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1、(10)申请公布号 CN 103912444 A (43)申请公布日 2014.07.09 C N 1 0 3 9 1 2 4 4 4 A (21)申请号 201410114073.3 (22)申请日 2014.03.25 F03D 3/06(2006.01) (71)申请人杭州爱纬斯电子有限公司 地址 311258 浙江省杭州市萧山区闻堰风情 大道3388号文体中心东4楼 申请人陈国宝 (72)发明人陈国宝 (54) 发明名称 一种三合一垂直轴风轮及配置方法 (57) 摘要 本发明公开一种三合一垂直轴风轮及配置方 法，属于风电清洁能源技术领域，由第一风轮1、 第二风轮2、第三风轮3、第四风轮。
2、4组合一体，构 成的内外通风受力的三合一的风力发电风轮；能 够从风轮内部和外部上、中、下全方位地承受自然 界的风能气流，利用内通风技术，使得风轮能够 24小时全天候不停地旋转，其中第一风轮1由2N 个能顺风向自动开合的半月形立式风斗按层次组 合而成，每层设置一个定位盘115固定半月形立 式风斗的角度，以克服风斗旋转死角、减小阻力； 与现有技术的风轮相比，三合一垂直轴风轮配置 成的大功率垂直轴风力发电风轮其发电能力是现 有垂直轴风轮的数倍以上。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附。
3、图7页 (10)申请公布号 CN 103912444 A CN 103912444 A 1/2页 2 1.一种三合一垂直轴风轮及配置方法，包括第一风轮(1)设置在第二风轮(2)的顶端， 第二风轮(2)的内部设置第三风轮(3)，第二风轮和第三风轮为一大一小的涡轮式球形风 轮，上述三个风轮的中心点固定在一起，第三风轮(3)顶部的防雨盖(301)上设预留孔供与 发电机转子连接，第二风轮(2)的球围外侧或设置第四风轮(4)，特征是：所述第一风轮(1) 由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，每层设 置定位盘115以固定每个风斗的定位角度，其中N或X为自然数。 2.根据。
4、权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：其中所说能的 顺风向自动开合的半月形立式风斗为：由向内翻边的弧形静片(101)的一端上下各设一个 带圆孔的猫耳扣，在向内翻边的弧形动片(103)的一端上下各设一个设带圆孔的猫耳扣， 两对猫耳扣通过活动装置(102)的主轴或主轴和轴承连接成半圆形，半圆形两边翻边处各 设软幕(4)，构成正面方形，背面半圆形，俯视为半月形的立式风斗，其中弧形动片(103)的 弧形金属薄片长度适当超出弧形静片(101)的长度，在超长端的外侧设第一永磁体(105)， 在对称的弧形静片(101)的内侧设第二永磁体(106)，第一永磁体与第二永磁体的磁性方 向成NSN。
5、S，适当选择磁性强度，使风斗在顺风时自动张开，第一永磁体(105)与第二永磁 体(106)自动吸合，背风时气流克服磁性力度，第一永磁体与第二永磁体自动分开，使风斗 的弧形动片(103)自动闭拢；或者在活动装置(102)的主轴上设弹璜(107)，使风斗在顺风 方向时自动弹开，在背风方向时，气流克服弹璜引力弧形动片(103)自动闭拢，以减少风向 阻力，进一步提高风能的利用率。 3.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所说第一风轮 (1)由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按层X层次组合而成， 其中N或X为自然数；当设X为两层时的配置方法为：将金属管(11。
6、6)划分2层，每层设置 2个风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置在定位盘(115)上，其中第一层对称设置 第1风斗(111)和第2风斗(113)，第二层对称设置第3风斗(112)和第4风斗(114)，风 斗与金属管116之间均设加长杆，第一定位盘(115)通过金属管(116)设置在第一层风斗 的弧形静片(1)的上端，第二定位盘(115)设置在第一层风斗的弧形静片(1)的下端和第 二层风斗的弧形静片(1)的上端，第三定位盘(115)与第二层风斗的弧形静片(1)的下端 连接以后，设置在金属管(116)的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过 定位盘定位调整后与金属管(116)固定，。
