一种垂直轴双驱动风力发电装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电装置技术领域，具体涉及一种垂直轴双驱动风力发电装置。


背景技术：

2.风力发电装置是清洁、可再生绿色能源中的一种最要形式，应用越来越广泛。但是，风力发电机的功率输出较低，因此如何提高风能的转化率，提高输出功率是风力发电装置的关键技术，一直以来，都是风力发电装置研发的重点。
3.中国实用新型专利cn 104747380a公开了一种垂直轴风力发电机，包括风轮与发电机，所述发电机包括内转子与外转子，所述风轮包括第一风轮与第二风轮，所述第一风轮带动发电机内转子转动，所述第二风轮带动发电机外转子转动，所述第一风轮与所述第二风轮转向相反。该方案，内转子和外转子分别由第一风轮和第二风轮驱动相对旋转，提高了二者之间的相对转速，增加了功率输出。但是，该方案存在以下问题：
4.1、第一风轮和第二风轮上下布置，竖向占用空间大。
5.2、由于竖向高度较大，造成稳定性较差，中心轴承载力大，使用寿命低。
6.有鉴于此，急需对现有的垂直轴风力发电装置进行改进，以提高发电效率，并且减小整体竖直高度，提高稳定性和使用寿命。


技术实现要素：

7.针对上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直轴双驱动风力发电装置，以解决现有的风力发电装置，竖向占用空间大，稳定性较差，使用寿命低的问题。
8.为此，本实用新型提供的一种垂直轴双驱动风力发电装置，包括发电机以及用于驱动所述发电机的外转子转动的内风叶组件和驱动发电机的内转子转动的外风叶组件，所述内风叶组件和外风叶组件的转动方向相反，
9.所述外转子由所述发电机的外壳构成，所述内转子设置在所述外壳的内部，并与垂直设置的风叶外轴固定，所述风叶外轴同轴套设在风叶内轴的外侧，且二者设有间隙；
10.所述内风叶组件与所述风叶外轴固定，所述风叶外轴与所述发电机的外壳固定；
11.所述外风叶组件围绕所述内风叶组件的外周同轴设置，并通过上固定架和下固定架与所述风叶内轴固定。
12.在上述技术方案中，优选地，还包括支撑轴座，呈竖直的套筒形状，其轴孔的上端处设有台阶式轴承孔，所述台阶式轴承孔内安装第一轴承，并对所述第一轴承的外圈轴向固定，所述风叶内轴与所述第一轴承的配合处设有轴肩，对所述第一轴承的内圈轴向固定；所述支撑轴座的轴孔的下端处设有第二轴承，所述风叶内轴的下端插装在所述第二轴承内。
13.在上述技术方案中，优选地，所述内风叶组件包括第一叶片和第二叶片，分别固定在所述风叶外轴上，所述第一叶片和第二叶片结构相同，迎风面为呈自上而下螺旋状布置
的弧形面，且所述第一叶片和第二叶片的迎风面180度反向对称布置。
14.在上述技术方案中，优选地，所述发电机的外壳由上盖和下盖组装而成，所述风叶外轴的下端设有法兰，通过所述法兰与所述上盖的上端面固定；所述上盖的上端面围绕其中心轴孔设有定位环，所述定位环插入到所述风叶内轴与所述风叶外轴的间隙内。
15.在上述技术方案中，优选地，所述第一叶片的迎风面在水平投影面形成s形，且自上而下由多片弧形叶片组装而成。
16.在上述技术方案中，优选地，所述弧形叶片通过固定座固定在所述风叶外轴上，所述固定座为矩形块结构，其中心设有水平设置的第一固定通孔，第一固定通孔的两侧分别设有第二固定通孔和第三固定通孔，第二固定通孔和第三固定通孔分别与第一固定通孔平行，且间隔设置；
17.第一固定螺栓穿过第一固定通孔将固定座固定在风叶外轴上，第一叶片上的弧形叶片通过第一固定杆固定在固定座上，第二叶片上的弧形叶片通过第二固定杆固定在固定座上。
18.在上述技术方案中，优选地，连接所述第一叶片的最上端的弧形叶片的第一固定杆，与连接所述第一叶片的最下端的弧形叶片的第一固定杆，相互平行，且间隔设置。
19.在上述技术方案中，优选地，所述下固定架包括：
