本申請(qǐng)涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體而言，涉及串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電力設(shè)備。目前大中型風(fēng)電主要采用水平軸風(fēng)力機(jī)，屬升力型風(fēng)力機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高、風(fēng)的利用率較高的優(yōu)點(diǎn)。目前投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本上是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支撐采用的是豎向直立塔筒，隨著水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的不斷增大，目前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量已達(dá)2兆瓦—3.5兆瓦，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)的整體機(jī)艙的重量已達(dá)70-100噸，機(jī)艙高度也達(dá)到100米左右。設(shè)備的制作、運(yùn)輸、安裝成本顯著增加，因此水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展已達(dá)到瓶頸期。

旋轉(zhuǎn)軸是垂直的風(fēng)力發(fā)電機(jī)叫垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有低噪聲、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在近幾十年之所以沒有得到發(fā)展，主要是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在著以下一些缺點(diǎn)。

傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率低。由于傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片為固定，一側(cè)葉片在風(fēng)推動(dòng)做功的同時(shí)另一側(cè)的葉片受風(fēng)的推動(dòng)在抵消做功，這樣就造成了風(fēng)能的利用率不高。

傳統(tǒng)h型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的水平支撐桿為懸挑結(jié)構(gòu)，在受的風(fēng)的推力為方向交變，桿件容易疲勞。為克服垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)這種剛度較差的缺點(diǎn)，又需要加大風(fēng)輪支撐系統(tǒng)的桿件截面尺寸，相應(yīng)的增加了風(fēng)輪的重量，使風(fēng)輪的掃風(fēng)面積受到了限制，使傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量受到了制約。

傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)是一個(gè)環(huán)狀的，安裝時(shí)需用吊車從塔筒(垂直于地面的支撐桿)的頂端套進(jìn)支撐桿，因此塔筒的高度不可能太高，同時(shí)安裝難度較大。風(fēng)輪的安裝如果采用整體調(diào)轉(zhuǎn)的話，由于重量較大，顯而易見安裝會(huì)有較大困難，而如果采用散裝，可以想象在高空中會(huì)更加困難。

申請(qǐng)內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高層或超高層、安裝、加工難度小的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案是：

串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括垂直軸風(fēng)輪以及發(fā)電機(jī)，所述垂直軸風(fēng)輪包括與所述發(fā)電機(jī)相連的風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸，還包括豎直支架，至少兩個(gè)所述垂直軸風(fēng)輪串設(shè)于所述豎直支架上并相對(duì)所述豎直支架轉(zhuǎn)動(dòng)，每一所述垂直軸風(fēng)輪連接有一個(gè)固設(shè)于所述豎直支架的所述發(fā)電機(jī)。

在示例性實(shí)施例中，所述豎直支架為塔筒；

所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸呈筒狀且轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于所述塔筒的外壁，所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸的內(nèi)側(cè)為永磁環(huán)；

所述塔筒的外壁與所述永磁環(huán)之間還設(shè)有所述發(fā)電機(jī)的定子，所述定子與所述永磁環(huán)之間存有氣隙。

在示例性實(shí)施例中，所述豎直支架為塔筒；

所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸呈筒狀且轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于所述塔筒的外壁；

所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)定子轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸通過變速箱連接，所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸和所述轉(zhuǎn)子上均與所述變速箱通過齒輪副傳動(dòng)。

在示例性實(shí)施例中，所述塔筒采用現(xiàn)澆鋼管混凝土格構(gòu)式。

在示例性實(shí)施例中，所述塔筒的頂部設(shè)有一水平放置的桁架，所述桁架的兩端在所述塔筒上伸出。

在示例性實(shí)施例中，所述豎直支架為在豎直方向上堆疊的籠式框架，每一所述籠式框架內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)有一所述垂直軸風(fēng)輪和固設(shè)有一所述發(fā)電機(jī)。

在示例性實(shí)施例中，所述垂直軸風(fēng)輪包括支撐臂、風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸和風(fēng)槳；

至少3個(gè)所述支撐臂呈輻射狀的連接于所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸上，所述風(fēng)槳通過所述風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述支撐臂上。

在示例性實(shí)施例中，所述垂直軸風(fēng)輪還包括風(fēng)向感測(cè)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置；

