[实用新型]垂直轴复合型风车

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种垂直轴风车，尤指一种具有同轴心安装的内、外轴的垂直轴复合式发电用风车。

背景技术

现有的风力发电是以水平轴风车为主要发展方向。所谓水平轴风车泛指风车转子的转轴与风向成水平，为了水平轴风车效率的发挥，必须使叶片正面迎向风向，因此大部分水平轴风车会随风向变化而调整叶片转轴方向，也较适合于风向稳定的场所装设，例如空旷的内陆、无遮拦的高空或海上等。至于一般居住地区或山区等，因有频繁的不定向地形风或乱流风形成，水平轴风车无法发挥效率。

垂直轴风车则是指风车转子的转轴与风向成垂直。垂直轴风车的叶片不需随风向变化而调整转轴方向，具有不受风向影响的优点，适合用于一般居住地区或都会区。典型的垂直轴风车包括阻力型的沙伏尼氏(Savonius)风车，及扬力型的达利氏叶片(Darrieus)风车。

如图1所示，传统的垂直轴复合式风车1是采用单一主轴设计。由于主轴2长度很长，但支撑它旋转的轴承5、6的位置仅集中在下方支座外壳7的部份，因此当固定在主轴2上的达利氏叶片3及沙伏尼氏叶片4被风带动而与主轴2一起旋转时，主轴2仅在下方设有轴承处受到支撑，于是其未受支撑的距离过长因而形成悬臂效应，因此主轴2容易发生摇晃、震动或弯曲、金属疲劳等问题。

在设计主轴时，若考虑主轴必须负担旋转功能、偏心震动、风力忽大忽小的震荡、风车的重量及叶片快速旋转的离心力等各项作用力时，则主轴需采用较坚固耐用的材料，然而如此往往使主轴重量过重因而不易转动；若考虑使主轴容易转动，则主轴需采用重量较轻的材料，这却又造成主轴强度不够。

上述主轴材料的轻重取舍常无法兼顾，此为传统的垂直轴复合式风车难以商品化的最主要原因。

实用新型内容

因此，本实用新型提出一种兼具主轴容易转动且坚固耐用优点的垂直轴复合型风车，以达到强化风车主轴机械结构、降低发电成本并增加发电效率的目的。

依据本实用新型的垂直轴复合型风车，它的主轴由内轴与外转轴构成，内轴固定不旋转，仅外转轴经由风力带动叶片而与叶片一同旋转。内轴与外转轴之间设有复数个轴承，这些轴承较佳分布于外转轴的大致底部及内轴的大致顶端，以尽量增大外转轴受轴承支撑的跨距，如此可有效消除常见的垂直轴风车主轴的悬臂问题；另，因内轴较长而且固定，可强化较短的外转轴依轴心转动而不易偏移旋转中心，以达到更好的平衡效果，故可减少摇晃幅度及震动频率，亦相对削减噪音及延长设备使用寿命。

本实用新型的主轴分为内轴、外转轴，具有各司其职、分担负荷的作用：内轴主要是以固定旋转轴心为主，外转轴除了连接沙伏尼氏风车叶片及达利氏风车叶片外，底部还可兼作发电机主体的一部份以减少传动机构而提高发电效率。相较于旧型风车的主轴为一轴两用(连接叶片及自转)，本实用新型的新型风车的主轴应力负担较小，故轴承寿命更长。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种垂直轴风车，包含：复数片风车叶片；

一内轴，其是垂直地固定设置；

一外转轴，其是同心地套设于该固定内轴的外周而可相对该内轴转动，且该等复数片叶片是固定安装于该外转轴上；及

一发电机，其是藉该外转轴带动而发电。

所述的垂直轴风车，该内轴与该外转轴之间进一步设有复数个轴承，该些轴承是分布于该外转轴的大致底部及该内轴的大致顶端，以增大该外转轴受轴承支撑的跨距。

所述的垂直轴风车，该外转轴是以与该发电机的一转子同轴心的方式直接带动该发电机的转子转动而发电。

所述的垂直轴风车，该发电机为一外转式发电机，且该转子的上部是与该外转轴的底部结合或直接形成为一体。

所述的垂直轴风车，该外转轴是以与该发电机的一转子不同轴心的方式间接带动该发电机的转子转动而发电。

所述的垂直轴风车，该复数片叶片为达利氏风车叶片及沙伏尼氏风车叶片的组合。

所述的垂直轴风车，该发电机是设置于该达利氏风车叶片与该沙伏尼氏风车叶片之间。

所述的垂直轴风车，该外转轴进一步由复数支次转轴构成，各次转轴间以一接合结构连接。

所述的垂直轴风车，该等次转轴包含以铝材料制成。

所述的垂直轴风车，该等次转轴包含以碳纤维材料制成。