垂直式全捕风无反阻风力发电装置的制作方法

本技术属于风力发电机，涉及一种垂直式全捕风无反阻风力发电装置。

背景技术：

1、现有垂直轴式风力发电机有以下几个问题：

2、一、当风吹向风叶片时，风叶片轴心的左右两边均会接受风的动能，左右两边会自动形成相互力量的抵消状态，导致风叶片不会朝着一个方向高效转动。为了使风叶片轴转动，也只是靠风叶片正面采用了凹型结构和反面采用了凸型结构的方式，凹型风叶片的聚风大于凸型风叶片的聚风而形成了转动，但风能转换效率在风很大的情况下最大效率不超过40％，微风情况下根本不能发电，再加上电机自身功率大小不能随意切换，同时不能变挡，在这种情况下不能有效实现低风速与高风速都能发电。专利名称为折射导风式风叶系统(专利号为200810207214.0)的中国专利虽然能解决部分聚风问题，但仍未解决风叶片反面阻力的问题。

3、二、风叶片都采用的是整体结构方式，对于大型风力发电系统的运输及制造都是较大的困难，所以，目前大型风力发电机一般都只能安装在海边或海上及平原地区，对于山区的安装就显得十分困难。专利名称为大型风力发电机组合机轴(专利号为200910047774.9)的中国专利虽然采用了分体式结构，但在实际生产制作和安装过程中很难保证每个机组的同心度，这样将会极大的影响风叶轴的自由转动性能。

4、三、当发生强风时，为了防止风叶片及机架的损坏，目前都是采用将机轴制动刹车的方式来解决，但这种方式并未解决减少风阻问题。专利名称为风力发电集风与保护系统(专利号为200910046350.0)的中国专利虽然采用关闭集风板的方式来保护风叶片不受强风的冲击而受到损坏，但这种方式并未解决整体机架的风阻问题，反而更加加大了整体机架的迎风面积，更容易将整个机架吹倒，并且还要用复杂的控制手段及动力机构来推动集风板的张开与闭合。

5、四、风叶轴在侧方位受力转动的情况下，滚动轴承的滚珠与滚槽接触面积小，很容易受损，且由于没有很好的润滑系统，极大的减少了轴承的使用时间。为了延长轴承的有效使用时间，保证发电机的长时间有效运转，就只能采用发电机低速运转的方式，低速电机体积大、成本高,不能真正实现微风发电。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种风叶片无反阻的垂直式全捕风无反阻风力发电装置。

2、本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

3、垂直式全捕风无反阻风力发电装置，包括主机架、设于主机架内的发电机、与发电机轴相连的风叶片固定架和若干环形阵列设置在风叶片固定架上的风叶片，所述主机架上设有若干环绕风叶片固定架分布的导风板，两相邻的导风板之间形成有导风道，所述风叶片具有凹面和凸面，由导风道进入的风始终作用在风叶片的凹面上。

4、沿导风板长度方向延伸的直线沿风叶片固定架的长度方向延伸，沿导风板宽度方向延伸的直线相对于风叶片固定架的径向倾斜设置，即导风板相对于风叶片固定架的径向倾斜设置。当风吹向风力发电装置时，导风板从设定好的角度导风，风叶片的凹面将会接收大量的风，而风叶片凸面的风被全部阻断，从而不能与风叶片的凸面接触，这样就不会有风的反阻动力产生。

5、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述风叶片上设有与风叶片固定架连接的活套座，所述风叶片固定架上设有若干与风叶片一一对应设置的第一阻力弹簧，所述第一阻力弹簧作用在与之对应设置的风叶片的凸面上。

6、当风叶片受到强风时，设置在风叶片凸面的第一弹簧将被压缩，使风叶片旋转产生一定的倾斜角度，使受风面积减少，风叶片绕着连接轴自动旋转，旋转角度的大小由设定在风叶片凸面的第一阻力弹簧控制，当风力越大，风叶片的旋转角度也随之加大，从而减少受风面积，降低受风阻力。

7、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述风叶片固定架上设有若干与风叶片一一对应设置的第二阻力弹簧，所述第二阻力弹簧的弹力大于第一阻力弹簧的弹力，所述第二阻力弹簧同样位于风叶片的凸面，与第一阻力弹簧保持一定间距。

8、当遇到特别大的风速时，第一阻力弹簧被完全压制时，第二阻力弹簧开始被压制，最终使风叶片与风形成同一平行状态，让所有风以最小阻力通过，不用刹车来保证发电装置的安全性，同时也保证发电机照常运行发电。当风力减小时，第一阻力弹簧和第二阻力弹簧可将风叶片迅速复位，使风力发电装置始终保持合理的转速工作。

9、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述主机架内设有导风板固定架，所述导风板设置在导风板固定架上，所述导风板固定架的下端设有轴承固定座，所述风叶片固定架内同轴设有风叶传动轴，所述风叶传动轴上套设有内轴承，所述内轴承上套设有外轴承，所述外轴承的外圈作用在轴承固定座上。

