本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者來流方向的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。相對(duì)于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)向改變的時(shí)候無需對(duì)風(fēng)，這不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，而且也減少了風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)的陀螺力。此外，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)還具有無噪音、安全性更高等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于城市公共照明、居民聚集區(qū)等水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)很難應(yīng)用的領(lǐng)域。隨著分布式電站的推廣，對(duì)低風(fēng)速啟動(dòng)的高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)有很大的需求。升力型垂直軸風(fēng)機(jī)因其無噪音、不必對(duì)風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于常年風(fēng)速較低地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電，所以越來越受到人們的關(guān)注。但是，受升力型垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性的限制，由靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的啟動(dòng)扭矩較小。扭矩隨著轉(zhuǎn)速先降后升，過某一轉(zhuǎn)速后又開始下降，因而一旦啟動(dòng)起來，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較快，尖速比可達(dá)3左右。例如對(duì)于3m/s的風(fēng)速，啟動(dòng)起來后葉片速度可達(dá)9m/s。由于摩阻不可避免，而啟動(dòng)扭矩小，使得其低風(fēng)速啟動(dòng)較為困難，轉(zhuǎn)速上不去，發(fā)電量＝扭矩×轉(zhuǎn)速，這反過來制約了或降低了低風(fēng)速發(fā)電效率。另一方面，阻力型垂直軸風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)扭矩大，但隨著轉(zhuǎn)速增加而急劇減少，因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低，最大尖速比遠(yuǎn)小于1，發(fā)電效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決升力型垂直軸風(fēng)機(jī)低風(fēng)速啟動(dòng)困難的問題，本實(shí)用新型提出了一種在低風(fēng)速時(shí)容易啟動(dòng)的低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括大風(fēng)輪，大風(fēng)輪包括固定主軸、設(shè)置在固定主軸上的發(fā)電機(jī)、升力型葉片和與升力型葉片連接的支撐桿，其特征在于，大風(fēng)輪還包括設(shè)置在所述發(fā)電機(jī)的外置轉(zhuǎn)子上的大風(fēng)輪動(dòng)軸，所述支撐桿的一端連接升力型葉片，另一端連接大風(fēng)輪動(dòng)軸，低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括小風(fēng)輪和傳遞機(jī)構(gòu)，小風(fēng)輪包括小風(fēng)輪動(dòng)軸和阻力型葉片，小風(fēng)輪動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在固定主軸上，阻力型葉片安裝在小風(fēng)輪動(dòng)軸上，大風(fēng)輪動(dòng)軸和小風(fēng)輪動(dòng)軸均在所述固定主軸的外側(cè)、與固定主軸同軸并可繞著固定主軸的軸線旋轉(zhuǎn)，傳遞機(jī)構(gòu)設(shè)置在大風(fēng)輪動(dòng)軸上，在大風(fēng)輪啟動(dòng)前，傳遞機(jī)構(gòu)建立與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接，把小風(fēng)輪動(dòng)軸的扭矩傳遞給大風(fēng)輪動(dòng)軸，在大風(fēng)輪啟動(dòng)后，傳遞機(jī)構(gòu)脫離開與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接。

本實(shí)用新型提供的低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，增設(shè)了大風(fēng)輪動(dòng)軸、小風(fēng)輪和傳遞機(jī)構(gòu)，在啟動(dòng)時(shí)采用阻力型小風(fēng)輪，充分利用阻力型風(fēng)輪啟動(dòng)扭矩大的特點(diǎn)，阻力型小風(fēng)輪在風(fēng)速很低時(shí)都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，小風(fēng)輪的扭矩傳遞給大風(fēng)輪，使大風(fēng)輪啟動(dòng)，大風(fēng)輪啟動(dòng)后，完全由大風(fēng)輪來發(fā)電，大風(fēng)輪不受小風(fēng)輪的影響，發(fā)電效率高。本實(shí)用新型解決了升力型垂直軸風(fēng)機(jī)低風(fēng)速啟動(dòng)困難的問題，啟動(dòng)風(fēng)速低并且發(fā)電效率高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為傳遞機(jī)構(gòu)的剖切示意圖；