所述風(fēng)向感測(cè)裝置用于感測(cè)風(fēng)向；

所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)位于迎風(fēng)半周的所述風(fēng)槳始終垂直于風(fēng)向的水平分向；

所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)位于逆風(fēng)半周的所述風(fēng)槳始終平行于風(fēng)向的水平分向。

在示例性實(shí)施例中，相鄰的所述支撐臂之間設(shè)有支撐桿，所述支撐桿在平面上構(gòu)成正多邊形。

在示例性實(shí)施例中，所述垂直軸風(fēng)輪包括還包括風(fēng)輪轂；

所述風(fēng)輪轂包括軸套、輻條和轂圈，所述軸套套設(shè)于所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸上，所述輻條一端與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸連接，另一端與轂圈連接；

所述轂圈外側(cè)均布有至少3個(gè)與所述轂圈的徑向同向的所述支撐臂，所述風(fēng)槳通過所述風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述支撐臂上。

本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

本申請(qǐng)的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過將垂直軸風(fēng)輪在豎直方向上串起來，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成為一種高層或超高層風(fēng)力發(fā)電建筑，對(duì)于高空中的風(fēng)能的利用率更高。同時(shí)將多個(gè)垂直軸風(fēng)輪成串式的連接，在高度較高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上降低了垂直軸風(fēng)輪的尺寸，相當(dāng)于，將一個(gè)較大的垂直軸風(fēng)輪分割呈多個(gè)垂直軸風(fēng)輪，降低了垂直軸風(fēng)輪的安裝難度和加工難度。同時(shí)由于單體垂直軸風(fēng)輪的尺寸減小，對(duì)于垂直軸風(fēng)輪的風(fēng)槳等強(qiáng)度也相應(yīng)的降低。

為使本申請(qǐng)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯和易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，做詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主視圖；

圖4示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔筒的俯視圖；

圖6示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的俯視圖；

圖7示出了本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的垂直軸風(fēng)輪的俯視圖；

圖8示出了本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的垂直軸風(fēng)輪的主視圖；

圖9示出了本申請(qǐng)實(shí)施例1所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的垂直軸風(fēng)輪的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10示出了本申請(qǐng)實(shí)施例2所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔筒的俯視圖；

圖11示出了本申請(qǐng)實(shí)施例3所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12示出了本申請(qǐng)實(shí)施例3所提供的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的籠式框架的軸測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：1-串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)；10-垂直軸風(fēng)輪；101-風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸；102-支撐臂；103-風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸；104-風(fēng)槳；105-垂直支撐桿；106-水平支撐桿；107-驅(qū)動(dòng)裝置；108-風(fēng)輪轂；1081-軸套；1082-輻條；1083-轂圈；20-發(fā)電機(jī)；201-定子；202-轉(zhuǎn)子；30-塔筒；301-鋼平臺(tái)；302-豎直電梯；303-桁架；40-變速箱；50-籠式框架；501-框架橫梁；502-框架立柱。

具體實(shí)施方式

在下文中，將結(jié)合附圖更全面地描述本公開的各種實(shí)施例。本公開可具有各種實(shí)施例，并且可在其中做出調(diào)整和改變。因此，將參照在附圖中示出的特定實(shí)施例更詳細(xì)地描述本公開。然而，應(yīng)理解：不存在將本公開的各種實(shí)施例限于在此公開的特定實(shí)施例的意圖，而是應(yīng)將本公開理解為涵蓋落入本公開的各種實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)的所有調(diào)整、等同物和/或可選方案。結(jié)合附圖的描述，同樣的附圖標(biāo)號(hào)標(biāo)示同樣的元件。

在下文中，可在本公開的各種實(shí)施例中使用的術(shù)語“包括”或“可包括”指示所公開的功能、操作或元件的存在，并且不限制一個(gè)或更多個(gè)功能、操作或元件的增加。此外，如在本公開的各種實(shí)施例中所使用，術(shù)語“包括”、“具有”及其同源詞僅意在表示特定特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項(xiàng)的組合，并且不應(yīng)被理解為首先排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項(xiàng)的組合的存在或增加一個(gè)或更多個(gè)特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項(xiàng)的組合的可能性。

