專利名稱：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的同步機(jī)構(gòu)，具體地說(shuō)是一個(gè)風(fēng)輪通過(guò)兩個(gè)或 兩個(gè)以上的支撐輪驅(qū)動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)或旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)時(shí)，一種機(jī)械地保證各支撐輪及發(fā)電 機(jī)同步旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖1所示的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括塔柱01及風(fēng)輪，風(fēng)輪包括兩個(gè)支撐輪02a、 02b和若干葉片03，每個(gè)支撐輪都是由若干支撐桿021組成。支撐桿021 —端與所述塔柱 01上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)連接，該旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)中連接的都是發(fā)電機(jī)。在一般情況下，一個(gè)風(fēng)輪中的 幾個(gè)支撐輪中至少有一個(gè)為發(fā)電機(jī)，其余的也可能是發(fā)電機(jī)，也可能是其它形式的旋轉(zhuǎn)支 點(diǎn)，例如軸承、旋轉(zhuǎn)軸套等。支撐桿的另一端與葉片03連接。連接在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)上的 支撐桿組成一個(gè)支撐輪。對(duì)于較大功率的垂直軸風(fēng)機(jī)，由于葉片較長(zhǎng)，一般一個(gè)葉片03由 兩個(gè)或兩個(gè)以上的支撐輪02支撐。一個(gè)支撐輪的支撐桿一般在一個(gè)水平面上，直接驅(qū)動(dòng)發(fā) 電機(jī)，或僅起支撐作用。如圖1所示，上支撐輪0 和下支撐輪02b共同支撐葉片03。上支 撐輪0 和下支撐輪02b的旋轉(zhuǎn)必須保證同步，否則會(huì)導(dǎo)致葉片被扭壞。傳統(tǒng)的機(jī)械保證 同步的方法是保證旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)本身的同步，即采用剛性連接上下支撐輪來(lái)使其同步，即在上 下支撐輪之間的塔柱外部套設(shè)剛性連接體04。由于剛性連接體04在塔柱附近，結(jié)構(gòu)會(huì)變得 較大較重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，發(fā)電效率降低。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，若同樣采用剛性 連接，則需要制備一個(gè)大型的剛性連接體，不僅成本上是不能接受的，且從制備技術(shù)到使用 情況角度看，這種剛性連接體基本上也是不容易實(shí)現(xiàn)的，即使實(shí)現(xiàn)，風(fēng)阻也很大，無(wú)疑會(huì)大 大降低發(fā)電效率。另外一種常見(jiàn)的試圖保證同步的方法是，對(duì)支撐輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，然 后通過(guò)負(fù)載或剎車(chē)等手段，人為控制上下支撐輪的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，此方法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制邏 輯繁瑣、控制速度或靈敏度要求高且成本大，而且轉(zhuǎn)速測(cè)量累積誤差及測(cè)量系統(tǒng)的可靠性 都有可能導(dǎo)致風(fēng)輪的毀滅性破壞，其可靠性非常差。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，現(xiàn)在急需一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、成本低且可以有效保證 上下支撐輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)、無(wú)位置誤差累積的機(jī)械同步結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有效 的保證上下相鄰兩支撐輪之間的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，不同支撐輪之間的位置誤差始終在允許范圍 內(nèi)，且成本低，安裝簡(jiǎn)便，同時(shí)風(fēng)阻小，重量輕，以增加發(fā)電效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下具體技術(shù)方案一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及 發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述風(fēng)輪包括支撐輪和葉片，一個(gè)所 