專利名稱：一種柔性旋轉葉片風力發電機的制作方法
技術領域：
一種柔性旋轉葉片風力發電機技術領域：
本實用新型涉及一種風力發電機，尤其是一種采用柔性旋轉葉片的風力發 電機。背景技術：
目前風力發電機組絕大多數是水平軸型式，葉片為旋轉槳結構，工作中當 風向改變時靠方向舵來調整風力發電機系統的迎風方向。為了在風速較低或風 向經常改變的地區也能夠高效地利用風能，人們采用了新型垂直軸的風力發電 機。垂直軸風力發電機最顯著的特點就是無論風的方向怎么改變都一樣正常工 作，而且由于圍繞中心軸旋轉，塔架所承受的側向壓力小。但缺點是啟動相對 困難和風能利用效率不高，而旋轉型葉片風力發電機除了具有普通垂直軸風力 發電機的特點之外，由于其葉片為旋轉狀，即使由地面向上的氣流也可以被吸 收而產生能量。英國一家公司(the Guietrevolution Ud)曾經:惟出一款旋轉型垂直式葉 片的風力發電機，該設計采用三片獨立的S形葉片，通過三個特別加工的三角 形固定裝置將葉片自上而下沿軸逆時針旋轉180度而成。該產品的缺點在于采用硬質材料一體制作葉片，需要使用特別的模具將 葉片成型，加工復雜，成本高；葉片與各支撐部件焊接為一體，而該產品高5m， 直徑為3m,葉片長6m，支撐部件整體尺寸大，制造成本高，而且運輸安裝困難； 制成部件與葉片焊接，在強風持久作用下強度差；縱向中心軸與支撐部件同時 轉動，平衡穩定性欠佳。
實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種結構筒 單，生產、安裝和運輸成本低廉的旋轉葉片風力發電機。本實用新型還可以提 供一種平衡穩定性好的旋轉葉片風力發電機。為了解決現有技術的不足，本實用新型采用以下技術方案一種柔性旋轉葉片風力發電機，包含 一電機；一縱向中心軸，與電機軸向連接；至少兩個獨立的葉片，沿縱向中心軸的軸向設置，葉片釆用可折彎的柔性材 料制成，其與支架的端部通過連接件連接。至少兩個水平的支架，均勻設立在縱向中心軸上，支架的端部分別與不同的 葉片連接。其中柔性材料為高分子碳氫聚合物。其中支架包含一中心支架，其與中心軸連接；與葉片個數對應的風葉連接板，其一端與中心支架剛性連接， 一端通過連 接件與葉片連接。其中連接件包含一貫通件，可容葉片穿過，葉片和貫通件上對應設有可容螺栓穿過并緊固 的螺孔；一與貫通件垂直連接的夾持物，可容風葉連接板的端部套入，夾持物和支 架上對應設有可容螺栓穿過并緊固的螺孔。其中貫通件包含可容葉片置入的開環卡合件和與卡合件開環處吻合的底 板，夾持物垂直設置在底板上。其中夾持物為兩個平行的夾板。其中電機為空心軸外轉子無刷直流發電機，電機與支架之一同軸連接，縱 向中心軸穿過空心軸并與之固定連接，支架均繞縱向中心軸旋轉。其中電機包含至少一組轉子和定子，其中定子由與空心軸固定連接的PCB 板和嵌設在PCB板上的線圏組成，繞空心軸旋轉的電機蓋板平行設置在PCB板 兩側，設置在電機蓋板上的轉子對應設置于線圏的兩側。其中相鄰的支架之間通過套在縱向中心軸外的軸套剛性連接。其中縱向中心軸的頂端設有避雷針。 本實用新型具有以下有益效果1. 本實用新型采用柔性的高分子材料做葉片，不存在葉片被強風折斷的可 能性，故無需釆取超速保護措施，并且采用柔性材料做葉片降低了葉片的重量， 可以更加有效地利用風能。2. 本實用新型的支架采用中心支架和風葉連接板兩部分剛性連接而成，減 少支架整體制造的難度，降低生產成本，而且方便運輸。3. 由于柔性葉片與支架之間材質存在材質的差異，不能采用傳統的焊接方 式進行連接，本實用新型采用連接件和螺栓的方式，不僅可以連接不同材質的 葉片和支架，而且可以分拆后運輸，安裝時無需使用電焊機等大型安裝工具。4. 本實用新型連接件中的貫通件采用兩部分組成，可以很方便地在任何合 適的位置卡入葉片并緊固連接。只需考慮夾板間的寬度，制造和使用更加方便。6. 由于柔性材料可以方便地扭曲，本實用新型的葉片不需要加工成異型結 構，只要按照傳統的方式加工成為直線狀，在安裝的時候靠支架反向旋轉使其 扭曲為旋轉狀，極大地降低了制造成本，而且直的葉片更方便運輸。7. 本實用新型采用設有空心軸的外轉子無刷直流電機取代中心支架之一， 可以有效地解決電機軸尺寸過大顯得笨重的問題。