风力发电机的风轮

技术领域

本发明涉及风力发电设备，尤其是涉及风力发电机的风轮。

背景技术

风力发电是利用风力吹动叶轮旋转，进而带动发电机发电，不需要使用燃料，不会产生空气污染。传统的常见风力发电机组一般包括竖直安装在地面的塔架、安装在塔架顶端的主机及连接着主机的转子叶片，转子叶片用于捉获风，并将风力传送到转子轴心。这种风力发电机组尺寸巨大，例如，在一座600千瓦风力发电机上，塔架的高度为40-60米，每个转子叶片的测量长度可达到20米，形状像飞机的机翼，转子叶片的重量可达到10-30吨，甚至更重，运输、安装和维护都非常困难，成本高。

大自然的风力忽大忽小，导致发电不稳定、难控制，电能质量不高，效率低。为了更大限度利用风能，现有技术中一般采用叶片俯仰角度控制系统，以及使风动转子始终朝向风力最大的方向，这样来提升效率，即使如此，现有风力发电机效率一般为20％多，风能利用率始终较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为风力发电机提供一种降低安装和维护难度、并且能大大提升风能利用效率的增压式大扭矩风轮。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机的风轮，其特征在于，包括立柱、转动主轴、风叶轮、风叶轮支撑架、导风罩、导风罩支撑架；所述转动主轴可转动地套设在所述立柱之内、且部分伸出立柱之外；所述风叶轮有一个上、下两端面封闭、内侧面封闭围成的轮形壳体，只有外侧面敞开为受风口，所述轮形壳体以所述转动主轴为轴心，在所述轮形壳体内设有若干风叶片，所有的风叶片以所述转动主轴为轴心辐射状均匀竖立分布；在所述风叶轮的外围同轴地包围着所述导风罩，导风罩包括若干导风片，所有的导风片辐射状均匀竖立分布成圆轮形，上、下两端封闭，外侧敞开成受风口、内侧则与所述风叶轮外侧连通形成外宽内窄的增压风道；所述风轮支撑架外端连接着所述风叶轮的轮形壳体、内端则连接在所述转动主轴上位于立柱之外的部分，带动所述转动主轴转动进而发电；所述导风罩通过导风罩支撑架与所述转动主轴可转动或固定地连接。

在所述导风罩的两端面背对背对称地设置有增压的喇叭口。

每个所述风叶片与经过它的风叶轮的直径之间夹角为15-45°

每个风叶片是弧形叶片。

在每个所述风叶片的上、下两端沿弧线和弦长封有加强挡片。

所述导风罩的每个导风片一一对应地立在所述风叶片外围，所述导风片内侧接近所述风叶片的外侧。

每个所述导风片为矩形。

每个所述导风片由矩形的导风片主体、导风片主体外围的矩形框和导风片中轴组成，所述导风片中轴设置在导风片主体竖向的中轴线上，导风片中轴两端与矩形框可转动连接。

所述导风片与经过它的导风罩直径之间的夹角为0-45度。

每个所述导风片在导风片转动机构的带动下可绕其自身的中轴线而转动以调节受风口的开闭大小和角度。

每个导风片上的竖向中轴线处的导风片中轴固定套设在一个转动链轮内；所述导风片转动机构包括电机、拉杆、旋转臂、所述转动链轮、链条；所述拉杆的内端与电机的输出轴连接、外端可转动地连接着旋转臂的一端，旋转臂的另一端则与所述导风片中轴当中的一个连接，带动其转动，一根所述链条则环绕啮合于所有的转动链轮，带动所有转动链轮同步转动。

所述导风片转动机构还包括若干张紧链轮；为每个所述转动链轮的外侧配置一对所述张紧链轮，张紧链轮都啮合在所述链条上、且位于这个所述转动链轮的相对的另一侧，链条的啮合顺序是张紧链轮-转动链轮-另一个张紧链轮；每个所述转动链轮配置的一对张紧链轮中至少其中一个张紧链轮带有张紧度调节机构。

每个所述张紧度调节机构包括一个固定的滑道和一个固定的螺母，滑道上可滑动地安装有一个滑块，滑块一侧与张紧链轮的轴连接，另一侧固定有一个螺钉，所述螺母与螺钉螺纹连接，以便拧动螺钉时，螺钉带动滑块和该张紧链轮往复移动，从而调节链条的张紧度。