7、其中，底端的第三定位盘(115)中设连接孔供第二 风轮(2)连接。 4.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述每层设置 定位盘(115)以固定每个风斗的定位角度的设置方法为：每层设置2个风斗，风斗按顺时针 旋转方向180度对称角度设置在定位盘(115)上，层与层之间，通过定位盘(115)，上下相互 岔开排列，岔开排列的计算公式为360度/X，其中X为总层数，除得的商为每对风斗在金属 管(116)的圆周上所占的角度度数，按照所得角度分层次通过定位盘(115)定位调整后与 金属管(116)固定。 5.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述定位盘 。
8、(115)为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸 子供与金属管(116)焊接或螺丝固定。 6.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述的第二风 权 利 要 求 书CN 103912444 A 2/2页 3 轮(2)为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成涡旋角度的弧形叶片(202)，每个弧形叶片的 叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆 周均布围成圆形固定在球围(203)上，上端按角度均布固定在防雨盖(201)的四周，组成足 够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，防雨盖(201)中。
9、设连接孔供 第三风轮(3)连接时使用。 7.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述的第三风 轮(3)设置在第二风轮(2)的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成涡旋角度的 弧形叶片(302)，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹 凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围(303)上，上端按角度均布固 定在防雨盖(301)的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自 然数，防雨盖(301)中设连接孔供发电机转子连接时使用。 8.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述设置在第 二风。
10、轮(2)与内部的第三风轮(3)两风轮连接时，需要选择好斜度的最佳点，将第三风轮 (3)涡旋角度出风口向着第二风轮(2)涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋 角度。 9.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述的第四风 轮(4)，设置在第二风轮(2)下侧加高后的球围(203)上，是将球围的高度均分为F层，每 层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之 间的风斗角度要结合第一风轮(1)的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为 360度/X+F，其中X为第一风轮(1)的层数，F为第四风轮(4)的层数，相加的和为总层数， 。
11、除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。 10.根据权利要求1所述的一种三合一垂直轴风轮及配置方法，特征是：所述的第三风 轮(3)顶部的防雨盖(301)上设预留孔供与发电机转子连接，其中所说的与发电机转子连 接的配置方法为：在金属立管(7)的顶端设置顶盖(701)，顶盖上设发电机(5)，导线(6)通 过管路从立管(7)外侧引出，发电机(5)为永磁无鉄芯线圈外转子发电机时，外转子与防雨 盖(301)中的预留孔连接；发电机(5)为同步发电机时，发电机转子主轴与增速器(501)连 接，增速器(501)上端与防雨盖(301)的预留孔连接；立管(7)的上部设有出风口，利用内 通风的。
12、拔风力，使地面气流通过机座和立管(7)从出风口排出，推动涡轮式球形风轮的第 三风轮(3)和第二风轮(2)、带动三合一垂直轴风轮慢慢旋转，自然界风源从上、中、下全方 位推动三合一垂直轴风轮旋转发电，使发电能力倍增。 权 利 要 求 书CN 103912444 A 1/4页 4 一种三合一垂直轴风轮及配置方法 技术领域 0001 本发明涉及一种三合一垂直轴风轮及配置方法，属于风电清洁能源技术领域，特 别涉及一种可供大功率风力发电设备使用的内外通风驱动的垂直轴风力发电风轮。 背景技术 0002 在现有技术中，垂直轴风力发电风轮的风叶弧形角度是固定的，不能顺风向自动 调节，所以当对称的两个风叶与自然界。