縱向中心軸不轉動，支架繞 縱向中心軸轉動，使得整個系統有一個穩定的中心軸，可以較好地解決縱向中 心軸轉動帶來的整體穩定和平衡性欠佳的問題。8. 本實用新型相鄰支架之間釆用設置在縱向中心軸外的軸套連接固定，工 作時縱向中心軸不轉，軸套與支架繞縱向中心軸轉動，相比縱向中心軸轉動的 現有技術，本實用新型具有更好的平衡穩定性。同時在采用直的柔性葉片時， 本結構非常方便安裝，葉片可以先豎直與支架連接，然后兩端的支架反向旋轉 一定角度后再與軸套剛性連接，從而固定葉片的扭轉形狀，并可以有效地防止 支架旋轉后反彈，。9. 本實用新型的電才幾有垂直于空心軸的氣隙，該氣隙產生平行于空心軸的磁通量，轉子磁鋼可以是稀土磁鋼，高效率的稀土磁鋼可以使氣隙加大，實現 無芯形-相對高密度線圈，減少接頭扭矩造成的能量損失。定子的兩端各有一 個磁鋼轉子，兩個^茲鋼提高了發電效率，磁鋼轉動時還可以象風扇一樣冷卻定 子線圈發出的熱量，因而可以承受大電流。本實用新型的電機還可以實現多極 多層，轉子和定子可以重疊設置多組。因為定子無芯，線圈密度和體積可以增 加。用于定子的環氧樹脂膠需要有芯一樣的強度和硬度，以減少重量和成本。10.本實用新型的頂端設置避雷針，可以有效地防止雷電對本實用新型的影響。
圖1為本實用新型實施例一的示意圖圖2為本實用新型機翼形葉片的示意圖圖3為本實用新型實施例三釆用的連接件示意圖圖4為本實用新型實施例二支架的結構示意圖圖5為本實用新型實施例三釆用的開環卡合件結構示意圖圖6為本實用新型實施例三采用的底板和支架固定件俯視示意圖圖7為本實用新型實施例三采用的底板和支架固定件側視示意圖圖8為本實用新型實施例四電機結構的整體示意圖圖9為本實用新型實施例四電的A-A示意圖圖10為本實用新型實施例四的整體示意圖示意圖圖11為本實用新型實施例五的電機結構示意圖圖12為本實用新型實施例五的電機連接示意圖圖13為本實用新型實施例六的軸套示意圖圖14為本實用新型實施例六的支架、電機和軸套連接示意圖圖15為本實用新型實施例六、實施例七的整體示意圖其中1- 葉片 35 -下部軸套 5 -連接件2- 縱向中心軸 4-電機 51-葉片固定件31-上部支架41-線槽511-開環卡合件32-中部支架42 -空心軸512-底板321-中心支架43-線圈513-螺孔322-連接板44 -磁鋼52-支架固定件33 -下部支架45-上蓋521-夾片34 -上部軸套46-下蓋522 -螺孔341 -上端蓋47-PCB板6-法蘭盤342 —下端蓋7 -避雷針具體實施方式本實用新型包含電機、至少兩個獨立葉片、與電機軸連接的縱向中心軸和 均勻設置在縱向中心軸上的分別與各個葉片連接的至少兩個水平支架，各支架 設有與葉片個數對應的端點。安裝后的葉片繞縱向中心軸均勻設置并自上而下 呈螺旋形。本實用新型采用柔性材料制造葉片可以降低整套裝置的重量和生產成本。柔性葉片與各支架之間通過連接件連接；方便安裝和運輸。進一步可以 將葉片制成機翼形而非異形。安裝機翼形葉片時可以采用不同的方法， 一種是 先固定好支架，各支架之間相互錯開，然后將葉片強行扭轉后與各支架的端點 連接，使安裝后的葉片為s形或螺旋型。更好的方法是，在某一支架下固定連 接空心軸的外轉子發電機，所有支架繞縱向中心軸旋轉，葉片先豎直與各支架 連接，然后將兩端的支架反向旋轉一定角度，在支架的作用下強制葉片扭轉為s 形或螺旋型，然后固定支架，以保證支架扭轉后不反彈。
以下結合附圖對本實用新型進行進一步的說明實施例一如圖1所示，本實用新型包含三個獨立葉片1、縱向中心軸2、水平設置在 縱向中心軸2上部、中部和下部且與縱向中心軸2剛性連^l妻的上部支架31、中 部支架32和下部支架33,電機4與縱向中心軸2的尾端相連。葉片l采用柔性材料，如高分子碳氬聚合物polylefins制成，可以是螺旋 型或機翼形。上部支架31、中部支架32和下部支架33為相互錯開排列的三角形，它們的三個端點分別與葉片1的上部、中部和下部連接，使安裝后的三個葉片1繞縱向中心軸2均勻設置，且自上而下為螺旋型或S形。由于葉片l為 柔性材料，其與上部支架31、中部支架32和下部支架33之間無法通過焊接連 為一體，必須通過連接件5進行緊固連接。葉片1采用柔性材料制成，不存在葉片被強風折斷的可能性。