非同向變角垂直軸風能裝置的製作方法
2023-05-12 02:00:26 1
專利名稱：非同向變角垂直軸風能裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風能利用裝置，特別是一種非同向變角垂直軸風能裝置，適合作為風力發電機及其它動力裝置。
背景技術：
在現有能源結構中，有很大一部分是取自於自然界的能源，如風能、太陽能、地熱能等，其中風能應用的時間最為久遠，為了更好地利用風能，長期以來，人們設計了多種形式和結構的風力發電裝置，依據風力發電機旋轉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力發電機和垂直方向的垂直軸風力發電機，目前應用最多還是水平軸風力發電機，水平軸水力發電機有它的優點，如水平軸風力發電機組已經完全達到工業化生產，配套生產與運營經驗全面，但垂直軸風力發電機具有結構體積小、無方向性要求、維修方便等特點，垂直風力發電機還具有安全、高效、噪聲低、成本低、維護方便等優勢。
這目前的絕大部分垂直軸發電機為固定迎風角的葉片結構，這種結構有效力矩較小，並且還可能在特定條件存在負力矩，降低了整體效率，所以影響了這種類型發電裝置的推廣和應用，所以目前垂直軸發電機還有一些不足和缺點有待改善。
發明內容
本發明目的就是提供一種啟動風力小、效率高、應用範圍廣的垂直軸風能利用裝置。為了達到上述發明目的，本發明採用下述技術解決方案一種非同向變角垂直軸風能裝置，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杆結構連接，主軸輪與葉片軸輪之間為傳動連接，主軸輪固定不可轉動，與主軸同軸心，葉片軸輪可自轉與繞主軸公轉，葉片連接在葉片軸輪上，主軸輪與葉片軸輪的周長比為I :2，葉片具有曲面導風面。優先的，所述的葉片的曲面導風面相對於橫向剖面呈中心對稱結構分布。優選的，所述的葉片的曲面導風面為二次曲線構建的曲面。優選的，所述的葉片的曲面導風面的頂點旋轉方向與風能裝置的主軸旋轉方向相反。優選的，所述的葉片對於主軸軸心呈現中心對稱結構分布。優選的，每個主軸與葉片軸之間的橫杆結構為一個，連接於葉片軸的中部區域。優選的，所述的主軸輪與葉片輪之間的傳動連接為柔性傳動連接，此柔性傳動部件為鏈條或皮帶。優選的，所述的柔性傳動部件為正時皮帶。優選的，所述的主軸輪與葉片輪之間的傳動連接為剛性傳動連接，此剛性傳動部件為齒輪。優選的，所述的齒輪部件連接方式，具有中間輔助齒輪。
本發明效果和特點體現在以下這種風能利用裝置的迎風角一直在變化，葉片通過葉片軸、葉片軸輪被傳動部件及主軸、主軸輪帶動，使得葉片繞主軸旋轉一周，葉片繞自身的旋轉軸自轉半周，這樣的話，除一個臨界位置以外，葉片始終處於做正功的狀態，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風向，克服現有風機的葉片在某些位置處做負功的狀態，提高風能利用率。這種垂直軸風能利用裝置具有結構簡單、啟動風力小、效率高、易於維護的特點。
圖I是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的外觀示意 圖2是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的俯視 圖3是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的前視 圖4是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的側視圖；
圖5是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的葉片位於位置A時示意 圖6是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的葉片位於位置B時示意 圖7是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的葉片位於位置C時示意 圖8是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的葉片位於位置D時示意 圖9是本發明提出的非同向變角垂直軸風能裝置的工作示意圖。圖中說明
I為主軸；
2為橫杆；
3為葉片；
4為葉片軸；
5為發電機；
11為主軸輪；
41為葉片軸輪；
42為傳動部件。