10、在风叶传动轴的上端和下端均设有内轴承和外轴承，通过套装在内轴承上的外轴承将内轴承的旋转速度降低一倍，将高速旋转变为低速旋转，从而减少摩擦力和摩擦带来的热量。

11、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述风叶传动轴上设有磁钢安装座，所述磁钢安装座内安装有第一永磁体，所述导风板固定架的端面上设有位于第一永磁体下方的第二永磁体，所述第一永磁体与第二永磁体同极相对设置。第一永磁体与第二永磁体形成相互排斥作用，将风叶片固定架、风叶传动轴和风叶片的重量托起，从而减少外轴承和内轴承上的重量与摩擦，使外轴承和内轴承的使用寿命更长。

12、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述风叶传动轴上设有转动油箱，所述轴承固定座、外轴承和内轴承位于转动油箱内。转动油箱可随风叶传动轴一同转动，为了防止转动油箱内的机油因离心力的作用向外飞溅溢出，在转动油箱的上端和内壁设有向内且向下延伸的回油片，回油片可设置为多个。

13、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述主机架内设有多组由导风板固定架、导风板、风叶片固定架、风叶片和风叶传动轴构成的风机组，多组风机组纵向排列在发电机的上方，位于上方的风机组中的风叶传动轴通过万向节与位于下方的风机组中的风叶传动轴传动连接，位于最下方的风机组中的风叶传动轴通过万向节与发电机轴传动连接。

14、位于上方的风叶传动轴通过万向节可带动位于下方的风叶传动轴旋转，位于最下方的风叶传动轴通过万向节带动发电机轴旋转，无需各风机组、发电机同心的情况下便可正常工作。

15、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述万向节设置在导风板固定架的轴承固定座内，所述万向节具有第一连接轴和第二连接轴，所述第一连接轴与轴承固定座之间设有外轴承和内轴承，所述第二连接轴与轴承固定座之间设有外轴承和内轴承。

16、当需要多组风机组上下组合安装时，为了防止安装后产生上下风机组不同心的状况，将万向节的第一连接轴与位于上方的风机组中的风叶传动轴连接，将万向节的第二连接轴与位于下方的风机组中的风叶传动轴连接。当位于上方的风机组中的风叶传动轴转动时，通过第一连接轴、万向节和第二连接轴带动位于下方的风机组中的风叶传动轴转动，以此方式可进行多组风机组垂直连接，在无需各组之间同心的情况下便可正常工作。

17、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述发电机包括定子、转子和多组绕设在定子内的电磁线圈，多组电磁线圈的一端与负极线路并连，多组电磁线圈的另一端通过不同的线路与正极线路连接，其中一组电磁线圈为常通线圈，其余电磁线圈为非常通线圈，非常通线圈的线路上设有由控制器控制的继电器。

18、当风力较小时，只有常通线圈工作。当风力逐步增大时，发电机的转速增加到需要切换时的速度，控制器将其中一个继电器连通，此时其中一个非常通线圈与常通线圈被并联形成一组线圈工作使电流增大，从而提高发电功率。当风力再继续增大时，发电机的转速增加到需要切换时的速度，控制器再将其中一个继电器连通，此时两个非常通线圈与常通线圈被并联形成一组线圈工作，使电流进一步增大，从而再次提高发电功率。通过这种方式连接多组电磁线圈，可以在很小的风和很大的风时都能推动发电机旋转发电。可根据风的大小逐个增加或减少电磁线圈来实现平衡，无需过多的通过复杂的控制器来调整发电机的电流电压。

19、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述风叶片固定架的下端连接有单向器传动轴，所述单向器传动轴与发电机轴传动连接，所述单向器传动轴与发电机轴之间设有自动变挡机构。

20、自动变挡机构使单向器传动轴与发电机轴形成了速差，在不变挡的情况下，单向器传动轴可直接驱动发动机轴旋转，可以避免传动损失，变挡时单向器传动轴通过自动变挡机构驱动发电机轴高速旋转。

21、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述自动变挡机构包括设于单向器传动轴与发电机轴之间的第一单向器、设于单向器传动轴上的第二单向器、设于发电机轴上的第三单向器、用花键方式滑套在单向器传动轴上的卡接套、以及传动组件，当卡接套脱离与第二单向器的卡接时所述单向器传动轴通过第一单向器带动发电机轴转动，当卡接套与第二单向器卡接时所述单向器传动轴通过第二单向器、传动组件和第三单向器带动发电机轴转动。