在本公開的各種實(shí)施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一個(gè)”包括同時(shí)列出的文字的任何組合或所有組合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一個(gè)”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本公開的各種實(shí)施例中使用的表述(諸如“第一”、“第二”等)可修飾在各種實(shí)施例中的各種組成元件，不過可不限制相應(yīng)組成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的順序和/或重要性。以上表述僅用于將一個(gè)元件與其它元件區(qū)別開的目的。例如，第一用戶裝置和第二用戶裝置指示不同用戶裝置，盡管二者都是用戶裝置。例如，在不脫離本公開的各種實(shí)施例的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，同樣地，第二元件也可被稱為第一元件。

應(yīng)注意到：如果描述將一個(gè)組成元件“連接”到另一組成元件，則可將第一組成元件直接連接到第二組成元件，并且可在第一組成元件和第二組成元件之間“連接”第三組成元件。相反地，當(dāng)將一個(gè)組成元件“直接連接”到另一組成元件時(shí)，可理解為在第一組成元件和第二組成元件之間不存在第三組成元件。

在本公開的各種實(shí)施例中使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的并且并非意在限制本公開的各種實(shí)施例。如在此所使用，單數(shù)形式意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否則在這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本公開的各種實(shí)施例所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。所述術(shù)語(諸如在一般使用的詞典中限定的術(shù)語)將被解釋為具有與在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的語境含義相同的含義并且將不被解釋為具有理想化的含義或過于正式的含義，除非在本公開的各種實(shí)施例中被清楚地限定。

下面結(jié)合附圖，對(duì)本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，它包括垂直軸風(fēng)輪10以及發(fā)電機(jī)20。垂直軸風(fēng)輪10包括與發(fā)電機(jī)20相連的風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101。串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1還包括豎直支架，至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)輪10串設(shè)于豎直支架上并相對(duì)豎直支架轉(zhuǎn)動(dòng)，每一垂直軸風(fēng)輪10連接有一個(gè)固設(shè)于豎直支架的發(fā)電機(jī)20。

上述，通過將垂直軸風(fēng)輪10在豎直方向上串起來，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)20的成為一種高層或超高層風(fēng)力發(fā)電建筑，對(duì)于高空中的風(fēng)能的利用率更高。同時(shí)將多個(gè)垂直軸風(fēng)輪10成串式的連接，在高度較高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)20上降低了垂直軸風(fēng)輪10的尺寸，相當(dāng)于，將一個(gè)較大的垂直軸風(fēng)輪10分割呈多個(gè)垂直軸風(fēng)輪10，降低了垂直軸風(fēng)輪10的安裝難度和加工難度。同時(shí)由于單體垂直軸風(fēng)輪10的尺寸減小，對(duì)于垂直軸風(fēng)輪10的風(fēng)槳104等強(qiáng)度也相應(yīng)的降低。

請(qǐng)一并參閱圖2和圖3，本實(shí)施例中，豎直支架為塔筒30。塔筒30采用現(xiàn)澆鋼管混凝土格構(gòu)式?；炷恋目箟簭?qiáng)度高，但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高。同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。同時(shí)采用格構(gòu)式的架狀體的塔筒30減小了迎風(fēng)面積，增大了豎直支撐的剛度。

塔筒30的立柱和連系梁為法蘭連接的鋼管結(jié)構(gòu)，連接螺栓采用高強(qiáng)螺栓，鋼管內(nèi)現(xiàn)澆c50-c60混凝土，在一定位置設(shè)置多個(gè)鋼平臺(tái)301，鋼平臺(tái)301由平臺(tái)梁制成，平臺(tái)梁采用帶法蘭的鋼管結(jié)構(gòu)。該鋼平臺(tái)301既是安裝發(fā)電機(jī)20的平臺(tái)，有時(shí)塔筒30的抗扭平臺(tái)。