20.下固定管套设固定在所述风叶内轴的上部，所述下固定管的下端具有外圆周面呈下小上大的台阶轴，；
21.下风叶固定件，具有一个底部圆盘，其外沿设有向上倾斜延伸的多个上固定板；所述底部圆盘套设在所述台阶轴，所述底部圆盘的底面上设有环形套；所述支撑轴座的上端插入到所述环形套内；
22.所述外风叶组件的第二风叶固定在所述上固定板上。
23.在上述技术方案中，优选地，所述上固定架包括：
24.上固定管套设固定在所述风叶内轴的下部，所述下固定管的下端设有环形凸缘，所述环形凸缘的底面上设有环形凹槽，所述风叶外轴的上端插入到环形凹槽内；
25.上风叶固定件，具有一个顶部圆盘，其外沿设有下端向外倾斜延伸的多个上固定板；
26.所述第二风叶的上端固定在所述上固定板上。
27.在上述技术方案中，优选地，所述风叶外轴的上端设有第五轴承，所述环形凹槽的内壁与所述第五轴承的内圈相抵，构成轴向固定结构。
28.由上述技术方案可知，本实用新型提供的垂直轴双驱动风力发电装置，解决了现有技术竖向占用空间大，稳定性较差，使用寿命低的问题。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
29.风、外风叶组件转向相反，且外风叶组件围绕内风叶组件设置，与内风叶组件共用同一个高度空间，减小了垂直轴发电装置的高度，提高了稳定性，降低了成本，同时提高了发电效率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实
用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型提供的垂直轴双驱动风力发电装置一种实施例的示意图；
32.图2为图1中的a部放大图；
33.图3为图2中的b部放大图；
34.图4为本实用新型中内风叶组件的示意图；
35.图5为图4的俯视图；
36.图6为本实用新型中外风叶组件的示意图；
37.图7为本实用新型中下固定回的示意图；
38.图8为本实用新型中上固定架的示意图；
39.图9为图1中的c部放大图。
40.图1
‑
图9中，零部件的对应关系如下：
41.支撑轴座10，发电机20，内风叶组件30，外风叶组件40，避雷针50；
42.连接法兰11，第一轴承12，第二轴承13；
43.上盖211，下盖212，环形磁钢213，第三轴承214，定位环215，第四轴承216；
44.外壳21，内转子22，风叶内轴23；
45.第一环形凸台231，第五轴承232；
46.第一叶片31，第二叶片32，风叶外轴33，固定座34，第一固定螺栓35，第一固定杆36，第二固定杆37；
47.法兰331；
48.第二风叶41，下固定架42，上固定架43；
49.下固定管421，下风叶固定件422，底部圆盘423，下固定板424，台阶轴425，环形套426；
50.上固定管431，上风叶固定件432，顶部圆盘433，上固定板434，环形凸缘435，环形凹槽436；
51.锁紧螺母51，锁紧压板52。
具体实施方式
52.下面将结合本实用新型实施例附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
53.本实用新型的实现原理是：
54.内风叶组件与风叶外轴固定，风叶外轴与发电机的外壳固定；外风叶组件围绕内风叶组件的外周同轴设置，并通过上固定架和下固定架与风叶内轴固定，风叶外轴同轴套设在风叶内轴的外侧，内风叶组件和外风叶组件的转动方向相反。
55.本实用新型提供的方案，外风叶组件围绕内风叶组件设置，与内风叶组件共用同一个高度空间，减小了垂直轴发电装置的高度，提高了稳定性，降低了成本，同时提高了发
电效率。
56.为了对本实用新型的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本实用新型技术方案的几个优选的具体实施例。