述風(fēng)輪有兩個(gè)或兩個(gè)以上的所述支撐輪；每個(gè)支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿外側(cè)與 所述葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)上，各個(gè)支撐輪的所述旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)為所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述葉片與所有支撐輪中上下對(duì)正的 一個(gè)支撐桿連接；其特征是，所述支撐輪的同步機(jī)構(gòu)是在各個(gè)所述支撐輪之間設(shè)置有柔索， 所述柔索連接在各個(gè)所述支撐輪的支撐桿上，使得各個(gè)所述支撐輪連接在一起。在上下兩所述支撐輪中上下對(duì)正并與同一個(gè)葉片連接的兩支撐桿為一對(duì)支撐桿， 則在所述風(fēng)輪中的每?jī)蓪?duì)相鄰的所述支撐桿之間均連接有所述柔索，構(gòu)成柔索周向封閉 環(huán)。設(shè)置在相鄰兩對(duì)所述支撐桿之間的所述柔索可以是相對(duì)于所述葉片或塔柱傾斜 設(shè)置的單根柔索。傾斜設(shè)置的所述單根柔索相對(duì)于所述葉片或塔柱的傾斜方向可以是相同的，或者 是不同的。一個(gè)優(yōu)選方案是設(shè)置在相鄰兩對(duì)所述支撐桿之間的所述柔索是連接在相鄰的兩 對(duì)支撐桿之間的兩根柔索，該兩根所述拉索為交叉設(shè)置。所述柔索的交叉設(shè)置的具體結(jié)構(gòu)可以是一對(duì)支撐桿中的在上和在下的兩支撐 桿上分別連接一柔索的一端，兩柔索的另一端分別連接另一對(duì)支撐桿在下和在上的兩支撐 桿，使得兩對(duì)相鄰的所述支撐桿被相互交叉的兩所述柔索連接在一起。將上下支撐桿用鋼制柔索交叉相連。這樣，無(wú)論上下哪個(gè)支撐輪有跑前的傾向，就 立即會(huì)有一個(gè)鋼索拉動(dòng)另一個(gè)支撐輪，不僅保證其同步旋轉(zhuǎn)，而且其相對(duì)位置偏差始終在 可允許的范圍內(nèi)，且相對(duì)位置誤差不會(huì)累積。該允許的范圍即是所述柔索的預(yù)緊力和柔索 以及與之連接的相關(guān)部件的彈性性能確定。必須指出，兩對(duì)支撐桿之間設(shè)置交叉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)柔索是效果比較好的方式，之所 以采用鋼索交叉連接，不僅是因?yàn)槠滹L(fēng)阻小、重量輕，更重要的是，因?yàn)楫?dāng)其中一根鋼索拉 緊拖動(dòng)另一個(gè)支撐輪時(shí)，另一根必然是壓縮，采用柔索時(shí)，被壓縮的一根柔索可以處于放松 的狀態(tài)，但如果采用剛性桿替換柔索連接，就會(huì)引起失穩(wěn)等問(wèn)題。因此，柔索的使用也是本 發(fā)明獨(dú)到且合理的選擇?？梢栽谏舷聝上噜彽乃鲋屋喌拿恳粚?duì)相鄰支撐桿之間均交叉地上下連接兩 根拉索，即每個(gè)支撐輪的所有支撐桿都必須與另一個(gè)支撐輪的支撐桿用鋼索傾斜交叉連 接，在周向形成一個(gè)柔索周向封閉環(huán)。所述柔索在所述支撐桿上的連接位置最好在支撐桿中點(diǎn)以外、且距葉片一個(gè)葉片 寬度以內(nèi)的范圍內(nèi)。即所述柔索與支撐桿連接點(diǎn)的位置優(yōu)選為距塔柱大于L/2，距葉片的 最小距離為B以上，L為支撐桿長(zhǎng)度，B為葉片寬度。所述連接位置過(guò)分靠近塔柱，則同步力 矩小，同步效果差，過(guò)分靠近葉片，則會(huì)擾亂風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)流場(chǎng)，影響其氣動(dòng)特 性。柔索在同一個(gè)支撐輪的各個(gè)支撐桿上的連接位置最好距離塔柱等距離。所述柔索以安裝時(shí)以基本拉直為準(zhǔn)。所述拉索安裝時(shí)的預(yù)緊力為100N 1000N。 該預(yù)緊力的具體大小是依據(jù)風(fēng)輪大小而定。該預(yù)緊力過(guò)小，即鋼索過(guò)松則同步精度差，支撐 輪相對(duì)位置偏差大，容易造成葉片扭曲，該預(yù)緊力過(guò)大，即鋼索過(guò)緊則對(duì)支撐桿附加一個(gè)很 大的力及其引起的彎矩，增加不必要的支撐桿負(fù)擔(dān)或其設(shè)計(jì)制造困難。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪支撐輪的同步機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的剛性連接或控制系統(tǒng)相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率高、成本低廉及可靠 性好?？梢杂行У谋ＷC上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動(dòng)及其相對(duì)位置偏差，提高發(fā)電效率。尤 其對(duì)于大功率風(fēng)機(jī)，各支撐輪的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)可以相互獨(dú)立，大大簡(jiǎn)化風(fēng)輪的設(shè)計(jì)。