塔筒30內(nèi)部設(shè)有豎直電梯302用于運(yùn)行巡視和檢修。免去了在大高度下攀爬的勞累，同時(shí)提高了巡檢效率。

塔筒30的頂部設(shè)有一水平放置的桁架303，桁架303的兩端在塔筒30上伸出，本實(shí)施例為等場(chǎng)地伸出，桁架303用于固定滑輪車。在桁架303上固定卷揚(yáng)機(jī)，采用卷揚(yáng)機(jī)吊裝發(fā)電機(jī)20和垂直軸風(fēng)輪10，而不需要另外的地面大型吊車。這樣塔筒30的高度就不受地面起重機(jī)械的高度的約束。桁架303的桿件均采用螺栓連接(也是為了在安裝起重桁架303時(shí)不另外使用大型地面吊車)。桁架303以及設(shè)于桁架303兩端的卷揚(yáng)機(jī)共同構(gòu)成了塔筒30的自升式起重機(jī)，在塔筒30施工時(shí)吊裝塔筒30的鋼結(jié)構(gòu)件和現(xiàn)澆混凝土。在桁架303和卷揚(yáng)機(jī)在發(fā)電機(jī)20安裝后不再拆除，在檢修時(shí)使用。

請(qǐng)一并參閱圖4和圖5，本實(shí)施例中，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101呈筒狀且轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于塔筒30的外壁，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的內(nèi)側(cè)為永磁環(huán)。塔筒30的外壁與永磁環(huán)之間還設(shè)有發(fā)電機(jī)20的定子201，定子201與永磁環(huán)之間存有氣隙。

上述，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101呈圓筒狀，其內(nèi)側(cè)為永磁環(huán)，使得風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作為發(fā)電機(jī)20中的轉(zhuǎn)子202，通過轉(zhuǎn)子202的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線從而發(fā)電，該結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)20為外置式永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)20。

定子201包括定子201鐵芯和纏繞于定子201鐵心上的定子201繞組，定子201鐵心套設(shè)于塔筒30上。風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101設(shè)于鋼平臺(tái)301上。風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的軸向端面與鋼平臺(tái)301之間設(shè)有軸承，通過設(shè)置軸承減小風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101和鋼平臺(tái)301之間的摩擦力。同時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101在徑向上與塔筒30之間通過水平向約束軸承約束。

請(qǐng)一并參閱圖6，垂直軸風(fēng)輪10包括支撐臂102、風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103和風(fēng)槳104。支撐臂102呈輻射狀的連接于風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101上，至少三個(gè)風(fēng)槳104通過支撐臂102連接于所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101，風(fēng)槳104通過風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于支撐臂102上。

本實(shí)施例中，每一風(fēng)槳104通過兩個(gè)支撐臂102連接于風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101上，兩個(gè)支撐臂102之間連接有垂直支撐桿105，從而使得兩個(gè)支撐臂102之間的剛度更大。兩個(gè)支撐臂102將風(fēng)槳104分割成上段風(fēng)槳104、中段風(fēng)槳104和下段風(fēng)槳104。

風(fēng)槳104在受風(fēng)力作用時(shí)，通過支撐臂102帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101一同轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成垂直軸風(fēng)輪10的動(dòng)能，從而使得發(fā)電機(jī)20發(fā)電。風(fēng)槳104安裝在支撐臂102離風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的最遠(yuǎn)端，呈豎直狀態(tài)，且風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103可相對(duì)支撐臂102轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103固定于風(fēng)槳104上。

風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103連接在風(fēng)槳104的縱向中線上，風(fēng)槳104和風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103固定連接。風(fēng)槳104呈板狀，其表面或者說背部呈流線型，流線型的風(fēng)槳104具有較好的運(yùn)動(dòng)性能，減小了風(fēng)槳104與風(fēng)的摩擦力。

為增加垂直軸風(fēng)輪10在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整體的剛度，更好的分配各個(gè)支撐臂102所受的水平向交變力，在各個(gè)相鄰的支撐臂102之間設(shè)置水平支撐桿106，該水平支撐桿106在平面上構(gòu)成多邊形。

需要說明的是，垂直軸風(fēng)輪10的支撐臂102、水平支撐桿106和垂直支撐桿105均可以采用格構(gòu)桁架303，以降低支撐臂102、水平支撐桿106和垂直支撐桿105的迎風(fēng)面積，增大支撐剛度。

本實(shí)施例中，風(fēng)槳104的數(shù)量為8個(gè)，即支撐臂102的數(shù)量為16條，水平支撐桿106在水平面上構(gòu)成正八邊形。風(fēng)槳104的數(shù)量不限于八個(gè)，可以為3個(gè)、4個(gè)，甚至是10個(gè)?？梢岳斫猓瑢?shí)時(shí)變槳風(fēng)輪的受力面積，一方面和迎風(fēng)角度有關(guān)，一方面和風(fēng)槳104的數(shù)量相關(guān)，理論上風(fēng)槳104的數(shù)量越多，受力面積越大。由于要盡量做大垂直軸風(fēng)輪10的掃風(fēng)面積，制造垂直軸風(fēng)輪10的桁架303和風(fēng)槳104應(yīng)選用重量輕強(qiáng)度高而且成本相對(duì)較低的材料。

