本實用新型涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種垂直式風(fēng)能發(fā)電機組。

背景技術(shù)：

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×10⁹MW，其中可利用的風(fēng)能為2×10⁷MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國風(fēng)能儲量很大、分布面廣，僅陸地上的風(fēng)能儲量就有約2.53億千瓦。風(fēng)能是沒有公害的能源之一，而且它取之不盡，用之不竭。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶，因地制宜地利用風(fēng)能發(fā)電，非常適合，大有可為。

把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械動能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)能發(fā)電。風(fēng)能發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。風(fēng)能發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風(fēng)能發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。

風(fēng)能發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)能發(fā)電機組。盡管風(fēng)能發(fā)電機組多種多樣，但歸納起來可分為兩類：一、水平軸風(fēng)能發(fā)電機組，其風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；二、垂直軸風(fēng)能發(fā)電機組，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。垂直軸風(fēng)能發(fā)電機在風(fēng)向改變的時候無需對風(fēng)，在這點上相對于水平軸風(fēng)能發(fā)電機是一大優(yōu)勢，它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，而且也減少了風(fēng)輪對風(fēng)時的陀螺力。

現(xiàn)有的垂直式風(fēng)能發(fā)電機組由風(fēng)輪葉片、發(fā)電機、上下支撐座和支架組成，該風(fēng)輪葉片的風(fēng)能驅(qū)動受力低、風(fēng)阻大且驅(qū)動力小，導(dǎo)致了發(fā)電機組的發(fā)電效能低，在低風(fēng)速下無法起動或起動困難。并且，風(fēng)輪葉片不能完全懸浮，在旋轉(zhuǎn)的過程中會與旋轉(zhuǎn)軸存在摩擦，影響了風(fēng)輪葉片的使用壽命，使發(fā)電機組的故障率頻發(fā)。而且，現(xiàn)有的垂直式風(fēng)能發(fā)電機組沒有工作狀態(tài)顯示裝置，造成用戶無法第一時間得知發(fā)電機組的工作狀態(tài)及故障狀態(tài)，從而無法第一時間對發(fā)電機組進行維護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的是提供一種適宜低風(fēng)速下起動運行、驅(qū)動力大、發(fā)電效能高、故障率低、壽命長的垂直式風(fēng)能發(fā)電機組。

為了實現(xiàn)本實用新型的主要目的，本實用新型提供的垂直式風(fēng)能發(fā)電機組，包括主軸和固定柱，其中，主軸可旋轉(zhuǎn)地位于固定柱的上方，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組還包括風(fēng)葉、發(fā)電機裝置和兩個磁懸浮裝置，風(fēng)葉套在主軸上，發(fā)電機裝置位于風(fēng)葉下方并套在主軸上，兩個磁懸浮裝置相向設(shè)置并且分別套在主軸的兩端，風(fēng)葉的軸線與主軸的軸線重合，風(fēng)葉上設(shè)置有葉片，發(fā)電機裝置設(shè)有定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子套在主軸上，定子套在轉(zhuǎn)子的外周面，每一磁懸浮裝置設(shè)有徑向磁懸浮機構(gòu)和軸向磁懸浮機構(gòu)，徑向磁懸浮機構(gòu)包括磁塊和第一線圈組，磁塊為軟磁體且套在主軸上，第一線圈組位于磁塊的外周面，第一線圈組沿主軸的徑向布置，軸向磁懸浮機構(gòu)包括磁板和第二線圈組，磁板為軟磁體且套在主軸上，磁板位于徑向磁懸浮機構(gòu)在朝向主軸端面方向的側(cè)面，第二線圈組位于磁板在朝向主軸端面方向的側(cè)面，第二線圈組沿主軸的軸向布置。

由以上方案可見，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組以垂直主軸為中心，風(fēng)能帶動風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，伴隨著帶動主軸旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動發(fā)電機裝置的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)電機裝置進行發(fā)電。垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的徑向磁懸浮機構(gòu)的磁塊為軟磁體，從而磁塊和第一線圈組的磁極相同，在主軸上產(chǎn)生排斥力，通過徑向排斥力，實現(xiàn)了主軸的徑向穩(wěn)態(tài)磁懸浮。另外，軸向磁懸浮機構(gòu)的磁板為軟磁體，從而磁板和第二線圈組的磁極相同，在發(fā)電機裝置的轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生軸向排斥力，用于抵消發(fā)電機裝置和風(fēng)葉構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部分的重力，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子和風(fēng)葉的軸向穩(wěn)態(tài)磁懸浮。并且，本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組在主軸的兩端設(shè)有位置相向的兩個磁懸浮裝置，使轉(zhuǎn)子和風(fēng)葉在旋轉(zhuǎn)的過程中趨于平衡穩(wěn)定的磁懸浮狀態(tài)，相互之間沒有摩擦，沒有阻力，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無抖動，無噪音，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組適宜低風(fēng)速下起動運行，風(fēng)葉的驅(qū)動力大，發(fā)電機組的發(fā)電效能高，并且垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的故障率低，壽命長。