具體實施例方式本發明的目的是提供一種結構簡單、成本低廉並且具有較高效率的水流能量收集方法及裝置，因此，對現有技術中所涉及的技術方案進行了改進與提高。在現有的垂直軸風力發電裝置中，葉片的角度是固定不變的，這樣，隨著葉片的可能會受到負力矩。為了避免這種情況的發生，在本實施例中採用改進和優化的技術方案，請參考附圖2，圖中箭頭所示為來風方向，這個風吹向風能裝置，此裝置是一種非同向變角垂直軸風能裝置，主要結構還是與現有技術較為類似，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即是帶動發電機的動力軸，與主軸I相連接的還有主軸輪11，主軸輪11固定不可轉動的，與主軸同軸心，葉片軸輪41與葉片軸4連接，葉片軸輪41自轉及繞主軸I公轉，葉片3連接在葉片軸輪41上，葉片3的作用是用來將風能轉化為機械動能，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之間具有橫杆2進行結構連接，主軸輪11與葉片軸輪41之間可以以傳動直接連接，也可以以傳動部件42傳動連接，當風作用力葉片3上時，就會產一力矩，如果總力矩不為零，整個裝置就會旋轉起來，這樣，整個裝置可以在風的作用力下運轉起來。為了更詳細地說明工作原理，定義了四個葉片3的位置，如圖2中所示，相對於來風方向定義了四個葉片3的位置，分別為位置A、位置B、位置C、位置D，其中位置A是最接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為O度；那麼，位置B是較接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為90度；位置C是較遠離來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為180度；而位置D是較接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為270度。為了能夠使葉片儘可能發揮最大的作用，更加充分地利用風能，使主軸輪11與葉片軸輪41的周長比為I :2，這樣，在葉片3繞主軸I旋轉時，葉片輪軸41繞主軸輪11形成公轉，同時，由於主軸輪11與葉片軸輪41之間以傳動部件42傳動連接，所以，葉片軸輪41會產生自轉，並且自轉的角速度是公轉角速度的二分之一。這樣的話，葉片在不同的位置就與來風有著不同的迎風角，下面就葉片3分別在 位置A、位置B、位置C、位置D的情況作說明，如圖2所示，結合圖3、圖4也可以觀察到相應的情況，在實施例中，位置A是最接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為O度，而葉片3與來風的夾角為45度，如圖5所示；位置B是較接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為90度，而葉片3與來風的夾角也為90度，如圖6所示；位置C是較遠離來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為180度，而葉片3與來風的夾角為135度，如圖7所示；而位置D是較接近來風的位置，此時葉片3的橫杆2與來風的夾角為270度，而葉片3與來風的夾角為180度，如圖8所示。這樣，葉片3除了在位置D不會產生正力矩以外，在其它位置都可以產生正的力矩，特別是在位置B時，產生的轉矩最大。另外，由圖2可以看出，在該實施例受風力旋轉時，旋轉方向為逆時針方向旋轉，而葉片3的旋轉方向為順時針，又因為在葉片3的最外邊緣所受風力最大，所以，葉片3本身是受到一個逆時針方向的力矩的，與葉片3的順時針旋轉方向相反，也就是，在這種情況下可能會產生一個力矩抵消的可能，這樣就有可能降低整個裝置的風能利用效率，為了避免這種情況產生，在本發明中，使葉片3具有一個曲面導風面，如圖2、圖5、圖6、圖7、圖8所示，並且葉片3的曲面導風面的頂點旋轉方向與風能裝置的主軸旋轉方向相反，這樣，在本實施例中，葉片3的最外邊緣所受風力會小於內邊緣的風力，就不會出現力矩的情況，並且會產生一個順時針的旋轉力矩，使裝置運行更加平衡和高效。由此可看出，葉片3在這種情況下為逆時針公轉、順時針自轉，互為相反，並且沒有負力矩；如果葉片3公轉旋轉方向為順時針，則葉片3自轉旋轉方向也是相反變為逆時針，互為相反；所以，實現了本發明所述的非同向變角的目的。因而，葉片3對於主軸I軸心呈現中心對稱結構分布。同時，為了更加效率和宜於加工製造，所述的葉片3具有曲面導風面，並且為二次曲線構建的曲面，這個曲面導風面相對於橫向剖面呈中心對稱結構分布。另外，在正常情況下，每個主軸I與葉片軸4之間的橫杆2為二個，這樣的結構較為穩定，但是也較為複雜，並會影響到風能利用效率，因而，也可以是每個主軸I與葉片軸4之間的橫杆2為一個，橫杆2連接於葉片軸4的中部區域，這樣結構更簡單，風能利用效率更高，外觀也更好看。