57.需要说明的是，本文中“内、外”、“前、后”及“左、右”等方位词是以产品使用状态为基准对象进行的表述，显然，相应方位词的使用对本方案的保护范围并非构成限制。
58.请参见图1和图2，图1为本实用新型提供的一种垂直轴双驱动风力发电装置，图2为图1中的a部放大图，图3为图2中的b部放大图。
59.如图1、图2所示，本实用新型提供的一种垂直轴双驱动风力发电装置，包括支撑轴座10，发电机20，内风叶组件30和外风叶组件40。
60.本实施例中，发电机20采用的是盘式发电机，包括外壳21和设置在外壳21内的内转子22，外壳21构成了发电机20的外转子。内风叶组件30驱动外转子转动，外风叶组件40驱动内转子22转动，内风叶组件30与外风叶组件40设置为旋转方向相反，由此使得内转子与外转子产生相对旋转，提高了内、外转子之间的相对转速，提高了发电的效率。
61.再参见图1所示，支撑轴座10为空心轴结构，其下端具有连接法兰11，用于将支撑轴座10固定在底部支架或者底部基座等构件上。
62.支撑轴座10呈竖直的套筒形状，其轴孔的上端处设有第一轴承12，下端设有第二轴承13，第二轴承13距离支撑轴座10的底面具有一定的距离。
63.再请参见图2、图3，发电机20的外壳21由上盖211和下盖212相对组合而成，上盖211的下端面(内侧面)和下盖212的上端面(内侧面)上分别设有环形磁钢213，内转子22为盘式绕组结构，由多层片式绕组叠压形成，且上下表面上分别具有相对设置的环形凹槽，环形磁钢213的端面伸入到环形凹槽内，这种设计，可最大限度地避免磁力线从环形磁钢213的圆周边缘处外泄，提高了磁力线的利用效率。
64.风叶内轴23为空心轴结构，位于发电机20内部的部位处，其外圆周面上设有第一环形凸台231，内转子22套装在风叶内轴23上，通过键连接结构与风叶内轴23固定，且内转子22的下端面与第一环形凸台231的上端面相抵，内转子22由风叶内轴23带动其旋转。
65.上盖211的中心轴孔的下端嵌装有第三轴承214，内转子22与第三轴承214之间套设有调节环，用于对内转子22轴向限位，并配合抵住第三轴承214的内圈，第三轴承214的外圈由上盖211上相应的结构相抵。
66.下盖212的中心轴孔的上端嵌装有第四轴承216，第四轴承216的内圈与第一环形凸台231的下端面相抵，第四轴承216的外圈由下盖212上的相应结构相抵。
67.上盖211和下盖212在外缘处通过周向均布设置的多根螺栓固定，组合形成发电机的外壳21。
68.风叶内轴23的下部自上而下插装在支撑轴座10内，第一轴承12采用推力轴承，风叶内轴23与第一轴承12的配合处设有轴肩，风叶内轴23此处的轴肩抵住第一轴承12的内圈，实现了第一轴承12的内圈轴向固定。支撑轴座10上端的内壁上设有台阶式轴承孔，第一轴承12安装在该轴承孔内，并通过此处的台阶抵住第一轴承12的外圈，实现了对第一轴承12的外圈轴向固定，由此形成的重力传递结构为：
69.风叶内轴23承载的上部重量，传递给第一轴承12，在通过第一轴承12传递给支撑轴座10。全部的重力载荷由第一轴承12和支撑轴座10承担。
70.风叶内轴23的下端插装在第二轴承13内，第二轴承13不承载，用于使风叶内轴23转动灵活，并保证同轴度。风叶内轴23的下端向下穿出第二轴承13后，套装集电环装置，并通过螺母和弹簧垫片轴向固定。连接法兰11的底面高于螺母，从而使支撑轴座10形成对风叶内轴23的下端以及集电环装置的保护。
71.如图4、图5所示，内风叶组件30包括第一叶片31、第二叶片32和风叶外轴33。
72.第一叶片31和第二叶片32结构相同，分别通过固定座34固定在风叶外轴33上，第一叶片和第二叶片的迎风面为呈螺旋状布置的弧形面，且二者的迎风面180度反向对称布置。
73.第一叶片31的迎风面在水平投影面形成s形，且自上而下由多片弧形叶片组装而成。连接第一叶片的最上端的弧形叶片的固定杆，与连接第一叶片的最下端的弧形叶片的固定杆，相互平行，且间隔设置。