故無需采取 超速保護措施，不僅降低了重量，能夠更加有效的利用風能，而且其與支架通 過連接件5連接而非焊接，可以拆開后運輸，無需整體運輸，降低了運輸成本。 安裝時也無需使用大型的安裝設備。葉片1為螺旋型或S形時，安裝時上部支架31、中部支架32和下部支架 33先錯開設置在縱向中心軸2上，葉片1與各支架端點連接好即可。但是由于 葉片l是采用柔性材料制成，可以很方便的扭曲，因此葉片1也可以無需加工 成螺旋型或S形等異形，直接按照普通方法加工成直的形狀，如機翼形即可(如 圖2所示)。在安裝時可以將其扭轉為所需的形狀后與上部支架31、中部支架 32和下部支架33連接。相對于螺旋型或S形等異形葉片，機翼形葉片1不僅生 產加工簡單，極大地降低了生產成本，而且更方便運輸。在風力的作用下，葉片1、上部支架31、中部支架32和下部支架33帶動 縱向中心軸2旋轉，從而帶動電機4工作產生電能。在本實施例中，葉片1可以為兩個或兩個以上，支架也可以是至少兩個， 如僅使用上部支架31和下部支架33。本實施例中使用三個支架的穩定性和平衡 性更好。實施例二當需要大功率發電時，實施例一的整體尺寸，尤其是支架的尺寸較大(如 IOKW風機系統的支架旋轉直徑為6米，20KW的風機系統的支架旋轉直徑為9米)， 使得支架的制造困難。因此，在實施例一的基礎上，可以對支架的結構做如下 改進如圖4所示，以中部支架32為例，其包含與縱向中心軸2連接的中心支架 321，連接葉片1和中心支架321的連接板322。連接板322與葉片1之間通過 連接件5剛性連接，連接板322與中心支架321之間采用鉚接或螺栓剛性連接。上部支架31和下部支架33采用同樣的結構，使得制造、安裝和運輸都變 得非常容易。 實施例三在實施例一和實施例二的基礎上，本實用新型連接件5可以采用如下結構 連接件5包含垂直連接的葉片固定件51和支架固定件52 (如圖3所示)。 葉片固定件51為一形狀與葉片1的斷面形狀相似的環形貫通件，其環形內徑稍 小于葉片1的斷面外徑。支架固定件52內空，以葉片固定件51為底面，可容 上部支架31、中部支架32或下部支架33的末端套入。為了便于套入葉片l,如圖5和圖6所示，可由開環卡合件511和底板512 兩部分拼合成完整的葉片固定件51。由于葉片l為柔性材料制成，可以稍變形 后卡入開環卡合件511中。隨后合上底板512,即為完整的葉片固定件51，底 板512、葉片1和開環卡合件511上對應設有螺孔513，螺栓穿過這些螺孔513 將它們緊固連接。為了方便連接上部支架31、中部支架32或下部支架33的末端，支架固定 件52可采用以下結構如圖7所示，支架固定件52包含兩個平行的或與支架 末端表面形狀適應的夾片521，夾片521豎直設立在底板512上。夾片521之間 的縫隙可容支架末端套入。兩個夾片521與支架末端上均設有對應的螺孔522, 螺栓穿過這些螺孔522將夾片521和支架末端固定。在葉片1為螺旋形或機翼形，均可以釆用這種連接件。采用這種結構能夠 很好地解決兩個不同平面內的物體的連接問題。實施例四上述實施例中，電機4都是設置在縱向中心軸2的底端，通過電機軸將整 個裝置安裝在其他物體上。葉片1、支架和縱向中心軸2的轉動帶動電機軸轉動。 在這種結構下，由于電機4是24小時全天候工作，電機軸非常容易斷裂。為了 強化電機軸的強度，延長電機4的使用壽命，現有技術中采用增大電機軸直徑 的方法來解決。為了獲得大功率的風力發電機，其電機軸將非常粗大，電機顯 得非常笨重。針對上述問題，在上述實施例的^5出上，本實施例中的電機4可以進行如下改進本實施例中，電機4采用外轉子無刷直流電機。如圖8-圖9所示，電機4 的電才幾軸為空心軸42，線圏41纏繞在空心軸42的外部，外圈為i茲鋼44,空心 軸42上設有線槽41供引出電能。如圖10所示，將電機4設置中部支架32的中心。縱向中心軸2穿過空心 軸42并與之過盈配合。縱向中心軸2不轉動，電機4和各個支架繞縱向中心軸 2轉動。因此相對于現有技術而言，相同功率的電機，空心軸42相對于實心軸 而言不僅降低了成本，而且極大地減輕了電機自身的重量。為了降低轉動時的阻力，可以在電機4和各個支架與縱向中心軸2的連接 處設置軸承。整個裝置通過與縱向中心軸2尾端連接的法蘭盤6放置。