一种垂直轴风力机

本发明属于风力发电领域。具体涉及一种将风的动能转化为旋转机械能的垂直轴风力机 (风轮)。

目前常见的风力机为水平轴，而现有垂直轴风力机多为叶片垂直设置，环绕垂直轴旋转； 许多垂直轴风力机的风能利用率较低，且结构复杂，制造成本较高。

本发明提供的一种风力机，叶片板在风力作用下绕水平轴摆动，其中垂直轴的一侧向水 平方向摆动，另一侧向竖直方向摆动，垂直轴两侧的叶片板集风面积不同，进而产生力矩， 使水平轴绕垂直轴旋转输出动力。由于向水平方向摆动的叶片集风面积很小，向竖直方向摆 动的叶片的集风面积可达最大，所以在风力作用下会产生较大旋转力矩，从而同其他垂直轴 风力机相比有较高的风能利用率。

本发明为一种垂直轴风力机，其特征在于：其包括箱体支承座总成、垂直轴总成、叶片 总成和螺钉。

箱体支承座总成由变速箱体、圆孔内置有钢珠的组合轴承、轴承座、向心轴承和轴承端 盖组成，组合轴承安装在变速箱体内，轴承座安装在变速箱体上部，内部装有向心轴承并装 有轴承端盖，起支承垂直轴总成的作用，承受来自于垂直轴的轴向载荷和径向载荷。

垂直轴总成为由销钉固定的传动轴和叶片安装轴连接组成。传动轴上加工有键槽，用以 安装齿轮传递动力，另一端可安装叶片总成，还可与叶片安装轴连接；叶片安装轴为相互间 可首尾相连的套筒轴，由销钉固定，叶片安装轴用以安装叶片总成；风力吹动叶片总成带动 叶片安装轴旋转，通过传动轴传递动力。传动轴或叶片安装轴在同一水平面上均匀分布安装 的叶片称为一组叶片。每组叶片在同一水平面内均匀分布安装两个或两个以上叶片，叶片安 装轴之间及其与传动轴间的连接应做到使所有叶片在水平投影上夹角相等，即由垂直轴上连 接销钉的径向孔轴线与叶片的水平轴线的夹角实现，其角度等于[(360°/叶片数)/组数]。 传动轴和每节叶片安装轴上安装的叶片组数，每组叶片中的叶片数和叶片安装轴的节数需根 据风速和风机功率等具体情况和要求确定。

叶片总成为集风装置，其由扭簧、水平轴、限位螺钉、轴套、轴承、轴承端盖、调节螺 钉、紧固螺钉、连接件和叶片板构成。扭簧套装在水平轴上，调整水平轴与轴套之间相对摆 动的角度，进而调节风机转速；水平轴左端穿过垂直轴并由螺钉固定，其上套有扭簧，由限 位螺钉固定，右端与轴承内圈配装，并装有轴承端盖；轴套左端加工成半轴套，在铅垂面的 下部有扭簧限位，轴套内孔与轴承外圈配装，右端与连接件相连，可一起绕水平轴旋转；调 节螺钉将轴套和连接件固定，并调节叶片板对水平轴的力矩平衡；紧固螺钉将叶片板固定在 连接件上；连接件起连接轴套与叶片板的作用。水平轴不绕轴线转动，叶片板、连接件和由 调节螺钉连在一起的轴套绕水平轴摆动，当叶片板绕水平轴由铅垂方向摆至水平方向时由限 位螺钉限位，当反方向摆动至铅垂位置时由扭簧限位。

