專利名稱：導流型機械儲能式垂直軸風動力機的制作方法
導流型機械儲能式垂直軸風動力機[技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明創(chuàng)造涉及風動力機技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種導流型機械 儲能式垂直軸風動力機。 [背景技術(shù)]自然風中蘊藏著巨大的能量，它是一種無污染、可再生的綠色能 源。要利用風能服務(wù)人類，首先必須通過風輪將風能轉(zhuǎn)換成機械能。 根據(jù)風輪結(jié)構(gòu)不同，可分為水平軸風輪和垂直軸風輪兩大類。垂直軸 組合式風輪由導流型風輪與環(huán)形增速導流罩組成，它們組合運行，功 能互補，很好地克服了單獨風輪運行時的不足，大幅度提高了風能轉(zhuǎn) 換率和輸出力矩。由于自然風不穩(wěn)定，使風輪經(jīng)常交替處于主動或被 動的運行狀態(tài)，導致組合式風輪機械能輸出不穩(wěn)定。這也是目前風能 利用領(lǐng)域中普遍存在的問題，而解決之道在于增設(shè)機械儲能機構(gòu)，將 所獲之機械能進行存儲與緩釋。但實現(xiàn)機械儲能與緩釋必須先解決 l.提升轉(zhuǎn)速，因為被存儲能量的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比。2.自動脫 嚙，因為運行于從動狀態(tài)的風輪會消耗額外能量。因此就需要再配套 設(shè)計一種具有整合提升轉(zhuǎn)速和自動脫嚙功能的復合傳動機構(gòu)，為實現(xiàn) 機械儲能與緩釋創(chuàng)造條件。[發(fā)明內(nèi)容]本發(fā)明的目的在于適應(yīng)自然風的不穩(wěn)定特性，克服現(xiàn)有技術(shù)的不 足，提供一種新功能設(shè)備帶風速提升和雙重導流組合風輪將風能轉(zhuǎn) 換為機械能，并自動將冗余能量加以儲存和緩釋，實現(xiàn)機械能的穩(wěn)定輸出。該設(shè)備即導流型機械儲能式垂直軸風動力機。為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，包括組合式風輪(1)、復合傳動機構(gòu)(2)、離心式變慣量機械儲能 機構(gòu)(3)、基座(4)，其特征在于組合式風輪安裝于基座之上；復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量機械儲能機構(gòu)安裝于基座之內(nèi)，自上而下 沿垂直軸向依次安裝，構(gòu)成整體。所述的組合式風輪包括導流型風輪(1.1)、環(huán)形增速導流罩(1.2)、中心軸(1.3)，環(huán)形增速導流罩位于導流型風輪外側(cè)，固 定安裝于基座上；內(nèi)置導流型風輪可隨風轉(zhuǎn)動，通過中心軸和軸承支 撐于基座上；兩者的安裝圓心重合；自然風流經(jīng)環(huán)形增速導流罩后再 對導流型風輪作功，并通過中心軸向下部復合傳動機構(gòu)輸出力矩。所述的復合傳動機構(gòu)由行星增速器(2.1)、超越離合器(2.2)、輸出聯(lián)接軸(2.3)沿垂直軸方向自上而下安裝聯(lián)接構(gòu)成， 行星增速器的輸入軸與上部風輪同軸；行星增速器的輸出軸通過超越 離合器與輸出聯(lián)接軸嚙合或脫嚙；通過輸出聯(lián)接軸向下部離心式變慣 量機械儲能機構(gòu)輸出力矩。所述的離心式變慣量機械儲能機構(gòu)由同步器(3. 2)、連桿(3. 3)、 慣性體(3. 4)沿垂直軸向自上而下連接構(gòu)成，同步器的公共齒輪安裝于 垂直軸(3.1)上部；從同步器的多個分齒輪上，分別引出各自的連 桿；各連桿下部設(shè)有一個慣性體；機械力矩從垂直軸的上端輸入、下 端輸出。綜上所述，組合式風輪實現(xiàn)風能的高效轉(zhuǎn)換；復合傳動機構(gòu)實現(xiàn) 轉(zhuǎn)速倍增，同時隨著風況的變化自動實現(xiàn)構(gòu)件間的嚙合或脫嚙，以聯(lián)接或阻斷力矩的傳遞；離心式變慣量儲能機構(gòu)實現(xiàn)能量的存儲與緩 釋，并最終輸出力矩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)牢固，使用可靠、制造 方便。采用組合式風輪大幅度提高了風能的轉(zhuǎn)換率和輸出力矩；整體 機構(gòu)靜態(tài)慣量低，便于低風速啟動；當處于髙風速時，能在輸出力矩 的同時，自動將冗余能量以動能和勢能兩種形式加以儲存；當風速降 低或無風時，能自動脫嚙，維持慣性運轉(zhuǎn)，避免不必要的能量損失， 并通過機械能的緩釋，繼續(xù)輸出力矩。從而適應(yīng)了自然風的不穩(wěn)定 性，改善和提高了風動力機的工作效能。 [


