专利名称：垂直轴大功率风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电技术，具体地说是一种可控制最佳帆叶迎风角的、配有分段帆叶和复合推力轴承的垂直轴大功率风力发电机。
背景技术：
目前，世界上正在运行的风力发电机中绝大部分是水平轴风力发电机，尽管应用普遍，但在结构上还存在一些问题。首先，水平轴风力发电机的桨叶轮作用在支撑塔的顶端，使支撑塔成为悬臂梁结构(所有桨叶的叶片都是悬臂梁)，以这种结构来制造大功率风机时，塔高一般为60米到90米，为保持如此高的支撑塔的稳定性则要求塔身结构非常粗壮并具有高强度的地面的混凝土基础，才能实现在塔顶承受全部的水平负荷。以50至70米的悬臂梁桨叶为例，其重量非常大，工艺要求复杂，这些都大大地增加了制造、运输、安装的成本。同时由于桨叶的旋转半径非常大，使桨尖部的线速度过高而产生阻力，风能不得不为克服这个阻力做功，使得本来就不高的风能利用率再打折扣。另外，风可能从四面八方吹过来，因此水平轴风机最小的占地面积是以塔基的中心为中心，以桨叶长度为半径的一个圆，如此大的土地上的所有空间全部被它占用，但可以用来吸收风能的面积却只是三个桨叶的面积。因此为安装风力发电机征用的土地成本过高，而风能利用率却过低，从可持续发展的角度看，这是对资源的一种浪费。
在现有技术中也曾披露过多种垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机的技术关键是调整桨叶在顺风和逆风时的阻力，从而吸收风能。大多数垂直轴风力发电机的实用新型者都是以中小功率风机为应用目标设计的(将单层的几个帆叶垂直向下安装在一个中心柱上)，机构太脆弱，没有考虑到大功率风力发电机和大功率发电机群所需要的特殊结构；加之，一般采取机械轴承来减少旋转部分的摩擦损耗。由于大型风力发电机的旋转部件重达十几吨到几十吨，即使使用滚珠轴承损耗也比较大，因而容易造成故障，维护困难。
实用新型内容为了解决现有技术中大功率风力发电机和风力发电机群所面临的成本高和风能利用率低的问题，本实用新型的目的是提供一种成本低和风能利用率高的垂直轴风力发电机，它具有多段组合的复合帆叶和复合推力轴承结构，可使用计算机控制系统控制垂直帆叶的最佳迎风角，调整帆叶在顺风和逆风时的阻力，从而最大可能地吸收风能，其实用性极强。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下包括安装有帆叶的中心柱，在中心柱顶部配置一带有传感器的风向标；其特征在于为分层式帆叶支撑盘、分段式帆叶和中心支撑柱组装结构，整体为柱形，其中所述中心柱为多段中心支撑柱相接结构，其上分层安装有帆叶支撑盘，帆叶支撑盘的边缘上设有可绕自身垂直轴旋转的连轴器，通过连轴器将帆叶与帆叶支撑盘安装在一起，构成分段组合的、同轴同向的复合帆叶；最后一段中心支撑柱底端通过主轴承安装在基座上，并设有动力传输齿轮，动力传输齿轮通过与之啮合的传动齿轮与配有减速器的发电机相连接；最上一段中心支撑柱顶端(通过轴承)与钢索固定器活动安装，并于钢索固定器上方设风向标；传感器通过控制系统与复合帆叶电连接，每一组复合帆叶底端均接有一迎风角驱动机构；整体用钢索或钢缆通过中心柱顶部的钢索固定器锚定；其中所述连轴器及主轴承均为复合推力轴承结构；所述复合推力轴承包括磁悬浮推力轴承及安装在套管上的径向滚珠轴承，其中磁悬浮推力轴承安装在连轴器或主推力轴承上、下底盘之间，为由永磁材料构成的偶数个同心圆环结构；在连轴器或主推力轴承底盘旋转中心轴上套装有与连轴器或主推力轴承下底盘中心部滑动配合的套管，安装径向滚珠轴承于连轴器或主推力轴承上底盘中心部与套管之间；所述安装在推力轴承上、下底盘之间相对位置的由永磁材料构成的对应同心圆环为等半径和等宽结构；所述永磁材料的极性布置是在同一个圆环上永磁材料的极性是相同的，在同一个推力轴承底盘上的两个圆环所使用的永磁材料的极性是相反的，在连轴器或主推力轴承上下底盘间、相对位置处直径相同的圆环上的永磁材料的极性是同性相对；其中含有复合推力轴承的主