一种横梁型垂直轴风力发电机 技术领域：
本发明涉及一种横梁型垂直轴风力发电机，具体地说是一种改变传统垂直轴风力发电机的风叶结构，可以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其风叶的安装多为上下方向或于垂直轴平行，而本发明一种横梁型垂直轴风力发电机根本上改变风叶结构，风叶的安装沿着横梁方向由轴心向外装配。同时本发明的风叶是随风摆动的在迎风周期时所述风叶会迎风张开以增加迎风面积，在逆风周期时所述风叶会背风闭合减小迎风面积，而目前其它垂直轴风力发电机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。本发明在横梁上还安装特有的制动弹簧或制动柱在迎风周期时风叶张开由所述制动弹簧或制动柱决定风叶张开位置，在风速超过设定数值时所述制动弹簧会受压过度而弯曲使所述风叶迎风面积变小从而来保护发电装置，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。在没有台风或飓风的地区为了简化则只需要用制动柱。
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。
现有的风阻型(或称阻力型)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(或称升力型)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，本发明属于风阻型但是尖速比在有负载的的情况下可大于1，甚至可以改变风叶的设计来改变尖速比。
【发明内容】
本发明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，本发明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。
本发明其风叶在一条横梁上可分成多片沿着横梁方向由轴心向外装配，根本上改变传统垂直轴风力机的风叶结构。同时本发明的风叶是随风摆动的在迎风周期时所述风叶会迎风张开以增加迎风面积，在逆风周期时所述风叶会背风闭合减小迎风面积，而目前其它垂直轴风力发电机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。
本发明在横梁上还安装特有的制动弹簧或制动柱在迎风周期时风叶张开由所述制动弹簧或制动柱决定风叶张开位置，在风速超过设定数值时所述制动弹簧会受压过度而弯曲使所述风叶迎风面积变小从而来保护发电装置，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。在没有台风或飓风的地区为了简化则只需要用制动柱。
本发明所述风叶可根据设计需要做成单片型或上下双片型。
本发明所述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。
本发明所述风叶安装可以直接套在圆柱形横梁上，也可安装在风叶支架上，一般来说小型的其横梁直径较小可以直接套在横梁上，而横梁直径较大的或非圆柱形横梁所述风叶可以安装在风叶支架上。
本发明所述的风叶支架针对单片型风叶只需安装一组支架，对于上下双片型风叶需安装二组支架，同时还需安装一组辅助支架。
本发明所述辅助支架用来安装制动弹簧或制动柱。
本发明所述的风叶支架是一条支架安装多个风叶，如需增加强度可以安装风叶支架加固器。
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垂直轴风力发电机的整体示意图；
图2为本发明一种横梁型垂直轴风力发电机的局部结构示意图；
图3为本发明一种横梁型垂直轴风力发电机俯视图；
图4为本发明所示上下风叶在逆风周期背风情况下风叶闭合减少迎风面积；
图5为本发明所示上下风叶在迎风周期迎风情况下风叶张开增大迎风面积同时显示3条不同高度的圆柱型材穿过主轴；
图6为本发明所示在过高风速下制动弹簧受压过度而弯曲使所述风叶迎风面积变小也显示圆柱形横梁和支架的剖面图；
图7为本发明一组横梁上张开风叶和相对的另一组横梁上闭合风叶的示意图；
图8为本发明单片型风叶示意图；
图9为本发明单片型风叶在逆风周期背风情况下风叶减少迎风面细节示意图；