當風作用于葉片l時，電機4的》茲鋼44在風力作用下繞縱向中心軸2轉動 而產生電能。通過預置在線槽41和縱向中心軸2中心的導線將所產生的能量傳 遞到控制盒，經過變換后儲存到電網或蓄電池等其他蓄能裝置。在本實施例中，葉片1可以為兩個或兩個以上，支架也可以是至少兩個。 電機4可以設置在任一支架的中心。從受力均勻來看，將電機4設置在居中支 架(如上述的中部支架32)的中心比專交好。實施例五在實施例四的基礎上，電才幾4還可以做如下改進如圖11所示，電機4包含空心軸42、通過螺栓連接的上蓋45和下蓋46, 它們與空心軸42通過軸承連接，即可以繞空心軸2旋轉。與上蓋45和下蓋46 平行的環狀PCB板47置于上蓋45和下蓋46組成的空間中并平分該空間，PCB 板47與空心軸42固定連接。PCB板47上嵌設有相互連接的線圏43。 PCB板47、 線圈43和空心軸42組成定子，上蓋45和下蓋46與線圈43對應處^l有i茲鋼44, 構成轉子。如圖12所示，電機4設置在中部支架32的下方，其上蓋45與中心支架321 通過螺釘連接，空心軸42與縱向中心軸2固定連接，則上蓋45和下蓋46可以 繞縱向中心軸2旋轉，帶動其上的i茲鋼44旋轉，使線圈43中產生電流，通過 PCB板47及其上的導線輸出電能。本實施例的發電機采用空心軸42，便于將電機4直接套在縱向中心軸2上 進行固定，獲得很好的安裝強度。本實施例的電機4有垂直于空心軸42的氣隙，該氣隙產生平行于空心軸42 的磁通量，轉子磁鋼44可以是稀土磁鋼，高效率的稀土磁鋼可以使氣隙加大， 實現無芯形-相對高密度線圈，漸少接頭扭矩造成的能量損失。定子的兩端各 有一個磁鋼44轉子，兩個i茲鋼提高了發電效率，》茲鋼44轉動時還可以象風扇 一樣冷卻定子線圏43發出的熱量，因而可以承受大電流。本實用新型的電機4還可以實現多極多層，轉子和定子可以重疊設置多組。 因為定子無芯，線圈密度和體積可以增加。用于定子的環氧樹脂膠需要有芯一 樣的強度和硬度，以減少重量和成本。實施例六在實施例四或實施例五的基礎上，本實用新型可以〗故如下改進 在葉片1為直的形狀而非異形的情況下，為了方便安裝以及加強將葉片1 扭轉為所需的螺旋形的扭力，可以對上部支架31、中部支架32和下部支架33的連接進行改進如圖15所示，上部支架31和中部支架32通過套設在縱向中心軸2外的軸 套34連接。軸套34結構如圖13所示，上端設有上端蓋341，下端設有下端蓋 342。上端蓋341和下端蓋342分別與上部支架31和中部支架32通過螺栓連接 或鉚接。同樣中部支架32和下部支架33之間也通過軸套35連接。在采用空心軸的外轉子無刷直流電機時，電機4與支架和軸套的連接關系 如圖12、圖14所示。中心支架321分別與電機上蓋45和軸套34的下端蓋通過 螺釘固定連接，軸套35的上端蓋與電機4的下蓋46通過螺釘固定連接。在風 力的作用下，中心支架321、軸套34、軸套35、電機上蓋45、下蓋46繞縱向 中心軸2同步旋轉，空心軸2和PCB板47因與縱向中心軸2固定連接而不轉動。為了方便安裝直的如機翼形的葉片1，在開始安裝時上部支架31、中部支 架32和下部支架33可以不是相互錯開排列的，它們的對應端點位于穿過縱向 中心軸2的同一豎直平面上。軸套34和軸套3^先與中部支架32通過螺栓固定 好。將葉片1與上述支架末端采用連接件5固定后，將上部支架31和下部支架33相對于中部支架32反向扭轉相同的角度，然后將上部支架31和軸套34、下 部支架33和軸套35通過螺栓固定。此時，葉片1被強行扭轉為所需要的螺旋 形或S形，上部支架31、中部支架32和下部支架33之間的相對角度固定，不 會回彈。采用這種結構，葉片l的安裝更為簡單。葉片1、縱向中心軸2、上部支架 31、中部支架32和下部支架33、電機4、軸套34、軸套35等各個部件均可以 拆卸運輸，極大地降低了運輸成本。而且安裝也變得非常筒單，無需坪接機等 大型安裝工具。在本實施例中，葉片1可以為兩個或兩個以上，支架也可以是至少兩個， 相連之間的支架采用上述的軸套34連接即可。 實施例七在上述任一實施例的基礎上，本實用新型可以^敗如下改進 為了防止雷電的影響，在本實用新型的頂端安裝一避雷針7(如圖15所示)。 