本发明中叶片板、连接件和轴套的连接，可根据尺寸情况设计，但需满足叶片板和轴套 一起绕水平轴旋转(或摆动)。

本发明中所有零件材料及尺寸均由实际产品的产量及产品技术要求确定。

图1为垂直轴风力机结构示意图；

图中，箱体支承座总成1，垂直轴总成2，叶片总成3，螺钉4。

图2为箱体支承座总成1结构示意图；

图中，变速箱体101，组合轴承102，轴承座103，向心轴承104，轴承端盖105。

图3为垂直轴总成2结构示意图；

图中，传动轴201，固定销钉202，叶片安装轴203。

图4为叶片总成3结构示意图；

图中，扭簧301，水平轴302，限位螺钉303，轴套304，轴承305，轴承端盖306，调 节螺钉307，紧固螺钉308，连接件309，叶片板310。

如图1所示，本发明包括箱体支承座总成1、垂直轴总成2、叶片总成3和螺钉4。

箱体支承座总成1由变速箱体101、圆孔内置有钢珠的组合轴承102、轴承座103、向心 轴承104和轴承端盖105组成，组合轴承102安装在变速箱体101内，轴承座103安装在变 速箱体101上部，内部装有向心轴承104并装有轴承端盖105，起支承垂直轴总成2的作用， 承受来自于垂直轴的轴向载荷和径向载荷。

垂直轴总成2为由销钉202固定的传动轴201和叶片安装轴203连接组成；传动轴201 上加工有键槽，用以安装齿轮传递动力，另一端可安装叶片总成3，还可与叶片安装轴203 连接；叶片安装轴203为相互间可首尾相连的套筒轴，由销钉202固定；叶片安装轴203和 传动轴201均可用以安装叶片总成3，叶片总成3产生风力带动叶片安装轴203旋转，通过 传动轴201输出动力。

叶片总成3为集风装置，由扭簧301，水平轴302，限位螺钉303，轴套304，轴承305， 轴承端盖306，调节螺钉307，紧固螺钉308，连接件309和叶片板310组成；扭簧301套装 在水平轴302上，调整水平轴302与轴套304之间相对摆动的角度，进而调节风机转速；水平 轴302左端穿过垂直轴2并由螺钉4固定，其上套有扭簧301，由限位螺钉303固定，右端 与轴承305内圈配装，并装有轴承端盖306；轴套304左端加工成半轴套，在铅垂面的下部 有扭簧301限位，轴套304内孔与轴承305外圈配装，右端与连接件309相连，可一起绕水 平轴302旋转；调节螺钉307将轴套304和连接件309固定，并调节叶片板310对水平轴302 的力矩平衡；紧固螺钉308将叶片板310固定在连接件309上；连接件309起连接轴套304 与叶片板310的作用。水平轴302不绕轴线转动，叶片板310、连接件309和由调节螺钉307 连在一起的轴套304绕水平轴302摆动，当叶片板310绕水平轴302由铅垂方向摆至水平方 向时由限位螺钉303限位，当反方向摆动至铅垂位置时由扭簧301限位。

本发明中叶片板310、连接件309和轴套304的连接，可根据尺寸情况设计，但需满足 叶片板310和轴套304一起绕水平轴302旋转(或摆动)。

本发明中所有零件材料及尺寸均由实际产品的产量及产品技术要求确定。

根据上述原理将箱体支承座总成1、垂直轴总成2及叶片总成3组装后即可投入工作。 下面以安装四组叶片、每组两叶的风力机为例说明本发明的工作过程：

首先，在无风的情况下将叶片板310由调节螺钉307调节为有一倾角的状态。当有风吹 动时，垂直轴2两侧的叶片板310在风力作用下，分别绕水平轴朝相反方向摆动，当朝垂直 方向摆动的叶片板310摆动至铅垂面状态时由扭簧301限位，朝水平方向摆动的叶片板310 摆动至水平状态时由限位螺钉303限位；此时，铅垂状态的叶片板310所受的风力远大于水 平状态的叶片板310所受风力，叶片总成3开始绕垂直轴2转动，输出动力；当风速加大时， 铅垂状态的叶片板310所受风力会克服扭簧301的弹力使叶片板310继续摆动，不再保持铅 垂状态，减小了迎风面积，以降低转速，对稳定转速起到了一定作用。当其中一叶片板310 与风速方向垂直时，叶片所受风力最大，转过45度时，就又有一叶片(相邻叶片)有最大值； 事实上，每隔45度时，就有一叶片板310达到最大集风面积，同时其前后相邻的两叶片，也 具有一定的集风面积，这样每个叶片循环不断地工作，风力机则可不停地旋转输出动力。