本發(fā)明在思路上的突破，體現(xiàn)在同步不是通過(guò)旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)的同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是通 過(guò)對(duì)獨(dú)立的支撐輪支撐桿進(jìn)行連接來(lái)保證支撐輪間的同步，從而反過(guò)來(lái)保證了旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)即 發(fā)電機(jī)的同步。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的剛性連接結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，為一垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)圖，其中的風(fēng)輪包括兩個(gè)支撐輪和若干 柱狀的豎直葉片03，兩個(gè)所述支撐輪設(shè)于塔柱01上，沿塔柱01垂直排布；每個(gè)豎直葉片 03連接上下兩個(gè)該支撐輪上下對(duì)正的各一個(gè)支撐桿0 和支撐桿02b的外端，該兩個(gè)支撐 輪上的支撐桿的內(nèi)端分別連接在一發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子上，該發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子套在設(shè)于塔柱01 上的發(fā)電機(jī)定子上。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)包括若干根拉索05，所述 拉索05設(shè)置于所述支撐輪的支撐桿02上，為上下相鄰支撐桿間的交叉傾斜連接，而非上下 支撐桿垂直方向的連接。一個(gè)所述葉片上的上下兩支撐桿視為一對(duì)支撐桿，其上分別連接一所述柔索05 的一端，兩根該柔索05的另一端分別連接相鄰的另一所述葉片上的上下兩支撐桿上，使得 相鄰的兩個(gè)所述葉片被相互交叉的兩所述柔索連接在一起。圖2中只畫(huà)出了上下一組支撐桿之間的連接示意圖，實(shí)際上可以是所有相鄰的上 下成對(duì)支撐桿間都通過(guò)交叉的兩鋼制柔索相互傾斜交叉連接，在周向構(gòu)成一個(gè)柔索周向封 閉環(huán)的同步機(jī)構(gòu)。所述拉索05與支撐桿02連接點(diǎn)的位置為距塔柱L/2以上，距葉片的距離為B以 上，L為支撐桿長(zhǎng)度，B為葉片寬度。過(guò)分靠近塔柱，則同步力矩小，同步效果差，過(guò)分靠近葉 片，則會(huì)擾亂風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)流場(chǎng)，影響其氣動(dòng)特性。柔索在同一個(gè)支撐輪的各個(gè) 支撐桿上的連接位置最好距離塔柱等距離。在圖2中，每個(gè)支撐輪上畫(huà)有兩個(gè)同心圓，在外 的圓表示葉片的運(yùn)動(dòng)軌跡，在內(nèi)的圓表示柔索在支撐桿上的連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。所述拉索05的預(yù)緊力不得過(guò)大，也不能過(guò)松。過(guò)松則同步精度差，支撐輪相對(duì)位 置偏差大，容易造成葉片扭曲，過(guò)緊則對(duì)支撐桿附加一個(gè)很大的力及其引起的彎矩，增加不 必要的支撐桿負(fù)擔(dān)或其設(shè)計(jì)制造困難。安裝時(shí)以基本拉直鋼索為度，即基本消除自重下垂 量、可稍有一點(diǎn)下垂，一般預(yù)緊力在100N 1000N之間即可。例如可以利用緊線器等工具 張緊鋼索。本發(fā)明的關(guān)鍵在于通過(guò)柔索將連接葉片的若干支撐輪連接在一起，所以，除了上 述一個(gè)最佳實(shí)施例之外，還可以有其他同步結(jié)構(gòu)，例如還是一個(gè)葉片連接上下兩個(gè)支撐輪， 兩支撐輪上下對(duì)正的兩支撐桿可稱為一對(duì)支撐桿，柔索可以在相鄰的兩對(duì)支撐桿之間設(shè)置 一根柔軟，其傾斜設(shè)置，每?jī)蓪?duì)相鄰的支撐桿之間的一根柔索的傾斜方向可以是相同的，也可以是不相同的。另外，在有三個(gè)支撐輪上下設(shè)置在一個(gè)風(fēng)輪的例子中，將相鄰的兩個(gè)支撐輪，按所 述方法，兩兩分別相連即可。本發(fā)明使得一個(gè)風(fēng)輪中各個(gè)支撐輪的同步，不是通過(guò)安裝在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)的 同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)對(duì)支撐輪支撐桿間的巧妙連接，保證上下支撐輪的同步，進(jìn)而保證 旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)及整個(gè)風(fēng)輪的同步，從而達(dá)到上下發(fā)電機(jī)之間的同步。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的剛 性連接或以控制達(dá)到同步的方法相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率 高、成本低廉及可靠性好?？