]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造的整體結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明創(chuàng)造的組合式風輪結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明創(chuàng)造的復合傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明創(chuàng)造的離心式變慣量機械儲能機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖參見附圖圖1 1組合式風輪2復合傳動機構(gòu)3離心式變慣量機械儲能 機構(gòu) 4基座圖2 l.l導流型風輪1.2環(huán)形增速導流罩1.3中心軸 圖3 2.1行星增速器2.2超越離合器2.3輸出聯(lián)接軸 圖4 3. l垂直軸3.2同步器3.3連桿3.4慣性體 [具體實施方式
]結(jié)合附圖對本發(fā)明專利做進一步說明，這種裝置的制造技術(shù)對本專 業(yè)的人來說是非常清楚的。參見圖1，導流型機械儲能式垂直軸風動力機，包括組合式風輪(1)、復合傳動機構(gòu)(2)、離心式變慣量機械儲能機構(gòu)(3)、基座 (4)，其特征在于組合式風輪安裝于基座之上，復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量儲能機構(gòu)安裝于基座之內(nèi)，自上而下沿垂直軸向依次安裝，構(gòu)成整體；參見圖2，所述的組合式風輪包括導流型風輪(1.1)、環(huán)形增速 導流罩(1.2)、中心軸(1.3)，環(huán)形增速導流罩位于導流型風輪旋 轉(zhuǎn)圓周外側(cè)，固定安裝于基座上；內(nèi)置導流型風輪可隨風轉(zhuǎn)動，通過 中心軸和軸承支撐于基座上；兩者的安裝圓心重合；自然風流經(jīng)環(huán)形 增速導流罩后再對導流型風輪作功；參見圖3，所述的復合傳動機構(gòu)由行星增速器(2.1)、超越離合 器(2.2)、輸出聯(lián)接軸(2.3)沿垂直軸方向自上而下安裝聯(lián)接構(gòu) 成，行星增速器的輸入軸與上部風輪同軸；行星增速器的輸出軸通過 超越離合器與輸出聯(lián)接軸嚙合或脫嚙；輸出聯(lián)接軸與下部機械儲能機 構(gòu)同軸，行星增速器的輸入轉(zhuǎn)速nl與輸出轉(zhuǎn)速n2之比，即增速倍 數(shù)，當風速強勁，風輪工作于主動狀態(tài)時，輸出聯(lián)接軸被加速，輸出 轉(zhuǎn)速倍增；當風速降低，風輪趨于從動狀態(tài)時，超越離合器自動將輸 出聯(lián)接軸與行星增速器脫嚙；參見圖4，所述的變慣量儲能機構(gòu)由同步器(3.2)、連桿(3.3)、慣 性體(3.4)沿垂直軸向自上而下連接構(gòu)成，同步器的公共齒輪安裝于垂 直軸(3.1)上部；從同步器的多個分齒輪上，分別引出各自的連桿； 各連桿下部設(shè)有一個慣性體；機械力矩從垂直軸的上端輸入、下端輸 出，整體機構(gòu)靜態(tài)慣量低，便于低風速啟動，當處于高風速時，能在輸出力矩的同時，自動將冗余能量以動能和勢能兩種形式加以儲存；當 處于低風速或無風時，能自動脫嚙，維持慣性運轉(zhuǎn)，避免不必要的能 量損失，并通過機械能的緩釋，繼續(xù)維持輸出力矩。 風速提升原理環(huán)形增速導流罩含有向心導流通道，其入風口面積大于出風口面 積，風流經(jīng)過時因截面積變小導致風速提高，有效地提高了風動力。 雙重導流原理導流型風輪中心含有導流腔室，對風流起引導作用，使風輪上每 個葉片的凹面都能得到風動力，提高了風能的利用率，改善了沿風輪 中心軸圓周的力矩平衡度；環(huán)形增速導流罩含有弧形導流葉片，對內(nèi) 總是引導風流對準風輪的轉(zhuǎn)向，對外則大大擴展了迎風面的等效風動 力區(qū)域。復合傳動機構(gòu)作用原理當風速強勁，風輪運行于主動狀態(tài)時，輸出聯(lián)接軸與行星增速器 嚙合并被加速，輸出轉(zhuǎn)速倍增；當風速降低，風輪趨于從動狀態(tài)時， 超越離合器自動將輸出聯(lián)接軸與行星增速器脫嚙。 一方面通過行星增 速器，可是轉(zhuǎn)速倍增，顯著地提高機械能的存儲量。另一方面通過超 越離合器，使下部機械儲能裝置在風速降低甚至無風時自動脫嚙，維 持慣性運轉(zhuǎn)，避免不必要的能量損失。 機械能的存儲與緩釋原理當外力矩驅(qū)動垂直軸旋轉(zhuǎn)時，也帶動所有連桿及其懸掛的慣性體 圍繞垂直軸芯旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)慣量環(huán)。