圖3為圖2的俯視方向示意圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本實(shí)用新型低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括大風(fēng)輪、傳遞機(jī)構(gòu)8和小風(fēng)輪。大風(fēng)輪為升力型垂直軸風(fēng)輪，包括固定主軸1、設(shè)置在固定主軸1上的發(fā)電機(jī)2、升力型葉片3、支撐桿4和大風(fēng)輪動(dòng)軸5，升力型葉片3為升力型風(fēng)輪所采用的葉片，發(fā)電機(jī)2為轉(zhuǎn)子外置的外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)。大風(fēng)輪動(dòng)軸5為空心柱形軸，其下端設(shè)置在發(fā)電機(jī)2的外置轉(zhuǎn)子上，通過軸承9可旋轉(zhuǎn)地安裝在固定主軸1的外側(cè)，大風(fēng)輪動(dòng)軸5與固定主軸1同軸并可繞著固定主軸1的軸線旋轉(zhuǎn)，大風(fēng)輪動(dòng)軸5旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)2的外置轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。支撐桿4的一端連接升力型葉片3的內(nèi)側(cè)面，另一端連接大風(fēng)輪動(dòng)軸5，將升力型葉片3安裝在大風(fēng)輪動(dòng)軸5上。升力型葉片3獲得的扭矩依次經(jīng)支撐桿4和大風(fēng)輪動(dòng)軸5傳遞到外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)2發(fā)電。

參見圖1，小風(fēng)輪設(shè)置在大風(fēng)輪的上方，包括小風(fēng)輪動(dòng)軸7和阻力型葉片6。小風(fēng)輪動(dòng)軸7為空心柱形軸，通過軸承可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在固定主軸1上，小風(fēng)輪動(dòng)軸7在固定主軸1的外側(cè)，與固定主軸1同軸并可繞著固定主軸1的軸線旋轉(zhuǎn)。阻力型葉片6安裝在小風(fēng)輪動(dòng)軸6上，為阻力型風(fēng)輪所采用的葉片。

傳遞機(jī)構(gòu)8設(shè)置大風(fēng)輪動(dòng)軸5上，并且在大風(fēng)輪和小風(fēng)輪之間。傳遞機(jī)構(gòu)8用于在大風(fēng)輪啟動(dòng)前，建立與小風(fēng)輪動(dòng)軸7的連接，把小風(fēng)輪動(dòng)軸7的扭矩傳遞給大風(fēng)輪動(dòng)軸5，而在大風(fēng)輪啟動(dòng)后，傳遞機(jī)構(gòu)8脫離開與小風(fēng)輪動(dòng)軸7的連接，小風(fēng)輪不影響大風(fēng)輪。大風(fēng)輪啟動(dòng)是指大風(fēng)輪的升力型葉片3轉(zhuǎn)動(dòng)起來速度達(dá)到發(fā)電機(jī)2啟動(dòng)發(fā)電。

參見圖1、圖2和圖3，傳遞機(jī)構(gòu)8包括隨動(dòng)架14、導(dǎo)向架11、彈簧10、滑塊12和傳遞塊13。隨動(dòng)架14為圓盤形，其底部固定安裝在大風(fēng)輪動(dòng)軸5上，固定主軸1從隨動(dòng)架14中穿過。傳遞塊13固定設(shè)置在小風(fēng)輪動(dòng)軸7下端部的外圓柱面上，呈三角形狀。導(dǎo)向架11、彈簧10和滑塊12均設(shè)置在隨動(dòng)架14上，彈簧10、滑塊12和傳遞塊13沿著大風(fēng)輪動(dòng)軸5的徑向依次由外向內(nèi)布置，滑塊12在彈簧10和傳遞塊13之間。彈簧10的一端連接隨動(dòng)架14，另一端連接滑塊12的尾部，彈簧10的彈力把滑塊12推向傳遞塊13。導(dǎo)向架11為一塊平板，與彈簧10的軸線平行布置，導(dǎo)向架11靠近彈簧10的平面為導(dǎo)向面，導(dǎo)向面與彈簧10的軸線平行，并與滑塊12接觸，在彈簧10的彈力和滑塊12旋轉(zhuǎn)時(shí)其自身離心力作用下，滑塊12始終貼靠著導(dǎo)向架11沿著導(dǎo)向架11移動(dòng)，導(dǎo)向架11起到引導(dǎo)滑塊12移動(dòng)方向和傳遞扭矩的作用。在小風(fēng)輪動(dòng)軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，導(dǎo)向架11在滑塊12和彈簧10的前方一側(cè)，傳遞塊13在導(dǎo)向架11的后方一側(cè)，導(dǎo)向架11與傳遞塊13之間形成V形開口，導(dǎo)向架11和傳遞塊13分別為V形開口的兩個(gè)邊。滑塊12的頭部為與該V形開口相適配的V形，彈簧10推動(dòng)滑塊12，使滑塊12在導(dǎo)向架11和傳遞塊13之間，滑塊12的頭部插入該V形開口中并與V形開口的兩個(gè)邊接觸，即與導(dǎo)向架11和傳遞塊13接觸。該結(jié)構(gòu)一方面使得滑塊12能很好與導(dǎo)向架11和傳遞塊13接觸，以更好地傳遞扭矩，另一方面能使在滑塊12旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊12在其自身離心力作用下能快速地脫離開傳遞塊13，不與傳遞塊13接觸。