轴承具体结构是包括相互扣合的主推力轴承下底盘和主推力轴承上底盘，在主推力轴承下底盘的中心部设有主推力轴承底盘旋转中心轴，在主推力轴承上底盘的中心部设轴孔B，主推力轴承底盘旋转中心轴与主推力轴承上底盘中心部的轴孔B套接，使主推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起；在主推力轴承下底盘和主推力轴承上底盘上分别于相对位置处布置由永磁材料构成的偶数个同心圆环；在主推力轴承底盘旋转中心轴外设有一滑动配合的套管，套管的上、下两端分别装有径向滚珠轴承，径向滚珠轴承的轴承的外圈固定在主推力轴承上底盘中心部的轴孔B中；所述主推力轴承上底盘与最下一段中心支撑柱底部相连，所述主推力轴承下底盘安装在基座上；含有复合推力轴承的连轴器的具体结构包括相互扣合的连轴器推力轴承上、下底盘，在连轴器推力轴承上底盘中心部设一连轴器推力轴承底盘旋转中心轴，在连轴器推力轴承下底盘中心部设一轴孔A，连轴器推力轴承底盘旋转中心轴与轴孔A套接，使连轴器推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起；所述连轴器推力轴承上底盘及连轴器推力轴承下底盘上分别设有偶数个由永磁材料组成的同心圆环，连轴器推力轴承下底盘中心部的轴孔A中配置一滑动配合的套管，套管内壁的上、下缘分别装有径向滚珠轴承，所述径向滚珠轴承的内圈固定在与连轴器推力轴承底盘旋转中心轴上；连轴器推力轴承上、下底盘通过法兰盘分别与帆叶支撑盘上、下方的帆叶相连接，连轴器推力轴承下底盘还通过安装孔安装在帆叶支撑盘上；所述永磁材料采用钕铁硼；所述复合帆叶个数与在同一帆叶支撑盘上的连轴器的个数相同，至少为2个。
与现有技术相比，本实用新型更具有如下有益效果1.具有低成本特点。由于本实用新型采用分段帆叶结构，多个分段帆叶沿连轴器的纵向轴线组成一个复合帆叶，在复合帆叶的中间有若干个帆叶支撑盘，大大地减小了帆叶在风中的弯矩和挠力，采用本实用新型可以用较少的材料获得较大的帆叶面积，其分段加工的中心支撑柱对应分段的帆叶结构，便于加工、运输和安装。
2.重量轻、征用的土地面积小。由于本实用新型采用钢索或钢缆锚定方式，减少了支撑柱和地基的重量；同时由于仅将复合帆叶垂直地围绕中心柱设置，所以占地面积很小，因此本实用新型更适合以机群方式布置在风场中，可用钢索在各风力发电机中心柱的顶端结成网，然后锚定在地面上，这样可大大地提高风场的利用率并降低单位发电量的征地费用。
3.摩擦损耗小。本实用新型提供一种复合推力轴承结构，使旋转部分的能量损耗大大降低，同时减少了机械部件出现故障的可能性，从而方便了维护。
4.风能利用率高。本实用新型配合带有测定风力、风向的传感器的风向标，由计算机控制最佳帆叶迎风角，使帆叶在围绕旋转中心柱公转的过程中，在顺风的位置阻力最大，逆风的位置阻力最小，以期最大地吸收风能。
5.应用范围广。本实用新型为分段式复合帆叶设计思想和复合推力轴承结构，在整体结构和发电能力上均适用于大功率风力发电机和大功率发电机群。本实用新型也为用工业化、机械化方法防止沙漠化提供了一条很好的技术路线，如以机群方式布置在沙漠迎风侧的边缘，充分地吸收风的能量，如果在机群的地面上附以灌木林就会收到更好的效果。
图1-1为本实用新型整体结构示意图。
图1-2为图1-1中发电机室内部安装结构示意图。
图1-3为图1-1中迎风角驱动机构安装在帆叶支撑盘上，并通过连轴器与帆叶相连接的结构示意图。
图1-4为图1-1中通过连轴器将帆叶支撑盘上下方的帆叶安装在一起的结构示意图。
图1-5为图1-1中风向标、钢索固定器及钢索挂环在中心支撑柱顶部的结构示图。
图1-6为图1-1中发电机室顶部中心支撑柱的用靠轮加强的结构示意图。
图1-6-1为靠轮主视图。
图1-6-2为靠轮俯视图。
图2-1为图1中连轴器外形结构图。
图2-2为图1中连轴器剖视图。
图2-3为图1中磁悬浮推力轴承安装在连轴器推力轴承上底盘之间构成的偶数个同心圆环结构示意图。
图2-4为图1中磁悬浮推力轴承安装在连轴器推力轴承下底盘之间构成的偶数个同心圆环结构示意图。