所述导风罩外沿有上、下两个环形的外沿骨架，导风罩内沿则有上、下两个环形的内沿骨架，封闭板封装在外沿骨架和内沿骨架上下两端面；在同一封闭板上的外沿骨架和内沿骨架之间连接有加强筋；所述导风片中轴两端以及链轮连接在所述加强筋上；所述电机安装在电机安装板上，所述电机安装板安装在两个相邻的加强筋上；对每个所述转动链轮的一对所述张紧链轮及张紧度调节机构而言，螺母和滑道以及另一个张紧链轮通过张紧链轮安装板固定在所述加强筋上。

所述导风片转动机构设置在所述导风罩下端封闭板的下侧。

所述风叶轮支撑架与转动主轴的连接方式：位于所述转动主轴伸出立柱的部分，在所述转动主轴上沿径向向外凸出一个连接台阶，所述连接台阶上固定套接着一个下端敞口的圆筒形风轮套，所述风轮支撑架辐射状固定连接在所述风轮套的外壁上；所述风轮套底面中心设有通孔容纳所述转动主轴穿过。

所述转动主轴与所述立柱可转动地套接结构为：在所述立柱顶端向外突出法兰边、对接着一个套设在所述转动主轴之外的倒T型的轴承套，所述轴承套两端与所述转动主轴之间内衬有轴承。

所述轴承套靠近立柱的这一端的内表面内凹成容纳轴承的腔体，立柱顶端面处的轴承下方、转动主轴上固定有一个承托该轴承的锁紧环；所述轴承套的上端内表面内凹形成一个承托轴承的台阶面，且轴承套上端面敞口处设有密封塞。

所述风叶轮支撑架结构包括若干个侧立的直角梯形连接架，辐射状地围绕转动主轴分布着，每个直角梯形连接架上平行的两底中，短的底与转动主轴伸出在立柱之外的部分连接，长的底固定连接在所述风叶轮的轮形壳体内侧。

所述导风罩在其上方通过上方的所述导风罩支撑架与所述转动主轴可转动的连接，导风罩下方通过下方的所述导风罩支撑架与所述立柱可转动的连接。

所述导风罩与所述转动主轴可转动的连接结构为：在所述转动主轴外间隔地套设有一个导风罩轴承套；所述导风罩轴承与所述转动主轴之间的两端设有导风罩第一转动轴承；所述导风罩上端设有封闭板，封闭板上设有连接加强筋，所述导风罩支撑架外端的下侧连接在所述连接加强筋上，所述导风罩支撑架内端一体设有连接板，所述连接板连接在所述导风罩轴承套外壁。

所述导风罩轴承套上、下两端内壁均内凹成为所述导风罩轴承限位的内凹台阶；下方是锁紧螺母；在所述导风罩轴承套下端的外壁突出成一个承托所述连接板的凸沿。

位于所述风叶轮支撑架下方，所述立柱外围套设有一个两端敞口的圆筒形的导风罩第二轴承套；在所述导风罩下方，所述导风罩支撑架外端的上侧连接在所述导风罩下端封闭板下方的连接加强筋上，所述导风罩支撑架内端一体的连接板连接在所述导风罩第二轴承套的外壁；所述导风罩第二轴承套与所述立柱之间设有导风罩第二轴承，以便所述导风罩支撑架能绕立柱转动。

所述立柱上一体凸出的轴承安装座，所述导风罩第二轴承安装于其上，所述轴承安装座上方还固定套有限位圈为所述导风罩第二轴承限位；所述导风罩第二轴承套内侧同轴固定套接有一个限位筒，为所述导风罩第二轴承套上方限位。

所述导风罩第二轴承套顶端高于所述连接板和限位筒；所述导风罩第二轴承套的顶端外与所述立柱间隙安装有密封端盖，且所述密封端盖以螺钉锁定在所述导风罩第二轴承套的顶端；所述密封端盖下方与立柱上凸出的密封台阶之间压有密封圈；在所述密封台阶上套有一个向下的防尘罩将密封端盖罩住。

本发明的风力发电机的风轮，由于采用封闭式的风轮，大大减少风能的损失，并且采用导风片在风轮的风叶片外围形成类似穿堂风的外宽内窄的风道，能增压2-3倍，且大大增加了转动主轴的扭力，并且不受风向变化的限制，减少风向跟踪系统的投入，发电效率可提升50％以上。由于发电效率的提升，同样功率发电机的体积大大减小。由于风轮结构紧凑，体积小，可以根据所需要的功率做成各种尺寸，安装和维护变得容易，成本低。