13、吹来的气流风向成水平线时，由于两个风叶受力相 同就会左摇右摆，克服了一端的风向阻力后才能顺利旋转，降低了旋转速度，在运行中浪费 了不少的风力资源；同时，风力发电风轮的设计只限于应用外界风力的推动能力，缺点是没 有将机座和立柱内部气流和外界上、中、下全方位的空气对流、拔风、内通风、旋转气流、等 因素溶于一体的统筹设计，以求更大程度地发挥潜在风能，以扩大发电效率和应用范围。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案： 0004 一种三合一垂直轴风轮及配置方法，包括：第一风轮1设置在第二风轮2的顶端， 第二风轮2的内部设置第三风轮3，第二风轮和第三风轮3为一大一小的涡轮式球。
14、形风轮， 第一风轮、第二风轮和第三风轮的中心点固定在一起，第三风轮3顶部的防雨盖301上设预 留孔供与发电机转子连接，第二风轮2的球围外侧或设置第四风轮4，特征是：所述第一风 轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，每 层设置定位盘115以固定每个风斗的定位角度，其中N或X为自然数。 0005 所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗 按X层次组合而成，其中N或X为自然数，所说的能顺风向自动开合的半月形立式风斗为： 由向内翻边的弧形静片101的一端上下各设一个带圆孔的猫耳扣，在向内翻边的弧形动片 103的一端上下各设一个带圆孔。
15、的猫耳扣，两对猫耳扣通过活动装置102的主轴或主轴和 轴承连接成半圆形，半圆形两边翻边处各设软幕4，构成正面方形或长方形，背面半圆形，俯 视为半月形的立式风斗；其中弧形动片103的弧形金属薄片长度适当超出弧形静片101的 长度，在超长端的外侧设第一永磁体105，在对称的弧形静片101的内侧设第二永磁体106， 第一永磁体与第二永磁体的磁性方向成NSNS，适当选择磁性强度，使风斗在顺风时自动 张开，第一永磁体105与第二永磁体106自动吸合，背风时气流克服磁性力度，第一永磁体 与第二永磁体自动分开，使风斗的弧形动片103自动闭拢；或者在活动装置102的主轴上设 弹璜107，使风斗在顺风方向时自动。
16、弹开，在背风方向时气流克服弹璜引力弧形动片103自 动闭拢，以减少风向阻力，进一步提高风能的利用率。 0006 所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗 按X层次组合而成，其中N或X为自然数；所说的半月形立式风斗为：先制成正视为方形 或长方形，背面半圆形，俯视为半月形的半月形立式风斗模具，由金属薄片材料压制成型制 成；或者制成模具后，由加强塑料、尼龙、环氧树脂等绝缘材料注塑或压注成型制成，只是其 说 明 书CN 103912444 A 2/4页 5 风能的利用率不如能顺风向自动开合的半月形立式风斗高。 0007 所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风。
17、斗或半月形立式风斗 按X层次组合而成，其中N或X为自然数；当X设为两层时的配置方法为：将金属管116划 分2层，每层设置2个风斗，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置在定位盘115上， 其中第一层对称设置第1风斗111和第2风斗113，第二层对称设置第3风斗112和第4风 斗114，其中第一定位盘115通过金属管116设置在第一层风斗的弧形静片1的上端，第二 定位盘115设置在第一层风斗的弧形静片1的下端和第二层风斗的弧形静片1的上端，第 三定位盘115与第二层风斗的弧形静片1的下端连接以后，设置在金属管116的底端，将上 下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与金属管1。
18、16固定，其中， 底端的第三定位盘115中设连接孔供第二风轮2或外接传动机构连接。 0008 所述第一风轮1由2N个半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其 中N或X为自然数；当X设为三层时的配置方法为：将金属管116划分三层，第一层对称设 置第1风斗111和第2风斗112，第二层对称设置第3风斗113和第4风斗114，第三层对 称设置第5风斗117和第6风斗118，第一定位盘115通过金属管116设置在第一层风斗的 上端，第二定位盘115通过金属管116设置在第一层风斗的下端和第二层风斗上端，第三定 位盘115通过金属管116设置在第二层风斗的下端和第三层风斗上端，第四定位盘115。
19、通 过金属管116设置在第三层风斗的下端，将三层6个风斗按各占60度的定位角度通过定位 盘定位调整后与金属管116固定，其中底端的第四定位盘115中设连接孔供第二风轮2连 接。 0009 所述第一风轮1由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗 按X层次组合而成，其中所说每层设置定位盘115以固定每个风斗的定位角度的设置方法 为：每层设置2个风斗，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置在定位盘115上，层与 层之间，通过定位盘115，上下相互岔开排列，岔开排列的计算公式为360度/X，其中X为总 层数，除得的商为每对风斗在金属管116的圆周上所占的角度度数，按照所得角度分层次 。
