專利名稱：非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能利用裝置，特別是一種非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，適合作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其它動(dòng)力裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，有很大一部分是取自于自然界的能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿龋渲酗L(fēng)能應(yīng)用的時(shí)間最為久遠(yuǎn)，為了更好地利用風(fēng)能，長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)O(shè)計(jì)了多種形式和結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電裝置，依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸在空間方向與位置的不同，又可分為水平方向的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直方向的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，目前應(yīng)用最多還是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，水平軸水力發(fā)電機(jī)有它的優(yōu)點(diǎn)，如水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)完全達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)，配套生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)全面，但垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)體積小、無(wú)方向性要求、維修方便等特點(diǎn)，垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)還具有安全、高效、噪聲低、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。
這目前的絕大部分垂直軸發(fā)電機(jī)為固定迎風(fēng)角的葉片結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有效力矩較小，并且還可能在特定條件存在負(fù)力矩，降低了整體效率，所以影響了這種類型發(fā)電裝置的推廣和應(yīng)用，所以目前垂直軸發(fā)電機(jī)還有一些不足和缺點(diǎn)有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是提供一種啟動(dòng)風(fēng)力小、效率高、應(yīng)用范圍廣的垂直軸風(fēng)能利用裝置。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)解決方案一種非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪組成，主軸與葉片軸之間具有橫桿結(jié)構(gòu)連接，主軸輪與葉片軸輪之間為傳動(dòng)連接，主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動(dòng)，與主軸同軸心，葉片軸輪可自轉(zhuǎn)與繞主軸公轉(zhuǎn)，葉片連接在葉片軸輪上，主軸輪與葉片軸輪的周長(zhǎng)比為I :2，葉片具有曲面導(dǎo)風(fēng)面。優(yōu)先的，所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面相對(duì)于橫向剖面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。優(yōu)選的，所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面為二次曲線構(gòu)建的曲面。優(yōu)選的，所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面的頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)方向與風(fēng)能裝置的主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。優(yōu)選的，所述的葉片對(duì)于主軸軸心呈現(xiàn)中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。優(yōu)選的，每個(gè)主軸與葉片軸之間的橫桿結(jié)構(gòu)為一個(gè)，連接于葉片軸的中部區(qū)域。優(yōu)選的，所述的主軸輪與葉片輪之間的傳動(dòng)連接為柔性傳動(dòng)連接，此柔性傳動(dòng)部件為鏈條或皮帶。優(yōu)選的，所述的柔性傳動(dòng)部件為正時(shí)皮帶。優(yōu)選的，所述的主軸輪與葉片輪之間的傳動(dòng)連接為剛性傳動(dòng)連接，此剛性傳動(dòng)部件為齒輪。優(yōu)選的，所述的齒輪部件連接方式，具有中間輔助齒輪。
本發(fā)明效果和特點(diǎn)體現(xiàn)在以下這種風(fēng)能利用裝置的迎風(fēng)角一直在變化，葉片通過(guò)葉片軸、葉片軸輪被傳動(dòng)部件及主軸、主軸輪帶動(dòng)，使得葉片繞主軸旋轉(zhuǎn)一周，葉片繞自身的旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)半周，這樣的話，除一個(gè)臨界位置以外，葉片始終處于做正功的狀態(tài)，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風(fēng)向，克服現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的葉片在某些位置處做負(fù)功的狀態(tài)，提高風(fēng)能利用率。這種垂直軸風(fēng)能利用裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)風(fēng)力小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的外觀示意 圖2是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的俯視 圖3是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的前視 圖4是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的側(cè)視圖；
圖5是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置A時(shí)示意 圖6是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置B時(shí)示意 圖7是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置C時(shí)示意 圖8是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置D時(shí)示意 圖9是本發(fā)明提出的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置的工作示意圖。圖中說(shuō)明