由于进一步采用了导风片转动机构，可以根据风力大小调节电机的转动方向和转速，进而调整导风片角度，改变风道的进风，解决了风力忽大忽小，发电不稳定的问题，在遇到风力过大或极端天气等情况，导风片可以关闭，停止发电。

附图说明

图1为本发明的风力发电机的风轮去掉部分喇叭口和封闭板后的立体示意图。

图2为本发明的风力发电机的风轮纵向剖视图。

图3为图2中的A部局部放大图。

图4为图2中的B部局部放大图。

图5为本发明的风力发电机的风轮去掉导风罩下端的部分封闭板后的仰视图。

图6为本发明导风片转动机构示意图。

图7是本发明的风力发电机的风轮的导风罩和喇叭口立体外形图，图中去掉了部分部件。

图8是本发明的导风片及其转动机构局部立体示意图。

技术特征名称及附图标记如下：

立柱10、法兰边11，轴承套12，横向部121，密封塞122，轴承13，轴承安装座14，密封端盖15，密封圈16，防尘罩17，密封台阶18，限位圈19；

转动主轴20、连接台阶21，风轮套22，锁紧螺母23，锁紧环24。风叶轮30、风叶片31，加强挡片32，轮形壳体34；

风叶轮支撑架40、直角梯形连接架41，短的底411，长的底412，加强杆42；

导风罩50、导风片51，导风片主体511，矩形框512，导风片中轴513，外沿骨架53，内沿骨架54，封闭板55，加强筋56，电机安装板57，张紧链轮安装板58；导风片转动机构59：电机591、拉杆592旋转臂593、转动链轮594、链条595，张紧链轮596，螺母597，滑块598，螺钉599；

导风罩支撑架60、连接加强筋61，连接板62，连接架63，导风罩第一轴承套65，限位筒651，导风罩第一转动轴承66，导风罩第二轴承64，导风罩第二轴承套67，密封圈68；

喇叭口70。

具体实施方式

下文结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步地详细说明。

图1、图2、图5是本发明的风力发电机的风轮整体图，从图中可见，风力发电机的风轮包括立柱10、转动主轴20、风叶轮30、风叶轮支撑架40、导风罩50、导风罩支撑架60、喇叭口70。所述立柱10支撑在地面上，它是一个空心柱体。转动主轴20可转动地套接在立柱10之内，转动主轴20下端是与发电机连接的部分，上端部分伸出立柱之外作为连接固定风轮之用。通过风叶轮支撑架40的连接将所述风叶轮30穿设在所述转动主轴20上露出立柱的部分，在风力作用下，风叶轮30围绕并带动转动主轴20转动，进而发电。

所述风叶轮30有一个上、下两端面封闭、内侧面封闭围成的轮形壳体34，只有外侧面敞开为受风口，所述轮形壳体34以所述转动主轴20为轴心，在所述轮形壳体34内设有若干风叶片31，所有的风叶片以所述转动主轴20为轴心竖立着、呈辐射状均匀分布成一圈360°，形成圆的轮形，作为优选值，每个所述风叶片与经过它的风叶轮直径之间的夹角为30度，实际上也可以根据风轮大小做适当调整，在15-45°范围内均可。每个风叶片31固定在轮形壳体34上形成一个整体的轮。作为较佳的实施例，为了增加受风面积，每个风叶片优选为弧形(投影面为矩形)，上下两端封闭，为了更好的“兜”住风，风吹过来不会马上卸压，风转到背风位置才卸压，保持风向压力可增加扭力。还可以在每个所述风叶片31两端沿弧线和弦长封有加强挡片32加强挡片，用来起到加强的作用，保持弧形不变形。当风叶片有加强挡片时，可以用螺钉把上、下加强挡片与上、下封闭面锁定在一起实现固定。相邻两个风叶片31之间，外侧间距大于内侧间距，形成外宽内窄的风道，实现增压效果。

为了把风叶轮与转动主轴连接起来，转动主轴上端是部分伸出在立柱之外的。为了将所述风叶轮30连接在转动主轴上，本发明采用了所述风叶轮支撑架40。如图1-3所示，所述风叶轮支撑架结构40包括若干个侧立的直角梯形连接架41，它们辐射状地围绕转动主轴分布着，每个直角梯形连接架上平行的两底中，短的上底411与转动主轴伸出在立柱之外的部分连接，长的下底412固定连接在所述风叶轮30内侧封闭板上，斜边413倾斜向上。为了让所述风叶轮支撑架结构40形成一个更加稳固的整体，在每两个相邻所述直角梯形连接架41顶面连接一根加强杆42，所有的加强杆围城一个封闭的等边多边形。