图2-5为图1中连轴器另一外形结构图。
图3-1为图1中主轴承外形结构图。
图3-2为图1中主轴承剖视图。
图4为本实用新型控制系统结构示意图。
标号说明1为发电机室，2为迎风角驱动机构，3为帆叶支撑盘，4为帆叶，5为中心支撑柱，6为连轴器，7为钢索固定器，8为风向标，9为基座，10为主轴承，11为动力输出齿轮，12为传动齿轮，13为减速器，14为发电机，15为永磁材料，16为外环，17为靠轮；18为钢索挂环；101为主推力轴承下底盘，102为主推力轴承上底盘，103为主推力轴承底盘旋转中心轴，104为主推力轴承上底盘86中心部的轴孔B，105为外同心环状凸台C，106外同心环状凸台D，107为内同心环状凸台C，108为内同心环状凸台D；109为法兰盘C，110为安装孔B；601为连轴器推力轴承下底盘，602为连轴器推力轴承上底盘，603为安装孔A，604为外同心环状凸台A，605为外同心环状凸台B，606为内同心环状凸台A，607为内同心环状凸台B，套管608，径向滚珠轴承609，610为连轴器推力轴承底盘旋转中心轴，611为法兰盘A，612为方形孔，613为大号螺栓，614为法兰盘B，615为601为连轴器推力轴承下底盘中心部的轴孔A。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1下面以兆瓦级发电机为例说明本实用新型，但并不以此限定本实用新型。
如图1-1、1-2、1-3、1-4、1-5所示，本实用新型所述垂直轴风力发电机是这样构成的整体为柱形，中心有一个由中心支撑柱5连接而成的中心柱，其上有多层帆叶支撑盘3，帆叶支撑盘3的边缘上配置有4个可绕自身垂直轴旋转的连轴器6，连轴器6内为复合推力轴承结构，通过连轴器推力轴承下底盘601上的安装孔A 603与帆叶支撑盘3安装在一起，再通过法兰盘将连轴器6与分段的帆叶4连接成一个同轴同向的复合帆叶，具体是通过连轴器6顶部与位于帆叶支撑盘3上方的帆叶4相连(帆叶支撑盘3位于最上面的情况除外)，底部与位于帆叶支撑盘3下方的帆叶4连接(帆叶支撑盘3位于最下面的情况除外)，帆叶支撑盘3上可安装若干个复合帆叶(其个数与连轴器6个数相同，本实施例安装4个，由5个分段式帆叶4连接而成)，在最上段中心支撑柱5顶部通过带有轴承的钢索固定器7可旋转式安装在一起，在钢索固定器7上方配置有一个带有传感器的风向标8(传感器用于测量风力、风向)，在最下面的一段中心支撑柱5的底端通过主轴承10安装在发电机室1内的基座9上，具体是主轴承中的主推力轴承上底盘102通过其上的法兰盘C 109与最下一段中心支撑柱5底端通过法兰盘固连，主推力轴承上底盘102通过主推力轴承底盘转中心轴103可旋转式安装在主推力轴承下底盘101上。
在最下面的一个帆叶支撑盘3下方安装4个由控制系统控制的迎风角驱动机构2(本实施例采用电动机伺服机构)，每个迎风角驱动机构2驱动一组复合帆叶，用以控制它们的迎风角；风向标8随风转动，传感器将风向、风力数据通过控制系统传达给复合帆叶。控制系统将控制各复合帆叶对应的迎风角驱动机构2来转动复合帆叶，不断地调整它们的迎风角，使复合帆叶以中心柱为旋转轴公转的过程中，在顺风的位置阻力最大，逆风的位置阻力最小，以期最大地吸收风能。但遇到风力过大时，也要调整迎风角仅吸收适量的风能，防止发电机过载。
最下一段中心支撑柱5上还设有动力输出的齿轮11，通过与之啮合的传动齿轮12与配有减速器13的发电机14相连接；在主轴承10及发电机处设有发电机室1。
垂直轴风力发电机的整体用钢索或钢缆通过最上一段中心支撑柱5顶部的钢索固定器7锚定在地面上。
如图4所示，控制系统由模数转换器18、计算机19、伺服控制器20组成，其中模数转换器18接收来自风向标8的传感器信号，进行模数转换后的数据送至计算机19，计算机19通过程序将控制信号传送给与迎风角驱动机构2电连接的伺服控制器20(这里所述计算机及控制程序、模数转换器、伺服控制器均为现有技术)。
