1.一种垂直轴风力发电机,其特征在于:包括法兰盘底座(45),所述法兰盘底座(45)上安装有输入轴(11)竖向朝上的发电机(12);所述发电机(12)的上方通过若干固定支撑件(13)同轴心固定设置有风轮座(9);所述风轮座(9)上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴(4),所述风轮中心轴(4)的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片(28),环境风能带动所述达里厄型竖向叶片(28)使所述风轮中心轴(4)沿轴线旋转,从而带动所述发电机(12)运行;
所述发电机(12)为异步发电机或同步发电机;
所述风轮中心轴(4)的下端一体化同轴心连接有盘体(6),所述盘体(6)的下端同轴心一体化设置有环形的轴承套(8);所述风轮座(9)为上部开口的筒体,所述轴承套(8)的外壁与所述风轮座(9)的内壁通过第一滚珠轴承(7)转动连接;
所述风轮座(9)的底部为同轴心的底座盘(10),所述底座盘(10)的轴心处设置有轴承孔(110),所述发电机(12)的输入轴(11)通过若干第二滚珠轴承(14)与所述轴承孔(110)转动配合;所述风轮座(9)的筒体围合范围内同轴心设置有旋转盘(15),所述输入轴(11)的上端同轴心一体化连接所述旋转盘(15)的下端;所述旋转盘(15)的上表面沿轮廓边缘呈圆周阵列一体化设置有若干尖端朝上的第一齿体(81),相邻两第一齿体(81)之间形成尖端朝下的第一齿沟;
所述风轮中心轴(4)的下端外壁上固定安装有竖向的第一直线电机(19),所述第一直线电机(19)的第一直线伸缩推杆(18)竖向朝下;所述盘体(6)上镂空有穿过孔(17),所述第一直线伸缩推杆(18)穿过所述穿过孔(17),所述第一直线伸缩推杆(18)的下端固定连接有尖端朝下的同步块(16),所述第一直线电机(19)能通过所述第一直线伸缩推杆(18)带动所述同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中;所述同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中时所述风轮中心轴(4)与所述旋转盘(15)同步旋转。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机,其特征在于:旋转盘(15)的外缘呈圆周阵列一体化分布若干第二齿体(32),各所述第二齿体(32)的尖端沿旋转盘(15)径向方向朝外,相邻两第二齿体(32)之间形成尖端朝内的第二齿沟;所述风轮座(9)的下部设置有缺口(47),所述缺口(47)处通过支架(33)固定安装有水平的第二直线电机(34),所述第二直线电机(34)的机壳上固定安装有导孔座(35),还包括水平的制动杆(38),所述制动杆(38)滑动穿过导孔座(35)上的导向孔(39),所述制动杆(38)靠近旋转盘(15)的一端固定连接有尖端指向所述旋转盘(15)圆心的制动块(40),所述制动杆(38)做靠近旋转盘(15)的运动能带动所述制动块(40)插入相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟中,从而使旋转盘(15)制动;
所述第二直线电机(34)的第二直线伸缩杆(36)末端通过连接件(37)固定连接所述制动杆(38)远离所述制动块(40)的一端。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风力发电机,其特征在于:所述风轮中心轴(4)的内部为上下贯通的空心通道(20);所述空心通道(20)内同轴心设置有旋转杆体(2),所述空心通道(20)的内壁固定安装有若干轴承座(31),若干轴承座(31)通过第三滚珠轴承(3)与所述旋转杆体(2)转动配合;所述旋转杆体(2)的下端通过连接轴(5)同轴心固定连接所述旋转盘(15)上端;所述旋转杆体(2)的上端从所述空心通道(20)上端开口穿出,所述风轮中心轴(4)的上方同轴心设置有线盘(23),所述线盘(23)的下端与所述旋转杆体(2)的上端同轴心固定连接;所述旋转杆体(2)、线盘(23)和旋转盘(15)同步旋转;
所述线盘(23)包括同轴心间距设置的上线盘(23.1)和下线盘(23.2),所述上线盘(23.1)和下线盘(23.2)之间通过同轴心的挠线轴(23.3)同轴心固定连接;所述上线盘(23.1)与下线盘(23.2)之间形成挠线环槽(22);
所述风轮中心轴(4)的上端外侧围合有方形环状的支撑台(24),所述支撑台(24)通过支撑臂(1)与所述风轮中心轴(4)的外壁固定支撑连接;
所述支撑台(24)四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件,四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片(28),每组所述叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆(29);
每片达里厄型竖向叶片(28)的左右部镂空设置有两横向的导孔(41),两横向的导孔(41)与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆(29)对应,两支撑导杆(29)分别同轴心滑动穿过两所述导孔(41);所述达里厄型竖向叶片(28)能沿所对应的支撑导杆(29)的长度方向滑动;每根支撑导杆(29)的末端均固定连接有直径大于导孔(41)的球顶(30);每根支撑导杆(29)的根部均固定连接在所述支撑台(24)侧壁;风轮中心轴(4)在旋转时达里厄型竖向叶片(28)会在离心力作用下紧靠所述球顶(30);