如图2-3所示，所述风叶轮支撑架40的上底411与转动主轴20的连接方式：所述转动主轴沿径向向外伸出连接台阶21，所述连接台阶21上套接着一个下端敞口的圆筒形的风轮套22，且通过螺钉将风轮套22底面锁紧在所述连接台阶21上；所述风轮支撑架40的每一个直角梯形连接架41的上底411辐射状焊接固定或螺钉固定在所述风轮套22的外壁上；所述风轮套22底面中心为通孔，容纳所述转动主轴20穿过。风轮套22上方设有一个锁紧螺母23，防止圆筒形风轮套22脱出。

同样如图2-3所示，为了让所述转动主轴20在所述立柱10内转动，它们之间的可转动结构为：在所述立柱10的顶端向外突出法兰边11；立柱顶面上方对接着一个倒T型的轴承套12、套设在所述转动主轴20之外，所述轴承套12上端位于所述连接台阶21的下方、而下端向外突出的横向部121贴着立柱顶端的法兰边11，二者之间有环形台阶相扣且轴向上以螺钉锁紧；所述轴承套12位于所述风轮套22的内；所述轴承套12上、下两端的内表面与所述转动柱主轴之间内衬有轴承13，这样实现二者顺利地相对转动。所述轴承套12靠近立柱的这一端的内表面内凹成容纳轴承13的腔体，且此处轴承13承托在所述转动主轴上的锁紧环24上。所述轴承套12的上端内表面内凹形成一个承托轴承13的台阶面，且轴承套12上端面敞口处设有密封塞122。

如图1、图5、图7、图8所示，在所述风叶轮30的外围是与之同轴且等高的所述导风罩50，导风罩也是轮形的。导风罩包括若干矩形的导风片51、外沿骨架53、内沿骨架54、封闭板55、加强筋56。作为优选方式，每个导风片51由矩形的导风片主体511、导风片主体外围的矩形框512和导风片中轴513组成，所述导风片中轴513固定设置在导风片主体511竖向的中轴线上，导风片的矩形框的设置可在满足强度的情况下节约导风片的厚度，导风片中轴两端与矩形框可转动连接，使得导风片可绕其导风片中轴转动。所述外沿骨架53为位于导风罩外沿的上、下两个环形的骨架，所述内沿骨架54为位于导风罩内沿的上、下两个环形的骨架，所述导风片51竖立安装，其矩形框512外侧安装在上、下两个外沿骨架53上，矩形框的内侧则安装在上、下两个环形的内沿骨架54上，这样支撑起导风罩的轮形主体，所有的导风片51辐射状均匀竖立分布成圆的轮形，上、下两端面均以封闭板55封闭起来，外侧敞开成受风口，所述导风罩50的每个导风片51与所述风叶片31一一对应，立在风叶片31外围，所述导风片内侧接近所述风叶片的外侧，使得导风罩50内侧与所述风叶轮30外侧连通形成外宽内窄的增压风道，风道进一步增压。导风片51与风叶片31不接触，离开大约50mm的距离，以便转动时不干涉。作为优选方式，所述导风片的与经过它的导风罩直径之间的夹角可在0-45度之间调节。另外在封闭板55内表面上、矩形框连接的位置设有加强筋56，加强筋56连接在内沿骨架54和外沿骨架53之间的。

导风片主体511镶嵌固定安装在矩形框512中，如果导风片主体511固定不转动也可以实现发明目的。但作为优选方式，导风片51是可转动的，这样可以调节开闭，调节受风口的大小和角度，因此，在所述导风罩50下端封闭板的下侧面(避免淋雨)还设置了导风片转动机构59，在它的带动下所有的导风片主体511可绕导风片中轴513而转动。如图5-8所示，所述导风片转动机构59包括电机591、拉杆592、旋转臂593、转动链轮594、链条595；每个导风片中轴513穿过加强筋56和封闭板55，同轴固定套设在一个转动链轮594内；在两个相邻的加强筋56之间连接一个电机安装板57，其上安装所述电机591，所述拉杆592的内端与电机591的输出轴连接、外端可转动地连接着旋转臂593的一端，旋转臂593的另一端则与所述导风片中轴513连接，带动导风片中轴513和转动链轮594转动，一根所述链条595则环绕啮合于所有的转动链轮。这样，电机591的转动就可以带动所有转动链轮同步转动，导风片就随之转动了，风力过大的时候，可以关闭导风叶片，暂停发电，以免损坏设备。电机的转动调节通过现有市售的风速传感器和控制电路实现。