具体安装过程如下使用螺栓将6段12米长的中心支撑柱5连接成一个72米长的中心柱，每段12米长的中心支撑柱5均为管状钢结构，帆叶支撑盘3固装在中心支撑柱5上。每个帆叶支撑盘3上有若干个(本实施例为4个)连轴器6(长度为600mm)，所述连轴器6可以绕自身垂直轴线旋转，它的内部为磁悬浮推力轴承和径向滚珠轴承组合在一起的复合推力轴承结构，旨在降低旋转时的摩擦力。使用螺栓，通过连轴器6将分立的11.4米长、5米宽的分段式帆叶4连接成4个60米长的复合帆叶。每个复合帆叶的下面有1个独立的作为迎风角驱动机构的电动机伺服机构，用以随时调节每个复合帆叶的迎风角。最下面一段中心支撑柱5的底部通过主轴承10固定在发电机室1内的钢筋混凝土的基座9上。垂直安装的最上面一段中心支撑柱5的顶端装有钢索固定器7，它沿各个方向设有钢索挂环18，通过挂在其上的钢索直接锚定在地面上，或与其他风力发电机相连，以加强风机的稳定性和抗风能力。在钢索固定器7的上方安装一风向标8，用安装在内部的传感器测得风向和风力，该风向风力数据经模数转换器18传至发电机室1内的计算机19上，计算机19根据各个复合帆叶和风向所处的相对位置通过伺服控制器20及迎风角驱动机构2调整各复合帆叶的迎风角，使其顺风时阻力最大，逆风时阻力最小，最大限度的吸收风能。当风力太大时为避免过载，通过调整迎风角使顺风帆叶与逆风帆叶的阻力差适当，防止过多地吸收风能。
下面结合原理对本实用新型作进一步的说明。
由于本实用新型采用分段式复合帆叶结构，在复合帆叶的中间有若干个帆叶支撑盘3，可以大大地减小了复合帆叶在风中的弯矩和挠力。另外可以用较少的材料获得较大的帆叶面积；较短的帆叶也便于加工、运输和安装。中心支撑柱5对应分段的帆叶，也可被分段加工，然后组装成一个整体。采用本实用新型结构，虽然1.5MW的垂直轴风力发电机的中心柱也高达60米，但由于中心柱的柱顶可以用钢索或钢缆锚定，因此中心柱和地基可大大地轻量化。同时由于复合帆叶仅垂直地围绕中心柱设置，所以占地面积很小，以1.5MW为例，若使用60米长的帆叶，采用现有技术中水平轴风力发电机占地约1万平方米，而采用本实用新型之垂直轴风力发电机占地仅为400平方米。因此本实用新型之垂直轴风力发电机更适合被以机群方式布置在风场中，再用钢索在各风力发电机中心柱的顶端结成网，然后锚定在地面上，便可大大地提高风场的利用率并降低单位发电量的征地费用。
为了克服现有技术中风力发电机采用机械轴承来减少旋转部分的摩擦损耗方法，容易造成故障及导致维护困难等问题，本实用新型提供一种复合推力轴承结构的连轴器6及主轴承10，使旋转部分的能量损耗大大降低，减少了机械部件出现故障的可能性，有效地节约了维护成本。
由于本实用新型垂直轴向配置帆叶，当增加风力发电机的输出功率时，就必须加大帆叶的宽度和高度，同时大功率风力发电机的受力很大，必须保证结构的强度，这些都使得旋转部件的重量大大增加。即便在风力发电机顶部使用钢缆锚固到地面上来提高系统结构的稳定性，整个旋转部件的重量也将达到65吨，所以减少如此重量巨大的旋转部件在旋转过程中的摩擦损耗就成了至关重要的问题。水平轴风力发电机的旋转部件只有桨叶，支撑机构都是固定的，而大功率的垂直轴风力发电机都会遇到这个问题。本实用新型利用近年来出现的钕铁硼永磁材料，特别设计了一种接近零摩擦的复合推力轴承来解决这个问题。
考虑到垂直轴风力发电机旋转部件围绕垂直轴旋转，轴承承担的是整个风力机包括帆叶和支撑机构的重量，轴承的主要负荷是轴向负荷，径向负荷很小。本实用新型利用磁极同性相吸、异性相斥的原理，首先将复合推力轴承安装在主轴承10上，它包括磁悬浮推力轴承及安装在套管上的径向滚珠轴承，参见图3-1、3-2，具体是在主推力轴承下底盘101和主推力轴承上底盘102上各布置由永磁材料15构成的偶数个同心圆环(本实施例采用2个同心圆环，分别安装在主推力轴承上、下底盘的同心环状凸台上；具体可按如下方式安装在主推力轴承下底盘101上设外同心环状凸台D 105、内同心环状凸台D 107，两同心环状凸台直径不同、但等宽度；在主推力轴承上底盘102上设外同心环状凸台C 106、内同心环状凸台C108，两同心环状凸台直径不同、但等宽度；再将与同心环状凸台尺寸相对应的永磁材料15固装在所述四个同心环状凸台上，形成两两对应设置的4个永磁块组成的圆环)，主推力轴承上、下底盘相对位置处的同心环状凸台为等半径和等宽(本实施例中，同心环状凸台的直径分别是1680mm、1280mm，宽度均为100mm；使用的磁性材料为方形钕铁硼永磁块，厚度为20mm；每个钕铁硼永磁块上面有两个直径为5mm的圆孔)，用螺栓通过所述两个圆孔将钕铁硼永磁块固定在主推力轴承上、下盘的同心环状凸台上。