22、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述第一单向器包括同轴设于单向器传动轴下端的单向器外壳、同轴设于发电机轴上且位于单向器外壳内的第一凸轮和若干设于单向器外壳与第一凸轮之间的第一滚柱；所述第二单向器包括同轴活套在单向器传动轴上的第一齿轮、同轴设于单向器传动轴上且位于第一齿轮内的第二凸轮和若干设于第一齿轮与第二凸轮之间的第二滚柱，所述第二凸轮上设有第一端面卡接齿，所述卡接套上设有能与第一端面卡接齿卡接的第二端面卡接齿；所述第三单向器包括同轴活套在发电机轴上的第二齿轮、同轴设于发电机轴上且位于第二齿轮内的第三凸轮和若干设于第二齿轮与第三凸轮之间的第三滚柱；所述第一齿轮通过传动组件与第二齿轮传动连接。

23、在上述垂直式全捕风无反阻风力发电装置中，所述传动组件包括过桥轴、设于过桥轴上的与第一齿轮啮合的第三齿轮和与第二齿轮啮合的第四齿轮，所述第一齿轮的齿数大于第三齿轮的齿数，所述第四齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数。

24、在微风下，卡接套上的第二端面卡接齿不与第二凸轮上的第一端面卡接齿卡接，当单向器传动轴转动时不会带动活套在单向器传动轴上的第二凸轮转动，因此第二单向器无法输出动力，而同轴设置在单向器传动轴下端的单向器外壳在转动，带动第一滚柱向第一凸轮的凸轮升程高点运动，使单向器外壳、第一滚柱和第一凸轮三者形成夹紧状态后同时旋转，因第一凸轮用花键方式套装在发电机轴上，所以发电机轴就随单向器传动轴同时转动。此时与发电机轴内花键配合的第三凸轮一同转动，从而带动第三滚柱向第三凸轮的升程低点方向运动，使第三凸轮、第三滚柱和第二齿轮的内圈三者分离脱开状态，因此第三单向器不能输出动力。因第二单向器和第三单向器都无法输出动力，而只有单向器传动轴上的第一单向器形成夹紧状态随单向器传动轴一同旋转，带动发电机轴同步转动，使发电机工作发电。

25、当需要对发电机进行加速时，将卡接套上的第二端面卡接齿与第二凸轮上的第一端面卡接齿卡接，通过花键套装在单向器传动轴上的卡接套将动力传送到第二凸轮上同时旋转，第二凸轮旋转时将第二滚柱推向第二凸轮的凸轮升程高点，此时第一齿轮的内圈、第二凸轮和第二滚柱三者形成夹紧状态同时旋转后，带动第一齿轮转动，第一齿轮与第三齿轮啮合，从而带动第三齿轮、过桥轴和第四齿轮转动，因第四齿轮与第二齿轮啮合同时旋转，第二齿轮旋转时把第二齿轮内圈的第三滚柱推向第三凸轮的凸轮升程高点，第二齿轮内圈、第三滚柱和第三凸轮三者形成夹紧状态，带动第三凸轮旋转，第三凸轮通过花键方式连接在发电机轴上，故发电机轴随第三凸轮一同旋转，从而带动发电机高速旋转发电。此时，因第一齿轮的齿数大于第三齿轮的齿数，第四齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数，得出第三齿轮转速大于第一齿轮转速，最终得出第一凸轮的转速大于单向器外壳的转速，单向器外壳内的第一滚柱朝第一凸轮的凸轮升程低点方向运动，单向器外壳、第一凸轮和第一滚柱三者形成分离状态而不能传递动力。

26、当风力变小不需要发电机高速转动时，只需将卡接套上的第二端面卡接齿与第二凸轮上的第一端面卡接齿分离脱开，使动力不能传送到第一齿轮上，第一齿轮上的动力无法传送到第三齿轮，第三齿轮就不会带动第四齿轮和第二齿轮旋转，而此时只有第一单向器内的第一滚柱在单向器外壳的转动下，带动第一滚柱朝第一凸轮向凸轮的升程高点滑动，单向器外壳、第一滚柱和第一凸轮三者形成夹紧状态，从而带动发电机轴低速转动发电。

27、与现有技术相比，本垂直式全捕风无反阻风力发电装置具有以下优点：由于设有相对于风叶片固定架的径向倾斜设置的导风板，可将风全部导至风叶片的凹面，实现风叶片无反阻，捕风效率高；在遭遇强风时风叶片可绕着连接轴自动旋转，以减少受风面积，从而降低风阻，通过第一阻力弹簧和第二阻力弹簧可将风叶片迅速复位，使风力发电装置始终保持合理的转速工作；多绕组发电机可实现从小功率到大功率之间的任意切换，真正实现微风发电，从而降低发电机的体积，减少成本；多个风叶传动轴之间连接无需同轴，通过万向节可实现自动同心；第一永磁体与第二永磁体形成相互排斥作用，将风叶片固定架、风叶传动轴和风叶片的重量托起，从而减少外轴承和内轴承上的重量与摩擦，使外轴承和内轴承的使用寿命更长；双轴承的设置可降低轴承在高速旋转下的滚蛋摩擦力带来的发热、磨损问题；设置的转动油箱可使轴承长期在机油环境中工作，避免出现润滑效果差的问题。