梢杂行У谋ＷC上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動(dòng)，提高發(fā)電效率。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及發(fā) 電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述風(fēng)輪包括支撐輪和葉片組成，一個(gè) 所述風(fēng)輪有兩個(gè)或兩個(gè)以上的所述支撐輪；每個(gè)支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿外側(cè) 與所述葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)上，各個(gè)支撐輪的所述旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)為 所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述葉片與所有支撐輪中上下對(duì)正 的一個(gè)支撐桿連接；其特征在于，所述支撐輪的同步機(jī)構(gòu)是在各個(gè)所述支撐輪之間設(shè)置有 柔索，所述柔索連接在各個(gè)所述支撐輪的支撐桿上，使得各個(gè)所述支撐輪連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，在所述風(fēng) 輪中的每?jī)蓪?duì)相鄰的所述支撐桿之間均連接有所述柔索，構(gòu)成柔索周向封閉環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置在 相鄰兩對(duì)所述支撐桿之間的所述柔索是相對(duì)于所述葉片或塔柱傾斜設(shè)置的單根柔索。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，傾斜設(shè)置 的所述單根柔索相對(duì)于所述葉片或塔柱的傾斜方向是相同的，或者是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置在 相鄰兩對(duì)所述支撐桿之間的所述柔索是連接在相鄰的兩對(duì)所述支撐桿之間的兩根柔索，該 兩根所述拉索為交叉連接設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，一對(duì)支撐 桿中的在上和在下的兩支撐桿上分別連接一柔索的一端，兩柔索的另一端分別連接另一對(duì) 支撐桿在下和在上的兩支撐桿，使得兩對(duì)相鄰的所述支撐桿被相互交叉的兩所述柔索連接 在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔 索在所述支撐桿上的連接位置在支撐桿中點(diǎn)以外、且距葉片一個(gè)葉片寬度以內(nèi)的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔 索以安裝時(shí)以基本拉直為準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔索 安裝時(shí)的預(yù)緊力為100N 1000N。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐輪同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述 柔索在同一個(gè)支撐輪的各個(gè)支撐桿上的連接位置距離塔柱等距離。
全文摘要
一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪中支撐輪的同步機(jī)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)固定于塔柱上，每個(gè)支撐輪包括若干支撐桿，支撐桿外側(cè)與葉片連接，內(nèi)側(cè)連接于設(shè)置在塔柱上的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)上，所述旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)為所述發(fā)電機(jī)，或者是所述發(fā)電機(jī)和軸承連接機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述葉片與所有支撐輪中向下對(duì)正的一個(gè)支撐桿連接；在各個(gè)支撐輪之間設(shè)置有柔索，柔索連接在各個(gè)所述支撐輪的支撐桿上，使得各個(gè)支撐輪連接在一起。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的剛性連接或以控制達(dá)到同步的方法相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，且重量輕、風(fēng)阻小、效率高、成本低廉及可靠性好?？梢杂行У谋ＷC上下兩支撐輪之間同步轉(zhuǎn)動(dòng)，提高發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F03D3/06GK102135066SQ201110049389
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者蔣大龍, 許金泉 申請(qǐng)人:國(guó)能風(fēng)力發(fā)電有限公司