I為主軸；
2為橫桿；
3為葉片；
4為葉片軸；
5為發(fā)電機(jī)；
11為主軸輪；
41為葉片軸輪；
42為傳動(dòng)部件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉并且具有較高效率的水流能量收集方法及裝置，因此，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的技術(shù)方案進(jìn)行了改進(jìn)與提高。在現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置中，葉片的角度是固定不變的，這樣，隨著葉片的可能會(huì)受到負(fù)力矩。為了避免這種情況的發(fā)生，在本實(shí)施例中采用改進(jìn)和優(yōu)化的技術(shù)方案，請(qǐng)參考附圖2，圖中箭頭所示為來(lái)風(fēng)方向，這個(gè)風(fēng)吹向風(fēng)能裝置，此裝置是一種非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，主要結(jié)構(gòu)還是與現(xiàn)有技術(shù)較為類似，由主軸I、主軸輪11、葉片3、葉片軸4、葉片軸輪41組成，主軸I即是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力軸，與主軸I相連接的還有主軸輪11，主軸輪11固定不可轉(zhuǎn)動(dòng)的，與主軸同軸心，葉片軸輪41與葉片軸4連接，葉片軸輪41自轉(zhuǎn)及繞主軸I公轉(zhuǎn)，葉片3連接在葉片軸輪41上，葉片3的作用是用來(lái)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，葉片3是固定在葉片軸4上的，與葉片3相連接的還有葉片軸輪41，主軸I與葉片軸4之間具有橫桿2進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接，主軸輪11與葉片軸輪41之間可以以傳動(dòng)直接連接，也可以以傳動(dòng)部件42傳動(dòng)連接，當(dāng)風(fēng)作用力葉片3上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)一力矩，如果總力矩不為零，整個(gè)裝置就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這樣，整個(gè)裝置可以在風(fēng)的作用力下運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。為了更詳細(xì)地說(shuō)明工作原理，定義了四個(gè)葉片3的位置，如圖2中所示，相對(duì)于來(lái)風(fēng)方向定義了四個(gè)葉片3的位置，分別為位置A、位置B、位置C、位置D，其中位置A是最接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為O度；那么，位置B是較接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為90度；位置C是較遠(yuǎn)離來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為180度；而位置D是較接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為270度。為了能夠使葉片盡可能發(fā)揮最大的作用，更加充分地利用風(fēng)能，使主軸輪11與葉片軸輪41的周長(zhǎng)比為I :2，這樣，在葉片3繞主軸I旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片輪軸41繞主軸輪11形成公轉(zhuǎn)，同時(shí)，由于主軸輪11與葉片軸輪41之間以傳動(dòng)部件42傳動(dòng)連接，所以，葉片軸輪41會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，并且自轉(zhuǎn)的角速度是公轉(zhuǎn)角速度的二分之一。這樣的話，葉片在不同的位置就與來(lái)風(fēng)有著不同的迎風(fēng)角，下面就葉片3分別在 位置A、位置B、位置C、位置D的情況作說(shuō)明，如圖2所示，結(jié)合圖3、圖4也可以觀察到相應(yīng)的情況，在實(shí)施例中，位置A是最接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為O度，而葉片3與來(lái)風(fēng)的夾角為45度，如圖5所示；位置B是較接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為90度，而葉片3與來(lái)風(fēng)的夾角也為90度，如圖6所示；位置C是較遠(yuǎn)離來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為180度，而葉片3與來(lái)風(fēng)的夾角為135度，如圖7所示；而位置D是較接近來(lái)風(fēng)的位置，此時(shí)葉片3的橫桿2與來(lái)風(fēng)的夾角為270度，而葉片3與來(lái)風(fēng)的夾角為180度，如圖8所示。這樣，葉片3除了在位置D不會(huì)產(chǎn)生正力矩以外，在其它位置都可以產(chǎn)生正的力矩，特別是在位置B時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。另外，由圖2可以看出，在該實(shí)施例受風(fēng)力旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，而葉片3的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，又因?yàn)樵谌~片3的最外邊緣所受風(fēng)力最大，所以，葉片3本身是受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧氐模c葉片3的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向相反，也就是，在這種情況下可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩抵消的可能，這樣就有可能降低整個(gè)裝置的風(fēng)能利用效率，為了避免這種情況產(chǎn)生，在本發(fā)明中，使葉片3具有一個(gè)曲面導(dǎo)風(fēng)面，如圖2、圖5、圖6、圖7、圖8所示，并且葉片3的曲面導(dǎo)風(fēng)面的頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)方向與風(fēng)能裝置的主軸旋轉(zhuǎn)方向相反，這樣，在本實(shí)施例中，葉片3的最外邊緣所受風(fēng)力會(huì)小于內(nèi)邊緣的風(fēng)力，就不會(huì)出現(xiàn)力矩的情況，并且會(huì)產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)力矩，使裝置運(yùn)行更加平衡和高效。由此可看出，葉片3在這種情況下為逆時(shí)針公轉(zhuǎn)、順時(shí)針自轉(zhuǎn)，互為相反，并且沒(méi)有負(fù)力矩；如果葉片3公轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，則葉片3自轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向也是相反變?yōu)槟鏁r(shí)針，互為相反；所以，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明所述的非同向變角的目的。