所述导风片转动机构59中还为每个所述转动链轮594的外侧配置一对张紧链轮596，通过张紧链轮安装板58固定在所述加强筋56上，张紧链轮都啮合在所述链条595上、且相对位于所述转动链轮的两侧，如图5、图6、图8所示，转动链轮594靠近外沿骨架53，张紧链轮靠近内沿骨架54，链条的啮合顺序是张紧链轮-转动链轮-另一个张紧链轮。在每个所述转动链轮594配置的一对张紧链轮596中，其中一个带有张紧度调节机构，每个所述张紧度调节机构包括一个固定在张紧链轮安装板58上的滑道(图中未示出)和一个固定的螺母597，滑道上可滑动地安装有一个滑块598，滑块一侧与张紧链轮的轴连接，另一侧固定有一个螺钉599，所述螺母597与螺钉599螺纹连接，拧动螺钉时，螺钉带动滑块和该张紧链轮往复移动，从而调节链条595的张紧度。

参阅图1-4所示，上述轮形的导风罩50在其上方通过辐射状的所述导风罩支撑架60越过所述风叶轮30与所述转动主轴20可转动的连接，导风罩50下方通过所述导风罩支撑架60越过所述风叶轮30与所述立柱10可转动的连接。

所述导风罩支撑架60有若干辐射状分布在转动主轴20和立柱10周围的侧立的连接架63组成。在所述导风罩50上端的封闭板55上的加强筋56上连接着连接加强筋61，连接架63外端的下侧连接在所述连接加强筋61上。如图3所示，在所述圆筒形风轮套22正上方、于所述转动主轴20外间隔地套设有一个导风罩第一轴承套65，导风罩第一轴承套65下端间隙地罩住前文所述的锁紧螺母23；所述导风罩第一轴承套65与所述转动主轴20之间的两端设有导风罩第一转动轴承66(优选为斜珠轴承)；所述导风罩第一轴承套65上、下两端内壁均内凹，构成为导风罩第一转动轴承66限位的内凹台阶，下端的所述导风罩轴承65位于所述锁紧螺母23上方；在所述导风罩第一轴承套65下端的外壁突出成一个起承托作用的凸沿，所述连接架63内端一体的连接板62连接在所述导风罩第一轴承套65外壁，且承托在该凸沿上。这样就实现了导风罩50通过辐射状的导风罩支撑架60可转动地连接在所述转动主轴20上。转动主轴顶端以密封圈68密封。

在导风罩50下端的封闭板55上的加强筋56上，同样连接着连接加强筋61，连接架63外端的下侧连接在所述连接加强筋61上，而内端一体的连接板62则连接在一个导风罩第二轴承套67的外壁；如图4所示，所述导风罩第二轴承套67为两端敞口的圆筒形，套设在所述立柱10外围，位于所述风叶轮支撑架40下方，如图2和图4所示，为了在导风罩第二轴承套67与所述立柱10之间设置导风罩第二轴承64，在所述立柱10上一体凸出一圈倒T型的轴承安装座14，所述轴承安装座14上方还固定套有限位圈19，在所述导风罩轴承套65内侧同轴套接有一个限位筒651；所述导风罩第二轴承64安装在所述导风罩第二轴承套62与所述立柱10的轴承安装座14之间，下方承托在所述轴承安装座14的台阶上，上方则被所述限位筒651和限位圈19限位，这样就可以使所述导风罩支撑架60能绕立柱20转动，固定不动的立柱10就不会限制到导风罩50绕转动主轴20转动了。

所述导风罩第二轴承套67顶端高于所述连接板62和限位筒651，且在所述导风罩第二轴承套67的顶端外间隙安装有密封端盖15，且所述密封端盖15以螺钉锁定在所述导风罩第二轴承套67的顶端；所述密封端盖15下方与立柱上凸出的密封台阶18之间压有密封圈16；在所述密封台阶18上套有一个向下的防尘罩17将密封端盖15罩住。

作为最佳实施例，在所述导风罩50的上、下两端面背对背对称地设置着两个喇叭口70，为导风罩的受风面形成更强的增压效应。