專利名稱：橫置垂直軸風(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，特別是一種橫置垂直軸風(fēng)能裝置，適合作為風(fēng)カ發(fā)電機(jī)及其它動カ裝置。
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、太陽能、地?zé)崮艿?，其中風(fēng)能應(yīng)用的時間最為久遠(yuǎn)，為了更好地利用風(fēng)能，長期以來，人們設(shè)計了多種形式和結(jié)構(gòu)的風(fēng)カ發(fā)電裝置，依據(jù)風(fēng)カ發(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)カ發(fā)電機(jī)和垂直方向的垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，目前應(yīng)用最多還是水平軸風(fēng)カ發(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)カ發(fā)電機(jī)組已經(jīng)完全達(dá)到エ業(yè)化生產(chǎn)，配套生產(chǎn)與運(yùn)營經(jīng)驗全面，但垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)體積小、無方向性要求、維修方便等特點(diǎn)，垂直風(fēng)カ發(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。
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)有效カ矩較小，并且還可能在特定條件存在負(fù)カ矩，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，另外，由于風(fēng)速與設(shè)置距地面的距離有關(guān)，所以，離地面越高則可利用的有效風(fēng)速就越大，而現(xiàn)有的垂直軸發(fā)電機(jī)葉片軸是垂直安裝的，真正有效利用的只是迎風(fēng)的一面，而逆風(fēng)的一面常常是做負(fù)功的，所以目前垂直軸發(fā)電機(jī)還有ー些不足和缺點(diǎn)有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是提供ー種啟動風(fēng)カ小、效率高、應(yīng)用范圍廣的橫置垂直軸風(fēng)能利
田悲晉
/TJ 目.O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
一種橫置垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪和支架組成，主軸與地面平行，并且與來風(fēng)方向垂直，葉片軸與主軸平行，可以繞主軸旋轉(zhuǎn)，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連接，主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動，與主軸同軸心，葉片軸輪可自轉(zhuǎn)及繞主軸公轉(zhuǎn)，葉片連接在葉片軸輪上。優(yōu)選的，所述的主軸輪與葉片軸輪的周長比為I :2。優(yōu)選的，所述的葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面相對于橫向剖面呈中心對稱結(jié)構(gòu)分布。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)方向相漢。優(yōu)選的，所述的葉片對于主軸軸心呈現(xiàn)中心對稱結(jié)構(gòu)分布。優(yōu)選的，每個主軸與葉片軸之間的橫桿結(jié)構(gòu)為ー個，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連接為柔性傳動連接，此柔性傳動部件為鏈條或皮帯。優(yōu)選的，所述的柔性傳動部件為正時皮帯。優(yōu)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(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)面利用利用率最高，而迎風(fēng)角一直也在變化，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(zhuǎn)一周，葉片繞自身的旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)半周，這樣的話，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，即使在ー個臨界位置，也可以利用地效應(yīng)產(chǎn)生的升力做功。這種垂直軸風(fēng)能利用裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動風(fēng)カ小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的外觀示意圖；
圖2是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的俯視 圖3是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置A時示意 圖4是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置B時示意 圖5是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置C時示意 圖6是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的葉片位于位置D時示意 圖7是本發(fā)明提出的橫置垂直軸風(fēng)能裝置的工作示意圖。圖中說明
I為主軸；
11為主軸輪；
2為橫桿；
3為葉片；
4為葉片軸；
41為葉片軸輪；
42為傳動部件；
5為發(fā)電機(jī)；