还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳(25),四根所述水平失速保护线绳(25)的一端均固定连接在所述挠线环槽(22)上的挠线轴(23.3)上,四根所述水平失速保护线绳(25)的另一端均分别固定连接在四所述达里厄型竖向叶片(28)靠近风轮中心轴(4)的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机,其特征在于:每两根并列水平的支撑导杆(29)之间还平行设置有弹簧导杆(26),所述弹簧导杆(26)的根部固定连接在所述支撑台(24)侧壁;每片达里厄型竖向叶片(28)上两导孔(41)之间还设置有与弹簧导杆(26)对应的导杆穿过孔(42),所述弹簧导杆(26)的末端同轴心活动穿过所述导杆穿过孔(42);所述弹簧导杆(26)上套设有弹簧(27),所述弹簧(27)的两端分别弹性顶压所述达里厄型竖向叶片(28)和支撑台(24),弹簧(27)对所述达里厄型竖向叶片(28)始终有一个向远离风轮中心轴(4)方向的弹性顶压力。
5.根据权利要求4所述的一种垂直轴风力发电机,其特征在于:所述水平失速保护线绳(25)为直径大于0.8cm的尼龙纤维,抗拉力不小于1600千克。
6.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力发电机的工作方法,其特征在于:在正常的环境风速下,第一直线电机(19)通过第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中,此时在同步块(16)的作用下,风轮中心轴(4)与旋转盘(15)为同步状态;与此同时第二直线电机(34)通过第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)做远离同步块(16)的运动,使制动块(40)与相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟处于分离状态;此时环境风会带动各达里厄型竖向叶片(28),各达里厄型竖向叶片(28)的转矩通过支撑导杆(29)传递给风轮中心轴(4),从而使风轮中心轴(4)沿轴线持续旋转,风轮中心轴(4)的旋转通过同步块(16)同步带动旋转盘(15)旋转,进而旋转盘(15)通过输入轴(11)带动发电机(12)内的机芯转子运行,从而持续发电;
此时四片达里厄型竖向叶片(28)均沿风轮中心轴(4)轴线旋转而产生向外的离心力,从而使风轮中心轴(4)在离心力作用下向外稳定紧靠支撑导杆(29)末端的球顶(30),此状态下各达里厄型竖向叶片(28)均处于离风轮中心轴(4)最远的位置,各达里厄型竖向叶片(28)对风轮中心轴(4)的转矩最大,此状态下发电效率最高,在同等自然风强度下,此状态会带来风轮中心轴(4)最快的转速,与此同时,此状态下设备的负荷也是最大的;
在突然遇到恶劣大风天气时,风轮中心轴(4)会过速旋转,从而使旋转盘(15)的旋转速度已经超出了发电机(12)的运行负荷,若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险,此时立即控制第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向上运动,使同步块(16)与相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟分离,此时已经解除了风轮中心轴(4)与旋转盘(15)的同步状态,但此时风轮中心轴(4)与旋转盘(15)在惯性作用下还在进行保持原来的同步旋转状态;
然后控制第二直线电机(34),使第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)迅速做靠近同步块(16)的运动,使制动块(40)插入相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟中,从而实现将旋转盘(15)快速制动,此时旋转盘(15)迅速停止转动,旋转盘(15)的停止转动会造成线盘(23)也瞬间停止转动;但是四个各达里厄型竖向叶片(28)仍然会在惯性和环境风的作用下继续与风轮中心轴(4)处于同步旋转状态,此时由于线盘(23)的停止转动,而各达里厄型竖向叶片(28)仍然在沿风轮中心轴(4)旋转,这时四根水平失速保护线绳(25)会在四片达里厄型竖向叶片(28)的旋转带动下连续卷挠在挠线轴(23.3)上,由于四根水平失速保护线绳(25)卷挠在挠线轴(23.3)上的过程中会变短,从而使四根水平失速保护线绳(25)分别将四片达里厄型竖向叶片(28)向靠近风轮中心轴(4)的方向向内拉动,从而使四片达里厄型竖向叶片(28)均逐渐做靠近风轮中心轴(4)的运动,使四片达里厄型竖向叶片(28)更加接近风轮中心轴(4),从而降低了四片达里厄型竖向叶片(28)的转矩,从而实现降低风轮中心轴(4)的转速的目的,进而降低发电机(12)的运行负荷,当四片达里厄型竖向叶片(28)距离风轮中心轴(4)足够短时,四片达里厄型竖向叶片(28)的转矩已经降低到可接受的范围,这时重新控制第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)做远离同步块(16)的运动,使制动块(40)与相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟处于分离状态,解除旋转盘(15)的制动状态;随后控制第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向下瞬间插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中,此时在同步块(16)的作用下,风轮中心轴(4)与旋转盘(15)重新恢复同步状态;这时由于四片达里厄型竖向叶片(28)距离风轮中心轴(4)足够短,传递到风轮中心轴(4)上的转矩处于可接受范围,发电机(12)的输入负荷正常,至此实现了恶劣大风天气的失速保护过程;
需要恢复到初始状态时,解除风轮中心轴(4)与旋转盘(15)的同步状态的基础上再解除旋转盘(15)的制动状态,此时达里厄型竖向叶片(28)会在弹簧(27)的弹性顶压下制动恢复到离风轮中心轴(4)最远的位置。