一种横梁型活动叶垂直轴风电机 技术领域：
本发明涉及一种横梁型活动叶垂直轴风电机，具体地说是一种提高传统垂直轴风力发电机发电效益，制成从小功率到中大功率的垂直轴风力发电机。
背景技术
现有垂直轴风力发电机不论是阻力型或机翼型(或称升力型)大多为固定风叶在逆风周期时迎风面积不会减少会影响功效，其风叶多为在径向方向上只有一个或一对风叶。而本发明一种横梁型活动叶垂直轴风电机根本上改变风叶结构结合了阻力型和机翼型的优点，在横梁方向由轴心向外装配多对风叶轴心，而所述活动风叶装配在所述风叶轴心上。同时本发明的活动风叶是随风摆动的，在迎风周期时所述活动风叶摆动的角度不同使迎风方向受力面积最大化，在逆风周期时风叶在风力推动下转动到某一角度使得风叶受力有正向功率输出，这样每一对活动风叶在整个周期中正向功率输出地旋转周期远大于180°，制动弹簧在风速超过最高额定风速时受压以减少迎风面积从而降低功率输出来保护设备，这种直接减小风叶迎风面积在风速过大时保护发电装置的方式对于目前风力发电机来说是一种巨大的改变。
现有的垂直轴风力机和水平轴风力机其风叶或者风叶支架多分别固定安装在主轴上因而在主轴上需要的安装要求相当高，而本发明可用一支型材穿过主轴成为相对称的两组横梁和风叶其重心正好在垂直主轴轴心使结构相当简单而强度极高使成本大幅降低。
现有的阻力型垂直轴风力发电机其风叶的叶尖线速度和风速的比(尖速比)一般小于1，而机翼型尖速比可以大于1据说甚至可达6，然而在有额定负载的情况下其尖速比也接近1，本发明属于阻力型和机翼型相结合尖速比在有负载的的情况下可大于1。
【发明内容】
本发明在横梁的结构参照专利申请号200810215771.7，目的在于用简单的方式从根本上改进垂直轴风力发电机在中大功率方面的应用，用一支型材穿过垂直主轴成为相对称的两组横梁和风叶其重心正好在垂直主轴轴心使结构相当简单而强度极高使成本大幅降低，多条型材不同高度以均等夹角穿过垂直主轴成为4组或6组或更多组相对称的横梁和风叶，所述多条型材以不同的高度穿过垂直主轴需插入垂直销子锁住不同组的横梁。
本发明的活动风叶结构参考专利申请号200810109698.5，在一条横梁上装有多对垂直于所述横梁的风叶轴心，所述风叶轴心上装有随风摆动的活动风叶同时还装有垂直于所述横梁的制动杆和制动弹簧，所述活动风叶由所述制动杆和制动弹簧来限制活动风叶摆动的角度，迎风周期时所述活动风叶摆动的角度不同使迎风方向受力面积最大化，在逆风周期时风叶在风力推动下转动到某一角度使得风叶受力有正向功率输出，这样每一对活动风叶在整个周期中正向功率输出的旋转周期远大于180°，制动弹簧在风速超过最高限定风速时受压以减少所述活动风叶的迎风面积从而降低功率输出来保护设备。
本发明所述活动风叶顺着横梁排列可根据设计需要和横梁的长度来设定风叶的数量，一般来说近轴心的风叶面积较大远端的风叶面积较小。
本发明为了减少噪声在活动风叶边缘加贴软性材料，在制动杆外可套软性材料套管来降低活动风叶碰撞的噪声。
本发明针对大功率垂直轴风力发电机的大型装置中横梁跨度较大为了解决负重问题用缆索来解决，这样可以实现大功率垂直轴风力发电机的设计。
【附图说明】
图1为本发明一种横梁型活动叶垂直轴风电机的整体示意图；
图2为本发明一种横梁型活动叶垂直轴风电机俯视图；
图3为本发明一种横梁型活动叶垂直轴风电机活动风叶受力分析；
图4为本发明所示活动风叶的放大图；
图5为本发明所示活动风叶在逆风周期的三种状态；
图6为本发明所示活动风叶在迎风周期的二种状态；
图7为本发明活动风叶风速过高情形的风叶减少迎风面细节示意图；
图8为本发明大型横梁型活动叶垂直轴风电机的缆索吊装示意图；
图9为本发明安装在高楼楼顶的示意图；
图10为本发明的活动风叶摆动角度示意图。
附图标记说明
1.主轴 4.活动风叶 7.推力球轴承 10.电机轴心
2.横梁 5.制动杆 8.主轴套筒 11.承托板
3.风叶轴心 6.制动弹簧 9.发电机 12.支柱
13.下承托板 15.连接器 17.吊索环 19.缆索
14.主杆 16.吊索柱 18.端头吊索板 20.软性材料
【具体实施方式】
本发明以主轴(1)为中心在不同高度有型材穿过形成横梁(2)，所述横梁(2)装有风叶轴心(3)和制动杆(5)，活动风叶(4)和制动弹簧(6)按装在风叶轴心(3)上。主轴(1)下部是推力球轴承(7)其下是主轴套筒(8)，主轴套筒(8)承担上部的所有重量下部连接承托板(11)其下是支柱(12)，支柱(12)下部有下承托板13和主杆(14)。主轴(1)下部直径较小穿过推力球轴承(7)通过连接器(13)和电机轴心相连(见图1、8)。
活动风叶(4)在横梁(2)不同的转动位置上其开合程度有所不同，在正向面对风力时即迎风周期时活动风叶(4)打开增加迎风面积(见图4、6)，活动风叶(4)在背向风力即逆风周期时会闭合以减少迎风面积(见图(2)，活动风叶(4)在逆风周期时横梁(2)处在不同的转动角度下有不同的开合角度(见图2、3、4、5)，本发明的设计使活动风叶(4)在逆风周期时横梁(2)在相当角度范围内也可有正向的功率输出(见图2、图3)。
制动弹簧(6)在风速超过最高额定风速时受压以减少迎风面积从而降低功率输出来保护设备(见图7)，活动风叶(4)在制动杆(5)和制动弹簧(6)之间的可活动范围需大于九十度(见图10)。
为了减少噪声在活动风叶(4)边缘加贴软性材料，在制动杆(5)外可套软性材料套管(见图7)。
所述横梁(2)可以是圆柱型、工字型、方柱型等型材(附图是以圆柱型材为例)，在主軸(1)上以均等夹角安装有2组或2组以上的所述横梁(2)，为了让结构简单增加强度可以用一根型材穿过所述垂直主轴(1)，使一根型材成为相对应二组横梁(2)，在二组以上偶数组横梁的设计中在不同的高度上用一条型材穿过所述垂直主轴形成二组横梁(2)，附图是以三条型材以不同高度穿过所述垂直主轴形成六组横梁的设计为例(见图1、2)。
为了增加横梁的负重强度可添加缆索(19)，缆索(19)穿过吊索环(17)和横梁(2)两头的端头吊索板(18)相连，吊索环(17)下部由吊索柱(16)支撑，该一应用解决了大型装置中横梁跨度较大的负重问题(见图8、9)。这样可以进行大功率垂直轴风力发电机的设计，可以实现在高楼顶部安装大功率风电机的梦想。