因而，葉片3對(duì)于主軸I軸心呈現(xiàn)中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。同時(shí)，為了更加效率和宜于加工制造，所述的葉片3具有曲面導(dǎo)風(fēng)面，并且為二次曲線構(gòu)建的曲面，這個(gè)曲面導(dǎo)風(fēng)面相對(duì)于橫向剖面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。另外，在正常情況下，每個(gè)主軸I與葉片軸4之間的橫桿2為二個(gè)，這樣的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但是也較為復(fù)雜，并會(huì)影響到風(fēng)能利用效率，因而，也可以是每個(gè)主軸I與葉片軸4之間的橫桿2為一個(gè)，橫桿2連接于葉片軸4的中部區(qū)域，這樣結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，風(fēng)能利用效率更高，外觀也更好看。在前述的主軸輪11與葉片軸輪41之間的傳動(dòng)部件42為柔性傳動(dòng)連接，此柔性傳動(dòng)部件為鏈條或皮帶，特別是為正時(shí)皮帶。同時(shí)，所述的主軸輪11與葉片輪軸41之間的傳動(dòng)部件42也可為剛性傳動(dòng)連接，此剛性傳動(dòng)部件為齒輪，當(dāng)采用齒輪部件連接方式時(shí)，可以具有中間輔助齒輪。這樣，這種風(fēng)能利用裝置的迎風(fēng)角一直在變化，葉片3通過(guò)葉片軸4、葉片軸輪41被傳動(dòng)部件42及主軸I、主軸輪11帶動(dòng)，使得葉片3繞主軸I旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，葉片3繞自身的葉片軸4自轉(zhuǎn)半周，這樣的話，除一個(gè)臨界位置以外，葉片3始終處于做正功的狀態(tài)，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風(fēng)向，克服現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的葉片在某些位置處做負(fù)功的狀態(tài)，提高風(fēng)能利用率。如圖9所示。并且，由于葉片3具有曲面結(jié)構(gòu)，可以避免負(fù)力矩的產(chǎn)生，對(duì)提高風(fēng)能利用效率非常有用。 因此，這種垂直軸風(fēng)能利用裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)風(fēng)力小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。上述的實(shí)施例不僅是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，更可以是一風(fēng)力動(dòng)力裝置，可以是風(fēng)能水泵、風(fēng)能氣泵、風(fēng)能磨機(jī)等各種動(dòng)力裝置。雖然這里只說(shuō)明了本發(fā)明的部份優(yōu)選實(shí)施例，但其意并非限制本發(fā)明的范圍、適用性和配置。相反，對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明可使本領(lǐng)域技術(shù)人員得以實(shí)施。應(yīng)能理解，在不偏離所附權(quán)利要求書(shū)確定的本發(fā)明精神和范圍情況下，可對(duì)一些細(xì)節(jié)做適當(dāng)變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪組成，其特征在于 主軸與葉片軸之間具有橫桿結(jié)構(gòu)連接； 主軸輪與葉片軸輪之間可傳動(dòng)連接； 主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動(dòng)，與主軸同軸心； 葉片軸輪可自轉(zhuǎn)與繞主軸公轉(zhuǎn)，葉片連接在葉片軸輪上； 主軸輪與葉片軸輪的周長(zhǎng)比為I :2 ； 葉片具有曲面導(dǎo)風(fēng)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面相對(duì)于橫向剖面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面為二次曲線構(gòu)建的曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面的頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)方向與風(fēng)能裝置的主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的葉片對(duì)于主軸軸心呈現(xiàn)中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于每個(gè)主軸與葉片軸之間的橫桿結(jié)構(gòu)為一個(gè)，連接于葉片軸的中部區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的主軸輪與葉片輪之間的可傳動(dòng)連接為柔性傳動(dòng)連接，此柔性傳動(dòng)部件為鏈條或皮帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的柔性傳動(dòng)部件為正時(shí)皮帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的主軸輪與葉片輪之間的可傳動(dòng)連接為剛性傳動(dòng)連接，此剛性傳動(dòng)部件為齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的齒輪部件連接方式，具有中間輔助齒輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非同向變角垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪組成，主軸與葉片軸之間具有橫桿結(jié)構(gòu)連接，主軸輪與葉片軸輪之間可以傳動(dòng)連接，主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動(dòng)，與主軸同軸心，葉片軸輪可公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，葉片連接在葉片軸輪上，主軸輪與葉片軸輪的周長(zhǎng)比為12，葉片具有曲面導(dǎo)風(fēng)面，這種風(fēng)能利用裝置的迎風(fēng)角一直在變化，葉片繞主軸旋轉(zhuǎn)一周，葉片繞自身的旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)半周，除一個(gè)臨界位置以外，葉片始終處于做正功的狀態(tài)，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風(fēng)向，克服現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的葉片在某些位置處做負(fù)功的狀態(tài)，提高風(fēng)能利用率。這種垂直軸風(fēng)能利用裝置具有啟動(dòng)風(fēng)力小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D3/02GK102828900SQ20111016323
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
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