20、通过定位盘115定位调整后与金属管116固定，可以根据需要层数量身定制，其中N为自然 数。 0010 所述定位盘115为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中 心设圆孔或圆环凸子供与金属管116焊接或螺丝固定。 0011 所述的第二风轮2为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成涡旋角度的弧形叶片 202，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个 弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围203上，上端按角度均布固定在防雨盖 201的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，防雨盖 201中设连接孔供第三风轮3连接时使用。。
21、 0012 所述的第三风轮3设置在第二风轮2的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属材 料压制成涡旋角度的弧形叶片302，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流 推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围303上，上 端按角度均布固定在防雨盖301的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风 轮，其中G为自然数，防雨盖301中设连接孔供发电机转子或转子传动机构连接时使用。 0013 所述设置在第二风轮2与内部的第三风轮3两风轮连接时，需要选择好斜度的最 说 明 书CN 103912444 A 3/4页 6 佳点，将第三风轮3涡旋角度出风口向着第二风轮2涡旋。
22、角度的弧形叶片内侧，以延长出风 轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能 助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，由于出风口气流角度与自 然界风能气流逆向抵触，导致风雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，降低风轮旋转速度的缺 陷。 0014 所述的第四风轮4，设置在第二风轮2下侧加高后的球围203上，是将球围的高度 均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度 设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮1的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列 的计算公式为360度/X+F，其中X为第一风轮1的层数，F为第四风轮4的。
23、层数，相加的和 为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。 0015 所述的第三风轮3顶部的防雨盖301上设预留孔供与发电机转子连接，其中与发 电机转子连接的配置方法为：在金属立管7的顶端设置顶盖701，顶盖上设发电机5，导线6 通过管路从立管7外侧引出，发电机5为永磁无鉄芯线圈外转子发电机时，外转子与防雨盖 301中的预留孔连接；发电机5为同步发电机时，发电机转子主轴与增速器501连接，增速 器501上端与防雨盖301的预留孔连接；立管7的上部设有出风口，利用内通风的拔风力， 使地面气流通过机座和立管7从出风口排出，推动涡轮式球形风轮的第三风轮3和第二风 轮2，。
24、带动三合一垂直轴风轮慢慢旋转，自然界风源从上、中、下全方位推动三合一垂直轴风 轮旋转发电，使发电能力倍增。 0016 有益效果： 0017 一.本设计由第一风轮1、第二风轮2、第三风轮3组合一体，构成的内外通风受力 的三合一的风力发电风轮；能够从风轮内部和外部上、中、下全方位地承受自然界的风能气 流，提高风轮发电效率。 0018 二.风轮与风轮之间，层与层之间相互对称均布岔开排列风斗，能够克服风斗旋 转死角、减小阻力。 0019 三.第二风轮、第三风轮两个涡轮式球形风轮组合，以延长出风轨道和涡旋角度， 防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能长助风轮旋转，解 决了长期以来。