其中钕铁硼永磁块的极性是这样安排的在同一个圆环上的钕铁硼永磁块的极性是相同的，在同一个底盘的两个圆环所布置的钕铁硼永磁块的极性是相反的，主推力轴承上、下底盘间直径相同的圆环上的钕铁硼永磁块的同性相对。这样当安装了钕铁硼永磁块的主推力轴承上、下底盘相对合拢时，由于磁极的作用就产生了推力(本实施例中，在主推力轴承上、下底盘相距10mm时，推力为32吨，相距5mm时约为120吨)。由于钕铁硼充磁后的剩磁远小于矫顽力，因此不必担心长期逆磁条件下会产生退磁现象。但是由于这种推力是一个不稳定力偶，它不能使系统在负荷下稳定旋转，为了保证推力始终作用在旋转中心上，本实用新型配合使用一个径向滚珠轴承来稳定主推力轴承上、下底盘的旋转中心，与磁悬浮推力轴承一起构成了复合推力轴承。然而这个径向滚珠轴承与普通的径向滚珠轴承有不同的使用方法，由于所述磁悬浮推力轴承是一种弹性系统，它会随风力变化而引起的垂直轴向负荷变化而发生位移，微小的地震也会引起所述磁悬浮推力轴承的轴向位移。但是径向滚珠轴承是不允许轴向位移的，为了避免在这种情况下对径向滚珠轴承损坏，本实用新型采用了如下的技术措施在主推力轴承下底盘101的中心部设一主推力轴承底盘旋转中心轴103，在主推力轴承底盘旋转中心轴103外设有一滑动配合的套管608，套管608的上、下两端外侧分别装有径向滚珠轴承609，径向滚珠轴承609的轴承的外圈固定在主推力轴承上底盘102中心部的轴孔B 104中。这样，当主推力轴承上、下底盘随轴向负荷的变化发生轴向位移时，仅是套管608与所述主推力轴承底盘旋转中心轴103之间产生的轴向位移，径向滚珠轴承609并未受到任何轴向力。
其中含有复合推力轴承的主轴承具体结构是包括相互扣合的主推力轴承下底盘101和主推力轴承上底盘102，在主推力轴承下底盘101的中心部设有主推力轴承底盘旋转中心轴103，在主推力轴承上底盘102的中心部设轴孔B 104，主推力轴承底盘旋转中心轴103与主推力轴承上底盘102中心部的轴孔B 104套接，使主推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起。主推力轴承上底盘102顶部通过法兰盘C 109与最下面一段中心支撑柱5相连；为了稳固，在主推力轴承上底盘102中心部的轴孔B 104的外壁添设加强筋；主推力轴承下底盘101通过安装孔B 110与基座9安装在一起。
在本实用新型中还在连轴器6上采用了复合推力轴承结构(包括磁悬浮推力轴承及安装在套管上的径向滚珠轴承两部分，参见图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5)，尽管帆叶复合推力轴承的垂直轴向负荷比主轴承小得多，但由于结构上的需要，还是有它的特别之处。具体结构为连轴器推力轴承下底盘601上设有安装孔A 603，通过安装孔A 603，连轴器推力轴承下底盘601被安装在帆叶支撑盘3上；连轴器推力轴承下底盘601上还设有两个由钕铁硼永磁块组成的、安装在同心环状凸台上的同心圆环(具体可以按如下方式安装在连轴器推力轴承下底盘601设两个直径不同、但等宽度的同心环状凸台，即外同心环状凸台A 604，内同心环状凸台A 606，与同心环状凸台尺寸相对应的永磁材料15固装在两个同心环状凸台上)，在连轴器推力轴承上底盘602上也有两个由钕铁硼永磁块组成的、安装在同心环状凸台上的同心圆环(具体可以按如下方式安装在连轴器推力轴承上底盘602上分别设两个直径不同、但等宽度的同心环状凸台，即外同心环状凸台B 605，内同心环状凸台B 607，与同心环状凸台尺寸相对应的永磁材料15固装在两个同心环状凸台上)，与连轴器推力轴承下底盘601中由钕铁硼永磁块组成的两个同心圆环相对应。