更進一步的方案是，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，線圈與永磁體位于主軸徑向的相同水平面上。

由以上方案可見，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，線圈與永磁體位于主軸徑向的相同水平面上。結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電的驅(qū)動力下，從而垂直式風(fēng)能發(fā)電機組在低風(fēng)速下可起動運行。

更進一步的方案是，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，線圈與永磁體位于主軸徑向的相同水平面上。

由以上方案可見，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，線圈與永磁體位于主軸徑向的相同水平面上。結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電的驅(qū)動力下，從而垂直式風(fēng)能發(fā)電機組在低風(fēng)速下可起動運行。

更進一步的方案是，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，線圈位于永磁體的下方。

由以上方案可見，轉(zhuǎn)子在沿主軸的徑向設(shè)置有永磁體，定子在沿主軸的徑向設(shè)置有線圈，線圈位于永磁體的下方。結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電的驅(qū)動力下，從而垂直式風(fēng)能發(fā)電機組在低風(fēng)速下可起動運行。

更進一步的方案是，葉片的數(shù)量至少兩個。

由以上方案可見，葉片的數(shù)量至少兩個，提高風(fēng)能驅(qū)動葉片的受力面積，提高發(fā)電機組的發(fā)電效能。

更進一步的方案是，葉片在靠近主軸的根部的寬度大于葉片在遠離主軸的尾部的寬度。

由以上方案可見，葉片在靠近主軸的根部的寬度大于葉片在遠離主軸的尾部的寬度，降低葉片的阻力，提高發(fā)電機組的發(fā)電效能。

更進一步的方案是，葉片設(shè)有進風(fēng)弧面和背風(fēng)弧面，進風(fēng)弧面和背風(fēng)弧面的軸心分別與主軸的軸心之間的角度不相同，且進風(fēng)弧面和背風(fēng)弧面的半徑也不相同。

由以上方案可見，葉片設(shè)有進風(fēng)弧面和背風(fēng)弧面，進風(fēng)弧面的軸心與主軸的軸心之間的角度不等于背風(fēng)弧面的軸心與主軸的軸心之間的角度，且進風(fēng)弧面的半徑和背風(fēng)弧面的半徑不相同。葉片背風(fēng)弧面的風(fēng)阻小，而進風(fēng)弧面的驅(qū)動力大，提高發(fā)電機組的發(fā)電效能。

更進一步的方案是，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組還包括狀態(tài)顯示裝置，狀態(tài)顯示裝置位于風(fēng)葉上方的磁懸浮裝置的上方，狀態(tài)顯示裝置用于顯示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的工作狀態(tài)。

由以上方案可見，狀態(tài)顯示裝置用于顯示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的工作狀態(tài)，使用戶可第一時間得知垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的工作狀態(tài)及故障狀態(tài)，便于用戶第一時間對垂直式風(fēng)能發(fā)電機組進行維護。

更進一步的方案是，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組還包括支撐架，支撐架的兩端分別與主軸的兩端連接，支撐架由多個條狀的多邊形支撐片組成，多個支撐片繞主軸的軸線均勻分布。

由以上方案可見，支撐架由多個條狀的多邊形支撐片組成，多個支撐片繞主軸的軸線均勻分布，使垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的外觀具有美感，并且有效地支撐垂直式風(fēng)能發(fā)電機組上的零部件，提高垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的工作穩(wěn)定性。

更進一步的方案是，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組還包括避雷裝置，避雷裝置位于主軸的頂端。

由以上方案可見，一旦發(fā)生雷擊時，避雷裝置將雷擊形成的強電流直接分流至大地，以避免垂直式風(fēng)能發(fā)電機組免遭雷擊的危險，保證垂直式風(fēng)能發(fā)電機組的正常使用。