6為支架。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供ー種結(jié)構(gòu)簡單、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)カ發(fā)電裝置中，不但葉片的角度是固定不變的，而且葉片軸也是與地面垂直的，這樣，隨著葉片的轉(zhuǎn)動可能會受到負(fù)カ矩，另外，由于風(fēng)速與設(shè)置距地面的距離有關(guān)，所以，離地面越高則可利用的有效風(fēng)速就越大，也就是說，在風(fēng)機(jī)的高處較低處更有效。為了避免這種情況的發(fā)生，在本實施例中采用改進(jìn)和優(yōu)化的技術(shù)方案，請參考附圖2，圖中箭頭所示為來風(fēng)方向，這個風(fēng)吹向風(fēng)能裝置，此裝置是ー種橫置垂直軸風(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及發(fā)電機(jī)5、支架6組成，主軸I與地面平行，并且與來風(fēng)方向垂直，葉片軸4與主軸I平行，并可以繞主軸I旋轉(zhuǎn)，主軸I即是帶動發(fā)電機(jī)的動カ軸，與主軸I相連接的還有主軸輪11，主軸輪11固定不可轉(zhuǎn)動的，與主軸同軸心，葉片軸輪41與葉片軸4連接，葉片軸輪41可自轉(zhuǎn)與繞主軸I公轉(zhuǎn)，葉片3連接在葉片軸輪41上，葉片3的作用是用來將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)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之間具有橫桿2進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接，主軸輪11與葉片軸輪41之間可直接傳動連接，也可以以傳動部件42傳動連接，當(dāng)風(fēng)作用カ葉片3上吋，就會產(chǎn)一力矩，如果總カ矩不為零，整個裝置就會旋轉(zhuǎn)起來，這樣，整個裝置可以在風(fēng)的作用力下運(yùn)轉(zhuǎn)起來。
為了更詳細(xì)地說明工作原理，定義了四個葉片3的位置，如圖2中所示，相對于來風(fēng)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(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為O度；那么，位置B是較接近來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為90度；位置C是較遠(yuǎn)離來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為180度；而位置D是較接近來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(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的周長比為I :2，這樣，在葉片3繞主軸I旋轉(zhuǎn)時，葉片輪軸41繞主軸輪11形成公轉(zhuǎn)，同吋，由于主軸輪11與葉片軸輪41之間以傳動部件42傳動連接，或是直接傳動連接，所以，葉片軸輪41會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，由于主軸輪11與葉片軸輪41的周長比為I :2，所以自轉(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的情況作說明，如圖2所示，，以及圖3、圖4、圖5、圖6中可以清晰地看到，位置A是最接近來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為O度，而葉片3與來風(fēng)的夾角為45度，如圖3所示；位置B是較接近來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為90度，而葉片3與來風(fēng)的夾角也為90度，如圖4所示；位置C是較遠(yuǎn)離來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為180度，而葉片3與來風(fēng)的夾角為135度，如圖5所示；而位置D是較接近來風(fēng)的位置，此時葉片3的橫桿2與來風(fēng)的夾角為270度，而葉片3與來風(fēng)的夾角為180度，如圖6所示。這樣，葉片3除了在位置D不會產(chǎn)生正カ矩以外，在其它位置都可以產(chǎn)生正的力矩，特別是在位置B吋，產(chǎn)生的正カ矩最大。對于臨界點(diǎn)位置D,可以利用地面效應(yīng)原理來產(chǎn)生ー個升力，地面效應(yīng)(Ground effect)亦稱為翼地效應(yīng)(Wing-In-Ground effect, WIG)或翼面效應(yīng)(ffing-In-Surface-Effeet, WISE),是ー種使物體誘導(dǎo)阻カ減小，同時能獲得比空中飛行更高升阻比的流體力學(xué)效應(yīng)當(dāng)運(yùn)動的物體掉到距地面(或水面)很近時，整個飛行器體的上下壓カ差増大，升力會陡然增加。在本實施例中，在位置D就是這種情況，利用葉片3在此位置接近地面時地面效應(yīng)所產(chǎn)生的升力，產(chǎn)生ー個旋轉(zhuǎn)カ矩，使整個風(fēng)能裝置的效率更高。另外，由圖2可以看出，在該實施例受風(fēng)カ旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向旋轉(zhuǎn)，而葉片3的旋轉(zhuǎn)方向為順時針，又因為在葉片3的最外邊緣所受風(fēng)カ最大，所以，葉片3本身是受到ー個逆時針方向的カ矩的，與葉片3的順時針旋轉(zhuǎn)方向相反，也就是，在這種情況下可能會產(chǎn)生ー個カ矩抵消的可能，這樣就有可能降低整個裝置的風(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具有ー個曲面導(dǎo)風(fēng)面，如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6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，在本實施例中，葉片3的最外邊緣所受風(fēng)カ會小于內(nèi)邊緣的風(fēng)力，就不會出現(xiàn)カ矩的情況，并且會產(chǎn)生一個順時針的旋轉(zhuǎn)カ矩，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針公轉(zhuǎn)、順時針自轉(zhuǎn)，互為相反，并且沒有負(fù)カ矩；如果葉片3公轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向為順時針，則葉片3自轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向也是相反變?yōu)槟鏁r針，互為相反的。