连轴器推力轴承下底盘601中心部的轴孔A 615中配置一滑动配合的套管608，套管608内壁的上、下缘分别装有径向滚珠轴承609，径向滚珠轴承609的内圈固定在作为连轴器推力轴承上底盘602中心部的连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610上，连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610与连轴器推力轴承上底盘602安装在一起。具体为连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610的上方被铣呈方形柱612，连轴器推力轴承上底盘602的中心部位配有一个与方形柱612相配合的方孔，用大号螺栓613将连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610与连轴器推力轴承上底盘602固装在一起。其复合推力轴承的工作原理与主轴承10复合推力轴承工作原理相同，不再鳌述。
其中含有复合推力轴承的连轴器的具体结构包括相互扣合的连轴器推力轴承上、下底盘，在连轴器推力轴承上底盘602中心部设一连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610，在连轴器推力轴承下底盘602的中心部设一轴孔A615，连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610与轴孔A615套接，使连轴器推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起。连轴器推力轴承底盘旋转中心轴610的下方设有法兰盘A 611，与连轴器6下面的帆叶4的顶部上法兰盘相连接，连轴器推力轴承上底盘602上设有法兰盘B 614，通过法兰盘B614与连轴器6上方的帆叶4的下法兰盘相连接，另外，在连轴器推力轴承上底盘602外壁与法兰盘B 614之间添设加强筋。
实施例2与实施例1不同之处在于如图1-6所示，在发电机室1顶部的中心支撑柱5外壁套装一外环16，安装多个靠轮17于发电机室顶部，并与外环16抵接，用以加强中心支撑柱5在运动中的稳定性。所述靠轮17的主视图见图1-6-1，俯视图见图1-6-2。
本实用新型可以直接将永磁材料15固装在所述连轴器推力轴承上、下底盘及主推力轴承上、下底盘上。
权利要求1.一种垂直轴大功率风力发电机，包括安装有帆叶的中心柱，在中心柱顶部配置一带有传感器的风向标；其特征在于为分层式帆叶支撑盘、分段式帆叶和中心支撑柱组装结构，整体为柱形，其中所述中心柱为多段中心支撑柱相接结构，其上分层安装有帆叶支撑盘，帆叶支撑盘的边缘上设有可绕自身垂直轴旋转的连轴器，通过连轴器将帆叶与帆叶支撑盘安装在一起，构成分段组合的、同轴同向的复合帆叶；最后一段中心支撑柱底端通过主轴承安装在基座上，并设有动力传输齿轮，动力传输齿轮通过与之啮合的传动齿轮与配有减速器的发电机相连接；最上一段中心支撑柱顶端与钢索固定器活动安装，并于钢索固定器上方设风向标；传感器通过控制系统与复合帆叶电连接，每一组复合帆叶底端均接有一迎风角驱动机构；整体用钢索或钢缆通过中心柱顶部的钢索固定器锚定；其中所述连轴器及主轴承均为复合推力轴承结构。
2.按权利要求1所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述复合推力轴承包括磁悬浮推力轴承及安装在套管上的径向滚珠轴承，其中磁悬浮推力轴承安装在连轴器或主推力轴承上、下底盘之间，为由永磁材料构成的偶数个同心圆环结构；在连轴器或主推力轴承底盘旋转中心轴上套装有与连轴器或主推力轴承下底盘中心部滑动配合的套管，安装径向滚珠轴承于连轴器或主推力轴承上底盘中心部与套管之间。