25、由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流与自然界风能气流逆向抵 触，造成风雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，降低风轮旋转速度的缺陷，同时利用内通风技 术，使得风轮能够24小时全天候不停地旋转，克服了长期以来，由于自然界中三分之一以 上时间处于微风或无法状态，因发电机长时间不转动，造成外界不良空气对传动配件的腐 蚀、生锈以后间隙慢慢卡死的难题；与现有技术的风轮相比，三合一垂直轴风轮配置成的大 功率垂直轴风力发电风轮其发电能力是现有垂直轴风轮的数倍以上。 附图说明 0020 附图1、一种三合一垂直轴风轮的结构原理视意图。 0021 附图2、一种设有第四风轮的三合一垂直轴风轮的结构原理视意图。 002。
26、2 附图3、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构俯视图。 0023 附图4、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构正视图。 0024 附图5、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮正视图。 说 明 书CN 103912444 A 4/4页 7 0025 附图6、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮俯视图。 0026 附图7、一种半月形立式风斗三层组合的第一风轮的正视图。 0027 附图8、一种第二风轮和第四风轮的结构视意图。 0028 附图9、一种第三风轮的结构视意图。 0029 附图10、一种三合一垂直轴风轮实际使用时的结构原理视意图。 具体实施方。
27、式 0030 实施例：附图1，一种三合一垂直轴风轮的结构原理视意图；附图2、一种设有第四 风轮的三合一垂直轴风轮的结构原理视意图。 0031 2图中：1.第一风轮，2.第二风轮，3.第三风轮，4.第四风轮；其中，图2的风斗与 金属管116之间均设置加长杆，用杠杆作用增强旋转力度。 0032 附图3、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构俯视图；附图4、一种能 顺风向自动开合的半月形立式风斗的结构正视图。 0033 图中：101.弧形静片，102.活动装置，103.弧形动片，104.软幕，105.永磁体， 106.永磁体；107.弹璜。 0034 附图5、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗。
28、两层组合的第一风轮正视图； 附图6、一种能顺风向自动开合的半月形立式风斗两层组合的第一风轮俯视图；图中：111. 第1风斗，113.第2风斗，112.第3风斗，114.第4风斗，115.定位盘，116.金属管；其中， 风斗与金属管116之间设加长杆，使两个风斗与金属管116之间横向距离加长，在杠杆作用 下增强旋转力度，提高发电能力，金属管116顶端密封防水或设置吊环。 0035 附图7、一种半月形立式风斗三层组合的第一风轮的正视图。 0036 图中：111.第1风斗，113.第2风斗，112.第3风斗，114.第4风斗，115.定位盘， 116.金属管，117.第5风斗，118.第6风斗；其中。
29、，风斗为半月形立式风斗，金属管116顶 端密封防水并设吊环。 0037 附图8、一种第二风轮和第四风轮的结构视意图。 0038 图中：201.防雨盖，202.涡旋角度的弧形叶片，203.球围，4.第四风轮。 0039 附图9、一种第三风轮的结构视意图。 0040 图中：301.防雨盖，302.涡旋角度的弧形叶片，303.球围。 0041 附图10、一种三合一垂直轴风轮实际使用时的结构原理视意图。提供了一种使用 三合一垂直轴风轮配置发电机的方法。 0042 图中：1.第一风轮，2.第二风轮，3.第三风轮，4.第四风轮，5.发电机，501.增速 器，6.导线，7.立管，701.顶盖。其中，发电机5。
30、为同步发电机，若使用永磁无鉄芯线圈外转 子发电机时可以不设增速器501，立管7的上部设有出风口，立管的顶盖701供安装发电机 使用。 说 明 书CN 103912444 A 1/7页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103912444 A 2/7页 9 图2 说 明 书 附 图CN 103912444 A 3/7页 10 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 103912444 A 10 4/7页 11 图6 说 明 书 附 图CN 103912444 A 11 5/7页 12 图7 说 明 书 附 图CN 103912444 A 12 6/7页 13 图8 图9 说 明 书 附 图CN 103912444 A 13 7/7页 14 圈10 说 明 书 附 图CN 103912444 A 14 。