74.以第一叶片31为例，第一叶片31自上而下由6片弧形叶片组成，第一叶片31和第二叶片32上相对设置的两片弧形叶片分别通过一个固定座34固定在风叶外轴33上。
75.固定座34为矩形块结构，其中心设有水平设置的第一固定通孔，第一固定通孔的两侧分别设有第二固定通孔和第三固定通孔，第二固定通孔和第三固定通孔分别与第一固定通孔平行，且间隔设置。
76.第一固定螺栓35穿过第一固定通孔将固定座34固定在风叶外轴33上，第一叶片31上的弧形叶片通过第一固定杆36固定在固定座34上，第二叶片32上的弧形叶片通过第二固定杆37固定在固定座34上。
77.第一叶片31与第二叶片32的弧形叶片的弧面弯曲方向相反，且同一水平位置处的两片弧形叶片呈180度对称设置，弧面为迎风面，在风的作用下产生驱动力。
78.图5为内风叶组件的俯视投影图，该图中定义的x轴和y轴用以说明第一叶片31和第二叶片的位置关系，此处的x轴和y轴并非绝对的定义。
79.如图5所示，第一叶片31上最上端的弧形叶片，其顶面开口边缘通过第一固定杆36与固定座34固定，第一固定杆36与x轴平行，且位于x轴的上方，第一固定杆36与x轴之间的距离为s。图5中，阴影线区域表示内风叶组件30，空白区域表示内风叶组件30。
80.第一叶片31上最下端的弧形叶片，其底面开口边缘通过另一根第一固定杆36与另一个固定座34固定，该第一固定杆36也与x轴平行，且位于x轴的下方，该第一固定杆36与x轴之间的距离也为s。
81.即连接第一叶片31上最上端的弧形叶片的固定杆，与连接第一叶片31上最下端的弧形叶片的固定杆，相互平行，相对于x轴对称地间隔设置。
82.这种设计，自上而下将全部的弧形叶片组装完成，得到第一叶片31与第二叶片32之后，第一叶片31与第二叶片32的迎风面呈反方向的螺旋状，任何方向来风，都可以作用于第一叶片31和第二叶片32上产生推力，降低了第一叶片31与第二叶片32的启动力。
83.再结合图3，风叶外轴33的下端设有法兰331，法兰331的底面设置在发电机的上盖211的顶面上，并通过螺栓固定，由此，风叶外轴33带动发电机的外壳21旋转，近而驱动发电机的外转子旋转。
84.对于垂直轴发电机而言，由于风叶内轴较细、较长，风叶外轴33套设在风叶内轴23的外侧，二者之间的同轴度对于发电机的性能影响很大。特别是在风叶外轴33与外壳21之
间只能采用端面连接固定结构，这种固定结构造成装配时误差较大，很难保证较高的同轴精度。为此，本实用新型方案采用了如下设计。
85.再参见图3，上盖211的上端面围绕中心孔设有定位环215，定位环215插入到风叶内轴23与风叶外轴33之间的间隔内，从而实现了对风叶外轴33的精确定位，能够提高风叶外轴33与风叶内轴23之间的同轴度，减少损耗，提高效率，延长使用寿命。
86.再参见图1、图5所示，外风叶组件40由多个第二风叶41并通过下固定架42和上固定架43固定在风叶内轴23上。外风叶组件40围绕内风叶组件30设置。
87.本实施例中，第二风叶41呈c形，共三组，沿周向均布设置。
88.如图6所示，下固定架42包括下固定管421和固定在下固定管421外圆周面上的下风叶固定件422。
89.下固定管421套设在发电机的风叶内轴23上，并通过径向贯穿的螺栓与风叶内轴23固定。
90.下风叶固定件422具有一个底部圆盘423，其外沿设有向上倾斜延伸的多个下固定板424，下固定板424的数量与第二风叶41的数量相同，用于固定第二风叶41。本实施例中，第二风叶41呈c字形，共设有三片，因此，下固定板424也设有三块，沿周向均布设置，相邻的下固定板424间隔120度设置。
91.下固定管421的下端具有外圆周面呈下小上大的台阶轴425，底部圆盘423套设在下固定管421的下端的台阶轴425上，底部圆盘423的底面上设有环形套426，环形套426提供以下两种作用，第一，用于定位。第二，对下方的轴承起到防护作用，避免灰尘、杂物进入到轴承内，延长轴承的使用寿命。