附圖說明

圖1是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例的立體圖。

圖2是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例的主視圖。

圖3是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第一實施例的立體圖。

圖4是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第一實施例的俯視圖。

圖5是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第二實施例的立體圖。

圖6是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第三實施例的立體圖。

圖7是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第四實施例的立體圖。

圖8是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中風(fēng)葉的第五實施例的立體圖。

圖9是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中發(fā)電機裝置的第一實施例的立體圖。

圖10是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中發(fā)電機裝置的第二實施例的立體圖。

圖11是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中發(fā)電機裝置的第三實施例的第一視角立體圖。

圖12是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中發(fā)電機裝置的第三實施例的第二視角立體圖。

圖13是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中發(fā)電機裝置的第三實施例的局部立體圖。

圖14是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中磁懸浮裝置的第一實施例的局部立體圖。

圖15是本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組實施例中磁懸浮裝置的第二實施例的局部立體圖。

以下結(jié)合實施例及其附圖對本實用新型作進一步說明。

具體實施方式

垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第一實施例：

參見圖1和圖2，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1包括主軸9、固定柱8、風(fēng)葉7、發(fā)電機裝置6、兩個磁懸浮裝置5、狀態(tài)顯示裝置3、支撐架4和避雷裝置2，其中主軸9可旋轉(zhuǎn)地位于固定柱8的上方，固定柱8可用于把垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1安裝在工作區(qū)域上。支撐架4的兩端分別與主軸9的兩端連接，支撐架4由多個條狀的多邊形支撐片41組成，多個支撐片41繞主軸9的軸線均勻分布。本實施例支撐片41的數(shù)量為三個，因此相鄰兩個支撐片41之間在主軸9徑向的角度為120°。

避雷裝置2位于主軸9的頂端，避雷裝置2與整臺垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1連接，并在地面下做成接地極，用于避免垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1遭受雷擊的危險，保證垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的正常使用。風(fēng)葉7套在主軸9上，發(fā)電機裝置6位于風(fēng)葉7下方并套在主軸9上，兩個磁懸浮裝置5相向設(shè)置并且分別套在主軸9的兩端，風(fēng)葉7的軸線與主軸9的軸線重合。狀態(tài)顯示裝置3位于風(fēng)葉7上方的磁懸浮裝置5的上方，狀態(tài)顯示裝置3用于顯示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的工作狀態(tài)。例如，狀態(tài)顯示裝置3可通過LED發(fā)光管顯示，LED發(fā)光管顯示紅色光時，表示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1處于故障的工作狀態(tài)；LED發(fā)光管顯示綠色光時，表示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1處于正常的工作狀態(tài)；LED發(fā)光管顯示白色光時，表示垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1處于未工作狀態(tài)。從而用戶可第一時間得知垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的工作狀態(tài)及故障狀態(tài)，便于用戶第一時間對垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1進行維護。

參見圖3至圖8，風(fēng)葉7上設(shè)置有葉片71，葉片71的數(shù)量至少兩個，優(yōu)選葉片的數(shù)量為兩個、三個、四個、五個、六個中的其中一種。其中，葉片71在靠近主軸9的根部的寬度大于葉片71在遠離主軸9的尾部的寬度，并且葉片71設(shè)有進風(fēng)弧面72和背風(fēng)弧面73，進風(fēng)弧面72的軸心與主軸9的軸心之間的角度α不等于背風(fēng)弧面73的軸心與主軸9的軸心之間的角度β，且進風(fēng)弧面72的半徑R2和背風(fēng)弧面73的半徑R1也不相同。

參見圖9，發(fā)電機裝置6設(shè)有第一隔磁環(huán)套61、定子和轉(zhuǎn)子62，轉(zhuǎn)子62套在主軸9上，定子套在轉(zhuǎn)子62的外周面，第一隔磁環(huán)套61位于定子的外周面，第一隔磁環(huán)套61用于隔開磁場，防止磁場外泄。轉(zhuǎn)子62在沿主軸9的徑向設(shè)置有永磁體63，定子在沿主軸9的徑向設(shè)置有線圈64，線圈64與永磁體63位于主軸9徑向的相同水平面上。本實施例永磁體63和線圈64的數(shù)量均為多個，多個永磁體63和多個線圈64沿主軸9的徑向均勻布置。