如圖7和圖8所示，在另一實(shí)施例中，所述垂直軸風(fēng)輪10包括風(fēng)輪轂108、支撐臂102、風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103和風(fēng)槳104。所述風(fēng)輪轂108包括軸套1081、輻條1082和轂圈1083，所述軸套1081套設(shè)于所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101上，所述輻條1082一端與軸套1081連接，另一端與轂圈1083連接。所述轂圈1083外側(cè)均布有至少3個(gè)與所述轂圈1083的徑向同向的所述支撐臂102，所述風(fēng)槳104通過所述風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述支撐臂102上。

通過加設(shè)風(fēng)輪轂108使得垂直軸風(fēng)輪10的回轉(zhuǎn)特性更好，減小支撐臂102的長(zhǎng)度，減小支撐臂102的撓性變形。風(fēng)輪轂108的結(jié)構(gòu)與自行車輪轂的結(jié)構(gòu)類似，在軸套1081和轂圈1083之間設(shè)有拉力輻條1082，從而使得風(fēng)輪轂108的形狀更加穩(wěn)定。軸套1081的結(jié)構(gòu)為格桁架結(jié)構(gòu)，輻條1082在軸套1081上交叉的向外側(cè)的轂圈1083上輻射。轂圈1083的截面呈三角形。軸套1081的外側(cè)設(shè)有兩個(gè)環(huán)形的轂圈1083，兩個(gè)環(huán)形的轂圈1083上的輻條1082交叉的由軸套1081拉倒轂圈1083上。轂圈1083的外側(cè)連接有支撐臂102。支撐臂102與風(fēng)槳104之間的結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例中的相同。

請(qǐng)一并參閱圖9，垂直軸風(fēng)輪10還包括風(fēng)向感測(cè)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置107。風(fēng)向感測(cè)裝置用于感測(cè)風(fēng)向，驅(qū)動(dòng)裝置107驅(qū)動(dòng)位于迎風(fēng)半周的風(fēng)槳104始終垂直于風(fēng)向的水平分向，驅(qū)動(dòng)裝置107驅(qū)動(dòng)位于逆風(fēng)半周的風(fēng)槳104始終平行于風(fēng)向的水平分向。

本實(shí)施例中，每一風(fēng)槳104上均設(shè)有一個(gè)風(fēng)向感測(cè)裝置和一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置107。通過風(fēng)向感測(cè)裝置來判斷其上的風(fēng)槳104的迎風(fēng)或背風(fēng)，從而反饋給驅(qū)動(dòng)裝置107，驅(qū)動(dòng)裝置107控制風(fēng)槳104轉(zhuǎn)動(dòng)。

由于風(fēng)槳104攻角的存在，垂直軸風(fēng)輪10才能轉(zhuǎn)動(dòng)，攻角即為相對(duì)于一端圓周運(yùn)動(dòng)的外切線的角度，即當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)槳104平行時(shí)攻角為零，風(fēng)槳104不受力，其余情況下攻角不為零，風(fēng)槳104或受推力或受阻力。

因?yàn)榇怪陛S風(fēng)輪10轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來自于風(fēng)的水平分力。驅(qū)動(dòng)裝置107驅(qū)動(dòng)迎風(fēng)半周的風(fēng)槳104始終垂直于風(fēng)向的水平分向，從而使得迎風(fēng)半周的驅(qū)動(dòng)力為最大。驅(qū)動(dòng)裝置107驅(qū)動(dòng)逆風(fēng)半周的風(fēng)槳104始終平行于風(fēng)向的水平分向，從而使得逆風(fēng)半周的阻力雖不是零，但是盡可能小，提高了風(fēng)能的利用率。