92.如图7所示，上固定架43包括上固定管431和固定在上固定管431外圆周面上的上风叶固定件432。
93.上固定管431套设在发电机的风叶内轴上，并通过径向贯穿的螺栓与风叶内轴固定。
94.上风叶固定件432具有一个顶部圆盘433，其外沿设有下端向外倾斜延伸的多个上固定板434，上固定板434的数量与第二风叶的数量相同，用于固定第二风叶。本实施例中，第二风叶共设有三片，因此，上固定板434也设有三块，沿周向均布设置，相邻的上固定板434间隔120度设置。
95.上固定管431的下端设有环形凸缘435，环形凸缘435的底面上设有环形凹槽436。
96.如图2所示，本实施例中，风叶内轴23由上风叶内轴和下风叶内轴两段螺纹或其他方式连接而成，减小了运输时风叶内轴23的长度，方便运输。
97.并且，这种分段式结构，在上风叶内轴与风叶外轴33和外风叶组件的上固定管431之间的连接结构中，能够采用更简洁的结构形式。
98.如图9所示，上风叶内轴的外圆周面上设有第二轴肩，第五轴承嵌装在风叶外轴33的上端，且风叶外轴33的上端插入到环形凹槽436内，由此，一方面能够对风叶外轴33对中限位；另一方面，环形凹槽436的内壁与第五轴承232的内圈相抵，构成轴向固定结构；第三，环形凹槽436的外侧壁遮挡住了第五轴承232，能够避免灰尘、杂物等进入到第五轴承232内，延长了第五轴承232的使用寿命。
99.风叶内轴23的上端向上穿出上固定管431后，安装避雷针50，如图1所示。
100.风叶内轴23的上端设有外螺纹，通过锁紧螺母51和锁紧压板52对顶部圆盘433进行轴向限位，并施压于第五轴承232的内圈上。
101.本实用新型中，支撑轴座10的外圆周面上设有与集电环装60匹配的接线端子，集电环装60与发电机20的输出端子连接，用于输出电力。发电机的输出线缆布置在风叶内轴23的内腔中。
102.本实用新型提供的垂直轴双驱动风力发电装置，工作原理如下：
103.在风力的作用下，内风叶组件30顺时针旋转，带动发电机20的外转子(外壳21)顺时针旋转，同时，外风叶组件40逆时针旋转，从而带动发电机20的内转子22逆时针旋转，内转子22与外转子相对旋转，提高了发电效率。
104.显然，也可以是内风叶组件30逆时针旋转，外风叶组件40顺时针旋转。
105.综合以上具体实施例的描述，本实用新型提供的垂直轴双驱动风力发电装置，与现有技术相比，具有如下优点：
106.首先，外风叶组件40围绕内风叶组件30设置，相当于在同一个高度范围内，外风叶组件40与内风叶组件30共用同一个高度空间，减小了垂直轴发电装置的高度，提高了稳定性，降低了成本，使用寿命高。
107.其次，内风叶组件包括对称设置的第一风叶和第二风叶，且第一风叶和第二风叶自上而下呈s形螺旋状，较小的风力也能够启动，提高了发电机的启动性能。
108.第三，风叶内轴23与支撑轴座10之间设有第一轴承和第二轴承，风叶内轴23与第二风叶外轴之间设有第五轴承，不仅提高了风叶内轴23与支撑轴座10和第二风叶外轴的同轴度，而且通过这三组轴承的设置，提高了转动灵活性，减小了摩擦阻力，提高了发电机的效率，以及延长了使用寿命。
109.第四，第一轴承和第五轴承都设有防尘结构，能够避免灰尘、杂物等进入，延长了第一轴承和第五轴承的使用寿命。
110.第五，风叶内轴和风叶外轴之间设有径向间隙，并安装有轴承，提高了同轴度，减少摩擦，降低损耗，提高发电效率。
111.最后，还需要说明的是，在本文中使用的术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个
…
"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
112.本实用新型并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。