在前述的主軸輪11與葉片軸輪41之間的傳動部件42為柔性傳動連接，此柔性傳動部件為鏈條或皮帶，特別是為正時皮帶。同時，所述的主軸輪11與葉片輪軸41之間的傳動部件42也可為剛性傳動連接，此剛性傳動部件為齒輪，當採用齒輪部件連接方式時，可以具有中間輔助齒輪。這樣，這種風能利用裝置的迎風角一直在變化，葉片3通過葉片軸4、葉片軸輪41被傳動部件42及主軸I、主軸輪11帶動，使得葉片3繞主軸I旋轉一周時，葉片3繞自身的葉片軸4自轉半周，這樣的話，除一個臨界位置以外，葉片3始終處於做正功的狀態，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風向，克服現有風機的葉片在某些位置處做負功的狀態，提高風能利用率。如圖9所示。並且，由於葉片3具有曲面結構，可以避免負力矩的產生，對提高風能利用效率非常有用。 因此，這種垂直軸風能利用裝置具有結構簡單、啟動風力小、效率高、易於維護的特點。上述的實施例不僅是一種風力發電機，更可以是一風力動力裝置，可以是風能水泵、風能氣泵、風能磨機等各種動力裝置。雖然這裡只說明了本發明的部份優選實施例，但其意並非限制本發明的範圍、適用性和配置。相反，對實施例的詳細說明可使本領域技術人員得以實施。應能理解，在不偏離所附權利要求書確定的本發明精神和範圍情況下，可對一些細節做適當變更和修改。
權利要求
1.一種非同向變角垂直軸風能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪組成，其特徵在於 主軸與葉片軸之間具有橫杆結構連接； 主軸輪與葉片軸輪之間可傳動連接； 主軸輪固定不可轉動，與主軸同軸心； 葉片軸輪可自轉與繞主軸公轉，葉片連接在葉片軸輪上； 主軸輪與葉片軸輪的周長比為I :2 ； 葉片具有曲面導風面。
2.根據權利要求I所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的葉片的曲面導風面相對於橫向剖面呈中心對稱結構分布。
3.根據權利要求2所述的液非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的葉片的曲面導風面為二次曲線構建的曲面。
4.根據權利要求2所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的葉片的曲面導風面的頂點旋轉方向與風能裝置的主軸旋轉方向相反。
5.根據權利要求I所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的葉片對於主軸軸心呈現中心對稱結構分布。
6.根據權利要求I所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於每個主軸與葉片軸之間的橫杆結構為一個，連接於葉片軸的中部區域。
7.根據權利要求I所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的主軸輪與葉片輪之間的可傳動連接為柔性傳動連接，此柔性傳動部件為鏈條或皮帶。
8.根據權利要求7所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的柔性傳動部件為正時皮帶。
9.根據權利要求I所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的主軸輪與葉片輪之間的可傳動連接為剛性傳動連接，此剛性傳動部件為齒輪。
10.根據權利要求9所述的非同向變角垂直軸風能裝置，其特徵在於所述的齒輪部件連接方式，具有中間輔助齒輪。
全文摘要
本發明涉及一種非同向變角垂直軸風能裝置，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杆結構連接，主軸輪與葉片軸輪之間可以傳動連接，主軸輪固定不可轉動，與主軸同軸心，葉片軸輪可公轉與自轉，葉片連接在葉片軸輪上，主軸輪與葉片軸輪的周長比為12，葉片具有曲面導風面，這種風能利用裝置的迎風角一直在變化，葉片繞主軸旋轉一周，葉片繞自身的旋轉軸自轉半周，除一個臨界位置以外，葉片始終處於做正功的狀態，形成正扭矩，它能夠最大程度地迎著風向，克服現有風機的葉片在某些位置處做負功的狀態，提高風能利用率。這種垂直軸風能利用裝置具有啟動風力小、效率高、易於維護的特點。
文檔編號F03D3/02GK102828900SQ20111016323
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者不公告發明人 申請人:北京銀萬特科技有限公司