在大風(fēng)輪啟動(dòng)前，彈簧10的彈力推動(dòng)滑塊12，使滑塊12均與傳遞塊13和導(dǎo)向架11接觸，一旦有風(fēng)將小風(fēng)輪吹轉(zhuǎn)動(dòng)，小風(fēng)輪動(dòng)軸7的扭矩依次通過傳遞快13、滑塊12、導(dǎo)向架11和隨動(dòng)架14傳遞給大風(fēng)輪動(dòng)軸7，使大風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)升力型葉片3轉(zhuǎn)動(dòng)起來速度達(dá)到發(fā)電機(jī)2啟動(dòng)發(fā)電時(shí)，大風(fēng)輪啟動(dòng)；在大風(fēng)輪啟動(dòng)后，滑塊12在離心力作用下克服彈簧10的彈力向外移動(dòng)，脫離開傳遞塊13，不與傳遞塊13接觸，大風(fēng)輪發(fā)電，小風(fēng)輪不影響大風(fēng)輪。

本實(shí)用新型上述實(shí)施例通過滑塊12同時(shí)與傳遞塊13和導(dǎo)向架11接觸來使傳遞機(jī)構(gòu)8建立與小風(fēng)輪動(dòng)軸7的連接，通過滑塊12移動(dòng)致不與傳遞塊13接觸來使傳遞機(jī)構(gòu)8脫離開與小風(fēng)輪動(dòng)軸7的連接。本實(shí)用新型的傳遞機(jī)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，只要能在大風(fēng)輪啟動(dòng)前，傳遞機(jī)構(gòu)建立與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接，把小風(fēng)輪動(dòng)軸的扭矩傳遞給大風(fēng)輪動(dòng)軸，在大風(fēng)輪啟動(dòng)后，傳遞機(jī)構(gòu)脫離開與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接，實(shí)現(xiàn)這些功能的傳遞結(jié)構(gòu)均屬于本實(shí)用新型所述的傳遞結(jié)構(gòu)。比如，傳遞結(jié)構(gòu)可以是電磁鐵控制裝置，在大風(fēng)輪啟動(dòng)前，電磁鐵控制裝置的電磁鐵吸附在小風(fēng)輪動(dòng)軸上，建立起了電磁鐵控制裝置與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接，而在檢測(cè)到大風(fēng)輪啟動(dòng)后，電磁鐵控制裝置的電磁鐵磁性消失，電磁鐵脫離開小風(fēng)輪動(dòng)軸，電磁鐵控制裝置脫離開與小風(fēng)輪動(dòng)軸的連接。傳遞結(jié)構(gòu)還可以是其他自動(dòng)控制裝置或其他機(jī)械結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型提供的低風(fēng)速啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，增設(shè)了大風(fēng)輪動(dòng)軸、小風(fēng)輪和傳遞機(jī)構(gòu)，在啟動(dòng)時(shí)采用阻力型小風(fēng)輪，充分利用阻力型風(fēng)輪啟動(dòng)扭矩大的特點(diǎn)，阻力型小風(fēng)輪在風(fēng)速很低時(shí)都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，小風(fēng)輪的扭矩傳遞給大風(fēng)輪，使大風(fēng)輪啟動(dòng)，大風(fēng)輪啟動(dòng)后，完全由大風(fēng)輪來發(fā)電，大風(fēng)輪不受小風(fēng)輪的影響，發(fā)電效率高。本實(shí)用新型解決了升力型垂直軸風(fēng)機(jī)低風(fēng)速啟動(dòng)困難的問題，啟動(dòng)風(fēng)速低并且發(fā)電效率高。