图10为本发明风叶直接套在横梁上安装方式的示意图；
图11为本发明所示风叶直接套在横梁上安装方式的细节；
图12为本发明单片型风叶直接套在横梁上的部分示意图；
图13为本发明单片型风叶直接套在横梁上风速过高情形的部分细节；
图14为本发明一条带风叶支架加固器和独立辅助支架的放大示意图；
图15为本发明一条带风叶支架加固器和独立辅助支架的一组风叶示意图；
图16为本发明制动柱放大示意图；
图17为本发明大型横梁型垂直轴风力发电机的缆索吊装示意图；
图18为本发明安装在高楼楼顶的示意图；
附图标记说明
1.主轴 15.直接安装型单片风叶
2.上风叶支架 16.风叶支架加固器
3.下风叶支架 17.独立辅助支架
4.辅助支架 18.发电机
5.上风叶 19.电机轴心
6.下风叶 20.承托板
7.制动弹簧 21.支柱
8.制动柱 22.连接器
9.推力球轴承 23.横梁
10.主轴套筒 24.吊索柱
11.单片型风叶支架 25.吊索环
12.单片型风叶 26.端头吊索板
13.直接安装型上风叶 27.缆索
14.直接安装型下风叶
【具体实施方式】
图1为本发明一种横梁型垂直轴风力发电机的整体示意图，图2图3为横梁风叶主轴部分结构示意图和俯视图；
本发明以主轴1为中心在不同高度有型材超过形成横梁23，所述横梁23装有上风叶支架2、下风叶支架3和辅助支架4，上风叶支架2上装有上风叶5、下风叶支架3上装有下风叶6、辅助支架4上装有制动弹簧7或制动柱8(见图2、3、4、5)。
主轴1下部是推力球轴承9其下是主轴套筒10，主轴套筒10承担上部的所有重量下部连接承托板20其下是支柱21。主轴1下部直径较小穿过推力球轴承9通过连接器22和电机轴心相连(见图1)。
根据不同要求可以设计为单片型风叶12，这时横梁23上安装单片型风叶支架11其上安装单片型风叶12，单片型风叶支架11同时装有制动弹簧7或制动柱8(见图8、9)。
针对小型风机横梁直径较小风叶可以直接套在圆柱形横梁上，直接安装型上风叶13和直接安装型下风叶14都直接套在横梁23上，制动弹簧7或制动柱8也需安装在横梁23上(见图10、11)；直接安装型单片风叶15安装方式同上述类同(见图12、13)。
为了增加风叶支架的强度可以安装风叶支架加固器16，为了增加辅助支架的强度可以用独立辅助支架17(见图14、15)
为了增加横梁的负重强度可添加缆索27，缆索27穿过吊索环25和横梁23两头的端头吊索板26相连，吊索环25下部由吊索柱24支撑，该一应用可在大型的横梁型风力发电机中应用(见图17、18)。
所述横梁23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)，在主轴1上以均等夹角安装有2组或2组以上地所述横梁23，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2组横梁23，在2组以上偶数组横梁的设计中在不同的高度上用1条型材穿过所述垂直主轴形成2组横梁23，附图是以3条型材以不同高度穿过所述垂直主轴形成6组横梁的设计为例(见图2、4、5)。
对于小直径圆柱形横梁其风叶可以直接套在横梁上，其制动柱8或制动弹簧7也可以直接安装在横梁23上(见图10、11)，风叶可穿在所述圆柱形横梁上；而大直径的圆柱形横梁或非圆形横梁须安装风叶支架和辅助支架，而所述风叶支架根据设计需要可以是单片型风叶支架11安装单片型风叶12(见图8、9)或为两个其为上风叶支架2和下风叶支架3分别安装上风叶5和下风叶6(见图2、3、4、5、6、7)，所述风叶支架为了加固可以增加风叶支架加固器16(见图14、15)，所述辅助支架可以安装(或焊接)制动柱(见图16)或者安装制动弹簧，辅助支架可以一条安装多个制动弹簧也可以一个支架单独安装一个制动弹簧(见图14、15)，在迎风周期时所述风叶会迎风张开，在迎风面积最大时所述制动柱或制动弹簧将停止所述风叶继续转动(见图5)，但是在风速超过额定值时所述制动弹簧会受压过度而弯曲使所述风叶迎风面积变小从而来保护装置(见图6)，而在没有台风或飓风的地区则只需用所述制动柱。在逆风周期时所述风叶在风力的推动下摆动使迎风面积减小(见图4)。
大型装置中横梁跨度较大为了解决负重问题用缆索27来解决(见图17、18)，这样可以实现大功率垂直轴风力发电机的设计。