驅(qū)動(dòng)裝置107為馬達(dá)，馬達(dá)的輸出軸與風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103連接。垂直軸風(fēng)輪10在工作時(shí)一直在轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)槳104也在實(shí)時(shí)的連續(xù)的變化，其角度的變化的是連續(xù)的，不是階躍性的變化，因而垂直軸風(fēng)輪10在工作時(shí)噪聲小、震動(dòng)小，能夠穩(wěn)定的工作。

可以理解，驅(qū)動(dòng)裝置107除了可以采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以外，還可以采用液壓驅(qū)動(dòng)、連桿驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)液動(dòng)連桿的組合驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)除了可以直接連接在風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103驅(qū)動(dòng)風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還可以通過驅(qū)動(dòng)連桿帶動(dòng)風(fēng)槳轉(zhuǎn)軸103轉(zhuǎn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)較為常見在此不贅述。

通過風(fēng)槳104可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)向時(shí)小面積逆風(fēng)，提高了風(fēng)能的利用率。且在垂直軸哦風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，風(fēng)槳104實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向平穩(wěn)、連續(xù)。

實(shí)施例2

如圖10所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，豎直支架為塔筒30，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101呈筒狀且轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于塔筒30的外壁，發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子202相對(duì)定子201轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子202與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101通過變速箱40連接，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101和轉(zhuǎn)子202上均與變速箱40通過齒輪副傳動(dòng)。

上述，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101通過變速箱40和齒輪副結(jié)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子202轉(zhuǎn)動(dòng)，定子201的位置固定，轉(zhuǎn)子202在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不斷地切割磁感線，從而使得發(fā)電機(jī)20發(fā)電。

轉(zhuǎn)子202為永磁環(huán)，本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子202設(shè)于定子201內(nèi)部，該結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)20為內(nèi)置式永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)20。在另一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子202設(shè)于定子201的外部，該結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)20為外置式永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)20。

定子201包括定子201鐵芯和纏繞于定子201鐵心上的定子201繞組，定子201鐵心固定于塔筒30的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)子202的長(zhǎng)度大于定子201的長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)子202在定子201中的伸出端與變速箱40連接，變速箱40在與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101相連。

具體的，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的內(nèi)壁上設(shè)有圓周內(nèi)齒形，變速箱40的輸入軸上的齒輪與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的內(nèi)齒嚙合。轉(zhuǎn)子202的外壁上設(shè)有圓周的外齒形，變速箱40的輸出軸上的齒輪與轉(zhuǎn)子202上的外齒形嚙合，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101帶動(dòng)發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)子202轉(zhuǎn)動(dòng)。

風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101設(shè)于鋼平臺(tái)301上。風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101的軸向端面與鋼平臺(tái)301之間設(shè)有軸承，通過設(shè)置軸承減小風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101和鋼平臺(tái)301之間的摩擦力。同時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸101在徑向上與塔筒30之間通過水平向約束軸承約束。

實(shí)施例3

請(qǐng)一并參閱圖11和圖12，本實(shí)施例與實(shí)施1的區(qū)別在于，豎直支架為在豎直方向上堆疊的籠式框架50，每一籠式框架50內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)有一垂直軸風(fēng)輪10和固設(shè)有一所述發(fā)電機(jī)20。

籠式框架50由呈輻射狀的框架橫梁501和框架立柱502構(gòu)成，框架橫梁501和框架立柱502垂直連接。該框架立柱502采用法蘭連接的光管混凝土柱。建造籠式框架50的材料結(jié)構(gòu)不限于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，還可以采用鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、包庇鋼管混凝土環(huán)形桿結(jié)構(gòu)及多個(gè)結(jié)構(gòu)的組合。

每一籠式框架50中的垂直軸風(fēng)輪10之間獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，每一垂直軸風(fēng)輪10連接一發(fā)電機(jī)20發(fā)電。

本實(shí)施例的串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1可以在各種地形條件建造風(fēng)力發(fā)電站，尤其適合在高層建(構(gòu))筑物或超高層建(構(gòu))筑物的屋頂建造風(fēng)力發(fā)電站，但建筑物的柱不一定在平面上呈有規(guī)則的多邊形，因此，設(shè)置于屋頂?shù)幕\式框架50柱可以與建筑物的框架柱進(jìn)行受力過渡。見示意圖。

在這里示出和描述的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制，因此，示例性實(shí)施例的其他示例可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本申請(qǐng)的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本申請(qǐng)范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。因此，本申請(qǐng)的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。