3.按权利要求2所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述安装在推力轴承上、下底盘之间相对位置的由永磁材料构成的对应同心圆环为等半径和等宽结构。
4.按权利要求2所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述永磁材料的极性布置是在同一个圆环上永磁材料的极性是相同的，在同一个推力轴承底盘上的两个圆环所使用的永磁材料的极性是相反的，在连轴器或主推力轴承上下底盘间、相对位置处直径相同的圆环上的永磁材料的极性是同性相对。
5.按权利要求2所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于其中含有复合推力轴承的主轴承具体结构是包括相互扣合的主推力轴承下底盘和主推力轴承上底盘，在主推力轴承下底盘的中心部设有主推力轴承底盘旋转中心轴，在主推力轴承上底盘的中心部设轴孔B，主推力轴承底盘旋转中心轴与主推力轴承上底盘中心部的轴孔B套接，使主推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起；在主推力轴承下底盘和主推力轴承上底盘上分别于相对位置处布置由永磁材料构成的偶数个同心圆环；在主推力轴承底盘旋转中心轴外设有一滑动配合的套管，套管的上、下两端分别装有径向滚珠轴承，径向滚珠轴承的轴承的外圈固定在主推力轴承上底盘中心部的轴孔B中。
6.按权利要求5所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述主推力轴承上底盘与最下一段中心支撑柱底部相连，所述主推力轴承下底盘安装在基座上。
7.按权利要求2所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于含有复合推力轴承的连轴器的具体结构包括相互扣合的连轴器推力轴承上、下底盘，在连轴器推力轴承上底盘中心部设一连轴器推力轴承底盘旋转中心轴，在连轴器推力轴承下底盘中心部设一轴孔A，连轴器推力轴承底盘旋转中心轴与轴孔A套接，使连轴器推力轴承上、下底盘可旋转式安装在一起；所述连轴器推力轴承上底盘及连轴器推力轴承下底盘上分别设有偶数个由永磁材料组成的同心圆环，连轴器推力轴承下底盘中心部的轴孔A中配置一滑动配合的套管，套管内壁的上、下缘分别装有径向滚珠轴承，所述径向滚珠轴承的内圈固定在与连轴器推力轴承底盘旋转中心轴上。
8.按权利要求7所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于连轴器推力轴承上、下底盘通过法兰盘分别与帆叶支撑盘上、下方的帆叶相连接，连轴器推力轴承下底盘还通过安装孔安装在帆叶支撑盘上。
9.按权利要求2、3、4、5或7所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述永磁材料采用钕铁硼。
10.按权利要求1所述垂直轴大功率风力发电机，其特征在于所述复合帆叶个数与在同一帆叶支撑盘上的连轴器的个数相同，至少为2个。
专利摘要本实用新型涉及一种大功率垂直轴风力发电机，属风力发电机领域。为解决大功率水平轴风力发电机中悬臂梁结构所引发的问题和目前现有垂直轴风力发电机技术尚不能适应大功率风机的要求而设计的。本实用新型为分层组装结构，帆叶及中心支撑柱经帆叶支撑盘通过连轴器组装成一个整体中心柱和与迎风角驱动机构相连的复合帆叶；中心柱底端通过主轴承安装在基座上，并经传输机构与发电机相连；中心柱顶端经钢索固定器锚定，并于钢索固定器上方设风向标；风向标上的传感器通过控制系统与复合帆叶相连接。本实用新型通过控制系统调节帆叶的迎风角，最大可能地吸收风的能量，连轴器及主轴承均为复合磁悬浮推力轴承结构，因而降低摩擦损耗，提高了系统的效率。
文档编号F03D9/00GK2802114SQ20052008941
公开日2006年8月2日 申请日期2005年2月22日 优先权日2005年2月22日
发明者曾碚凯, 罗伯特·布丁, 大卫·布斯曼 申请人:曾碚凯