參見圖14和圖15，磁懸浮裝置5包括隔磁板54、徑向磁懸浮機構(gòu)和軸向磁懸浮機構(gòu)，隔磁板54位于徑向磁懸浮機構(gòu)和軸向磁懸浮機構(gòu)之間，隔磁板54用于隔開徑向磁懸浮機構(gòu)和軸向磁懸浮機構(gòu)之間的不同方向的磁場。徑向磁懸浮機構(gòu)包括第二隔磁環(huán)套、磁塊51和第一線圈組，磁塊51可繞其軸心旋轉(zhuǎn)，且磁塊51套在主軸9上，磁塊51的軸線與主軸9的軸線重合。第一線圈組位于磁塊51的外周面，第一線圈組沿磁塊51的徑向布置，磁塊51為軟磁體，因此磁塊51的磁性根據(jù)第一線圈組通電后的磁性決定，從而磁塊51和第一線圈組的磁極相同。第二隔磁環(huán)套位于第一線圈組的外周面，第二隔磁環(huán)套用于隔開磁場，防止磁場外泄。磁塊51上設(shè)置有多個磁片52，多個磁片52沿磁塊51的徑向均勻布置，磁片52為軟磁體，磁片52的磁性根據(jù)第一線圈組通電后的磁性決定，因此磁片52和第一線圈組的磁極相同。且第一線圈組也由多個第一電磁線圈53組成，多個第一電磁線圈53沿磁塊51的徑向均勻布置。

軸向磁懸浮機構(gòu)包括磁板55和第二線圈組，磁板55位于徑向磁懸浮機構(gòu)在朝向主軸9端面方向的側(cè)面，且磁板55套在主軸9上，第二線圈組位于磁板55在遠離徑向磁懸浮機構(gòu)的側(cè)面，第二線圈組沿磁板55的軸向布置。磁板55為軟磁體，磁板55的磁性根據(jù)第二線圈組通電后的磁性決定，因此磁板55和第二線圈組的磁極相同。本實施例第二線圈組可由一個大徑線圈56組成，也可由多個第二電磁線圈57組成，多個第二電磁線圈57沿磁板55的軸向布置。

本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1以垂直主軸9為中心，風(fēng)能帶動風(fēng)葉7旋轉(zhuǎn)，伴隨著帶動主軸9旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動發(fā)電機裝置6的轉(zhuǎn)子62旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)電機裝置6進行發(fā)電。垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的徑向磁懸浮機構(gòu)的磁片52為軟磁體，從而磁片52和第一線圈組的磁極相同，在主軸9上產(chǎn)生排斥力，通過徑向排斥力，實現(xiàn)了主軸9的徑向穩(wěn)態(tài)磁懸浮。另外，軸向磁懸浮機構(gòu)的磁板55為軟磁體，從而磁板55和第二線圈組的磁極相同，在發(fā)電機裝置6的轉(zhuǎn)子62上產(chǎn)生軸向排斥力，用于抵消發(fā)電機裝置6和風(fēng)葉7構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部分的重力，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子62和風(fēng)葉7的軸向穩(wěn)態(tài)磁懸浮。并且，本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1在主軸9的兩端設(shè)有位置相對的兩個磁懸浮裝置5，使轉(zhuǎn)子62和風(fēng)葉7在旋轉(zhuǎn)的過程中趨于平衡穩(wěn)定的磁懸浮狀態(tài)，相互之間沒有摩擦，沒有阻力，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無抖動，無噪音，垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1適宜低風(fēng)速下起動運行，風(fēng)葉7的驅(qū)動力大，發(fā)電機組6的發(fā)電效能高，并且垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的故障率低，壽命長。一旦發(fā)生雷擊時，避雷裝置2將雷擊形成的強電流直接分流至大地，以避免垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1免遭雷擊的危險，保證垂直式風(fēng)能發(fā)電機組1的正常使用。

垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第二實施例：

作為對本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第二實施例的說明，以下僅對與垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第一實施例的不同之處進行說明。

參見圖10，轉(zhuǎn)子62在沿主軸9的徑向設(shè)置有線圈64，定子在沿主軸9的徑向設(shè)置有永磁體63，線圈64與永磁體63位于主軸9徑向的相同水平面上。本實施例永磁體63和線圈64的數(shù)量均為多個，多個永磁體63和多個線圈64沿主軸9的徑向均勻布置。

垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第三實施例：

作為對本實用新型垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第三實施例的說明，以下僅對與垂直式風(fēng)能發(fā)電機組第一實施例的不同之處進行說明。

參見圖11至圖13，轉(zhuǎn)子62在沿主軸9的徑向設(shè)置有永磁體63，定子在沿主軸9的徑向設(shè)置有線圈64，線圈64位于永磁體63的下方。本實施例永磁體63和線圈64的數(shù)量均為多個，多個永磁體63和多個線圈64沿主軸9的徑向均勻布置。

以上實施例，只是本實用新型的較佳實例，并非來限制本實用新型實施范圍，故凡依本實用新型申請專利范圍的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本實用新型專利申請范圍內(nèi)。