通和兩根分支撐杆，所述主支撐杆的一端設有與所述風 輪輪轂或發電機的轉動件固定的所述連接結構；兩根所述分支撐杆的一端設有與所述葉 片固定的連接結構；所述主三通上設有三個插孔，該三個插孔以Y形的相對位置設置在主 三通上，其中位於一側的一個插孔中插入所述主支撐杆的另一端而使得所述主三通固定連 接在主支撐杆上，該主三通的另一側的兩個插孔中分別插設固定兩根所述分支撐杆的另一 端，使得所述分支撐杆通過所述主三通與主支撐杆固定連接。
3.根據權利要求1所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所述 支撐杆是其斷面為橢圓形狀的杆件，其長軸在水平方向。
4.根據權利要求2所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所述 主支撐杆和/或分支撐杆的杆截面為橢圓形，其長軸在水平方向設置。
5.根據權利要求3或4所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所 述橢圓形截面的長短軸的比例為1/2-3/4。
6.根據權利要求5所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所述 橢圓的長軸和短軸的比例為3 2。
7.根據權利要求1至4之一所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在 於，所述支撐杆或所述主支撐杆的與所述發電機的轉動部件連接一端的所述連接結構為 在所述支撐杆或所述主支撐杆的相應的端頭設置一 T形連接件，該連接件包括一管段，其 管腔與所述支撐杆或所述主支撐杆端頭外形相匹配，該管段的一端固聯一連接部，其面積 大於所述管段橫截面，其端面與所述風輪的輪轂或所述發電機的轉動部件的外壁形狀相匹 配，其上設有連接結構用於與發電機轉動部件固定連接，在管段的該管內腔中插設並固定 所述主支撐杆端頭；和/或，所述支撐杆或所述分支撐杆與所述葉片內側面連接一端的所述連接結構為在所述支 撐杆或所述分支撐杆的端頭設置一 T形連接件，該連接件包括一管段，其管腔與所述支撐 杆或所述分支撐杆端頭外形相匹配，該管段的一端固聯一連接部，其面積大於所述管段橫 截面，其端面與所述葉片的內側面壁的形狀相匹配，該連接部上設有連接結構，用以固聯在 葉片內側表面上，在管段的該管內腔中插設並固定所述支撐杆或分支撐杆的所述端頭。
8.根據權利要求7所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，所述 連接部上設有的連接結構為螺栓孔或螺釘孔，其上穿設螺栓或螺釘，用以使得所述支撐杆 的一端固聯在發電機轉動部件或風輪輪轂上，另一端固聯在葉片上。
9.根據權利要求2所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於，兩根 所述分支撐杆在同一水平面上設置，使得所述分支撐杆連接在所述葉片的同一水平面上的 兩端。
10.根據權利要求1或2所述的垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，其特徵在於， 所述支撐杆與所述風輪中所述葉片的對應數量為一個葉片與兩個或多個所述支撐杆對應，當為兩個該支撐杆時，兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上下兩端的所 述內側面對應，通過支撐杆或所述分支撐杆構成與所述葉片內側面兩點或四角四點的連接 結構；或者，當為多個該支撐杆時，其中兩個該支撐杆的所述連接結構分別與所述葉片的上 下兩端的所述內側面對應連接，其餘該支撐杆與所述葉片上下兩端之間的部分的所述內側面對應。
專利摘要本實用新型提供一種垂直軸風力發電機中風輪的支撐杆結構，包括支撐杆，所述支撐杆用於設置在所述風力發電機中風輪上的葉片和輪轂或所述發電機的轉動部件之間，該支撐杆的一端設有與所述葉片的朝向所述輪轂的葉片內側面連接的連接結構，其另一端設有與所述輪轂或所述發電機的轉動部件連接的連接結構。本支撐杆結構，連接支撐葉片的強度、剛度很大，使風輪在50米/秒以下風力下安全運行，不變形、不折斷，其質量很輕，使風輪在2米/秒的風速下即可啟動發電。
文檔編號F03D3/06GK201714567SQ201029166040
公開日2011年1月19日 申請日期2010年2月8日 優先權日2010年2月8日
發明者盛明凡, 蔣大龍, 許金泉 申請人:國能風力發電有限公司