由于離心力的作用，使各個連 桿及其懸掛的慣性體圍繞垂直軸芯同步展開，導致旋轉(zhuǎn)慣量環(huán)徑擴大、慣量增加，同時重心高度上升。這意味著在輸出力矩的同時，冗 余能量以動能和勢能兩種形式被存儲于旋轉(zhuǎn)慣量環(huán)中。當外力矩消失 時，由于機構(gòu)預儲了能量，可以繼續(xù)驅(qū)動垂直軸維持旋轉(zhuǎn)，輸出力 矩。若沒有外力矩補充，隨著能量的釋放，轉(zhuǎn)速將逐漸降低，導致旋 轉(zhuǎn)慣量環(huán)徑縮小、重心高度下降，直至完全停止。同步器的作用在于 保證每個慣性體的同步狀態(tài)，以保持機構(gòu)的動平衡，避免出現(xiàn)不可預 計的狀況。
權(quán)利要求
1. 一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，包括組合式風輪、復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量機械儲能機構(gòu)、基座，其特征在于組合式風輪安裝于基座之上，復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量機械儲能機構(gòu)安裝于基座之內(nèi)，沿垂直軸向自上而下安裝聯(lián)接成整體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，其 特征在于所述的組合式風輪，包括導流型風輪、環(huán)形增速導流 罩，環(huán)形增速導流罩位于導流型風輪外側(cè)，固定安裝于基座上； 導流型風輪通過中心軸和軸承支撐于基座上；兩者的安裝圓心重 合；自然風流經(jīng)環(huán)形增速導流罩后，再對導流型風輪作功，并通 過垂直軸向下部復合傳動機構(gòu)輸出力矩。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，其 特征在于所述的復合傳動機構(gòu)，由行星增速器(2.1)、超越離合 器(2.2)、輸出聯(lián)接軸(2.3)，沿垂直軸向自上而下安裝聯(lián)接 構(gòu)成，行星增速器的輸入軸與上部風輪同軸；行星增速器的輸出 軸通過超越離合器與輸出聯(lián)接軸嚙合或脫嚙；通過輸出聯(lián)接軸向 下部離心式變慣量機械儲能機構(gòu)輸出力矩。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，其 特征在于所述的離心式變慣量機械儲能機構(gòu)，由同步器(3.2)、連 桿(3.3)、慣性體(3.4)，沿垂直軸向自上而下聯(lián)接構(gòu)成；同步器 的公共齒輪安裝于垂直軸上部；從同步器的多個分齒輪上，分別 引出各自的連桿；各連桿下部設(shè)有一個慣性體；機械力矩從垂直 軸的上端輸入，下端輸出。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造涉及風動力機技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種導流型機械儲能式垂直軸風動力機，包括組合式風輪、復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量儲能機構(gòu)、基座，其特征在于組合式風輪安裝于基座之上，復合傳動機構(gòu)、離心式變慣量儲能機構(gòu)安裝于基座之內(nèi)，自上而下沿垂直軸向依次安裝，構(gòu)成整體。組合式風輪實現(xiàn)風能的高效轉(zhuǎn)換；復合傳動機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速倍增，同時隨著風況的變化自動實現(xiàn)構(gòu)件間的嚙合或脫嚙，以聯(lián)接或阻斷力矩的傳遞；離心式變慣量儲能機構(gòu)實現(xiàn)能量的存儲與緩釋，并最終輸出力矩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)牢固，使用可靠、制造方便。采用組合式風輪大幅度提高了風能的轉(zhuǎn)換率和輸出力矩；整體靜態(tài)慣量低，能低風速啟動；高風速時，能在輸出力矩的同時，自動將冗余能量加以存儲；低風速或無風時，能自動脫嚙，維持慣性運轉(zhuǎn)，避免不必要的能量損失，并通過機械能的緩釋，繼續(xù)輸出力矩。從而適應(yīng)了自然風的不穩(wěn)定性，改善和提高了風動力機的工作效能。
文檔編號F03D3/06GK101265877SQ20081003646
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者勇 李, 琪 王 申請人:上海愛瑞科技發(fā)展有限公司