因而，葉片3對于主軸I軸心呈現(xiàn)中心對稱結(jié)構(gòu)分布。同時，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，這個曲面導(dǎo)風(fēng)面相對于橫向剖面呈中心對稱結(jié)構(gòu)分布。另外，在正常情況下，每個主軸I與葉片軸4之間的橫桿2為ニ個，這樣的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但是也較為復(fù)雜，并會影響到風(fēng)能利用效率，因而，也可以是每個主軸I與葉片軸4之間的橫桿2為ー個，橫桿2連接于葉片軸4的中部區(qū)域，這樣結(jié)構(gòu)更簡單，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之間可以直接傳動，也可以通過傳動部件42來連接，傳動部件42為柔性傳動連接，此柔性傳動部件為鏈條或皮帯，特別是為正時皮帯。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(dāng)采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(fēng)能利用裝置的迎風(fēng)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(zhuǎn)一周吋，葉片3繞自身的葉片軸4自轉(zhuǎn)半周，這樣的話，在所有的位置，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7所示。并且，由于葉片3具有曲面結(jié)構(gòu)，可以避免負(fù)カ矩的產(chǎn)生，對提高風(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)簡単、啟動風(fēng)力小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。上述的實施例不僅是ー種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，更可以是ー風(fēng)カ動カ裝置，可以是風(fēng)能水泵、風(fēng)能氣泵、風(fēng)能磨機(jī)、風(fēng)能機(jī)械能機(jī)等各種動カ裝置。雖然這里只說明了本發(fā)明的部份優(yōu)選實施例，但其意并非限制本發(fā)明的范圍、適用性和配置。相反，對實施例的詳細(xì)說明可使本領(lǐng)域技術(shù)人員得以實施。應(yīng)能理解，在不偏離所附權(quán)利要求書確定的本發(fā)明精神和范圍情況下，可對ー些細(xì)節(jié)做適當(dāng)變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種橫置垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪和支架組成，其特征在于 主軸與地面平行，并且與來風(fēng)方向垂直； 葉片軸與主軸平行，可以繞主軸旋轉(zhuǎn)； 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連接； 主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動，與主軸同軸心； 葉片軸輪可自轉(zhuǎn)及繞主軸公轉(zhuǎn)，葉片連接在葉片軸輪上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的主軸輪與葉片軸輪的周長比為I :2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述葉片具有曲面導(dǎo)風(fēng)面，葉片的曲面導(dǎo)風(fēng)面相對于橫向剖面呈中心對稱結(jié)構(gòu)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橫置垂直軸風(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所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的葉片對于主軸軸心呈現(xiàn)中心對稱結(jié)構(gòu)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于每個主軸與葉片軸之間的橫桿結(jié)構(gòu)為一個，連接于葉片軸的中部區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橫置垂直軸風(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(jù)權(quán)利要求7所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的柔性傳動部件為正時皮帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橫置垂直軸風(fēng)能裝置，其特征在于所述的主軸輪與葉片輪之間的傳動連接為剛性傳動連接，此剛性傳動部件為齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的橫置垂直軸風(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)明涉及一種橫置垂直軸風(fēng)能裝置，主要由主軸、主軸輪、葉片、葉片軸、葉片軸輪組成，主軸與地面平行，并且與來風(fēng)方向垂直，葉片軸與主軸平行，可以繞主軸旋轉(zhuǎn)，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以傳動部件傳動連接，主軸輪固定不可轉(zhuǎn)動，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比為12，并利用地面效應(yīng)原理，使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風(fēng)力小、效率高、易于維護(hù)的特點(diǎn)。
文檔編號F03D3/06GK102828899SQ201110162509
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:北京銀萬特科技有限公司