以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和 詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是， 對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以 做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型 專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種柔性旋轉葉片風力發電機，包含一電機；一縱向中心軸，與所述電機軸向連接；至少兩個獨立的葉片，沿所述縱向中心軸的軸向設置；至少兩個水平的支架，均勻設立在所述縱向中心軸上，所述支架的端部分別與不同的所述葉片連接；其特征在于所述葉片采用可折彎的柔性材料制成，其與所述支架的端部通過連接件連接。
2. 如權利要求1所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 柔性材料為高分子碳氫聚合物。
3. 如權利要求2所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 支架包含一中心支架，其與所述中心軸連接；與所述葉片個數對應的風葉連接板，其一端與所述中心支架剛性連接，一 端通過所述連接件與葉片連接。
4. 如權利要求3所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 連接件包含一貫通件，可容所述葉片穿過，所述葉片和所述貫通件上對應設有可容螺 栓穿過并緊固的螺孔；一與貫通件垂直連接的夾持物，可容所述風葉連接板的端部套入，所述夾 持物和所述支架上對應設有可容螺栓穿過并緊固的螺孔。
5. 如權利要求4所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 貫通件包含可容所述葉片置入的開環卡合件和與所述卡合件開環處吻合的底 板，所述夾持物垂直設置在所述底板上。
6. 如權利要求5所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 夾持物為兩個平行的夾板。
7. 如權利要求1 -6任一所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于 所述電機為空心軸外轉子無刷直流發電機，所述電機與所述支架之一同軸連接， 所迷縱向中心軸穿過所述空心軸并與之固定連接，所述支架均繞所迷縱向中心 軸旋轉。
8. 如權利要求7所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 電機包含至少一組轉子和定子，其中定子由與所述空心軸固定連接的PCB板和 嵌設在所述PCB板上的線圏組成，繞所述空心軸旋轉的電機蓋板平行設置在所 述PCB板兩側，設置在所迷電機蓋板上的轉子對應設置于所述線圈的兩側。
9. 如權利要求7所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于相鄰 的所述支架之間通過套在所述縱向中心軸外的軸套剛性連接。
10. 如權利要求9所述的一種柔性旋轉葉片風力發電機，其特征在于所述 縱向中心軸的頂端i更有避雷針。
專利摘要本實用新型公開了一種柔性旋轉葉片風力發電機，包含電機、至少兩個獨立螺旋形或機翼形葉片、與電機軸連接的縱向中心軸和均勻設置在縱向中心軸上的分別與各個葉片連接的至少兩個水平支架，各支架設有與葉片個數對應的端點。安裝后的葉片繞縱向中心軸呈自上而下均勻設置的螺旋形。本實用新型的葉片采用柔性材料制造，柔性葉片與各支架之間通過連接件連接。本實用新型還可以使用空心軸的外轉子無刷直流電機與支架固定連接并繞縱向中心軸旋轉。本實用新型的連接件、支架、葉片等均可以拆卸安裝和運輸，生產和運輸成本低廉。
文檔編號H01T19/04GK201110250SQ20072017252
公開日2008年9月3日 申請日期2007年10月15日 優先權日2007年10月15日
發明者張大鵬, 胡鵬翔 申請人:張大鵬;胡鵬翔