CN101560947A - 一种垂直轴风力机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直轴风力机，属于风机发电、风机动力设备技术领域，叶片安装在风车架上，叶片轴端头露出风车架外，风车架上、下端垂直轴上分别装有轴套，轴套端头固定连接中心链轮或中心齿轮，上、下轴套侧端连接风舵架，风舵架上安装风舵，风车架连接垂直轴输出动力；叶片迎风角度控制装置安装在风车架一端或二端，叶片迎风角度控制装置其结构类型采用链轮体系、齿轮体系，或链、齿轮混合体系，叶片通过迎风角度控制装置的控制，调整了不同的迎风角度，实现了阻力做功和升力做功的最佳组合配置，具有启动力大、效率较高的优点，弥补了升力型垂直轴风力机启动力小，阻力型垂直轴风力机运转起来效率显著降低的问题，提高了风力机的工作效率。

Description

一种垂直轴风力机

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力机，属于风机发电、风机动力设备技术领域。

背景技术

当前，风力发电及利用风力动力已经越来越受到人们的重视，现有的风力机存在着一定的不足，如：水平轴风力机材质要求苛刻，垂直轴风力机存在着升力型启动困难，阻力型运转时效率降低，根本原因是叶片迎风角度不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直轴风力机叶片迎风角度控制装置，可使叶片在不同的位置实现不同的迎风角度，提高风能效率的一种垂直轴风力机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

叶片安装在风车架上，叶片轴端头露出风车架外，风车架上、下端垂直轴上分别装有轴套，轴套端头固定连接中心链轮或中心齿轮，上、下轴套侧端连接风舵架，风舵架上安装风舵，风车架连接垂直轴输出动力；

所述叶片安装时设初始角度，设其中的一个叶片为0度，按顺时针方向依次排序，每个叶片与前一个叶片间的角度差为：360°/叶片总数；设定后，由叶片迎风角度控制装置定位并固定；所述叶片角度设置由上、下风车架上的叶片迎风角度控制装置的联动轮系装配后定位。

所述叶片迎风角度控制装置安装在风车架一端或二端，叶片迎风角度控制装置其结构类型采用链轮体系、齿轮体系，或链、齿轮混合体系。

链轮体系的技术方案：

所述的链轮体系控制装置的主体设计方案是：

中心链轮与链条啮合，链条一端啮合并通过第一涨紧轮、另一端啮合并通过第二涨紧轮与分布在风车架上的叶片链轮啮合；

所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的主体设计方案是：

中心齿轮与中间齿轮啮合，中间齿轮与齿、链组合轮中的齿轮啮合，齿、链组合轮中的链轮与链条啮合，链条一端啮合并通过第一涨紧轮、另一端啮合并通过第二涨紧轮与分布在风车架上的叶片链轮啮合；

齿轮体系的技术方案：所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的主体设计方案是：

在风车架上安装齿圈，齿圈外齿圈与叶片齿轮啮合，中心齿轮与组合齿轮中的大齿轮啮合，组合齿轮中的小齿轮与齿轮啮合，齿轮与齿圈内齿圈啮合。

本发明的有益效果是：叶片通过迎风角度控制装置的控制，叶片在不同的位置调整了不同的迎风角度，实现了阻力做功和升力做功的最佳组合配置，具有启动力大、效率较高的优点，弥补了升力型垂直轴风力机启动力小，阻力型垂直轴风力机运转起来效率显著降低的问题，提高了风力机的工作效率。

附图说明

图1是本发明一种垂直轴风力机结构图。

图2是本发明链轮体系结构图。

图3是本发明链、齿轮混合体系结构图。

图4是本发明齿轮体系结构图。

图5是本发明叶片在相应位置的迎风角度结构示意图。

图中1、垂直轴，2、轴套，3、风车架，4、叶片轴，5、叶片，6、风舵架，7、风舵，8、叶片链轮，9、链条，10、中心链轮，11、第一涨紧轮，12、第二涨紧轮，13、中心齿轮，14、中间齿轮，15、齿、链组合轮，16、叶片齿轮，17、齿圈，18、组合齿轮，19、齿轮。

具体实施方式

实施例1

所述叶片安装时设初始角度，设其中的一个叶片为0度，按顺时针方向依次排序，每个叶片与前一个叶片间的角度差为：360°/叶片总数；设定后，由叶片迎风角度控制装置定位并固定；所述叶片角度设置由上、下风车架上的叶片迎风角度控制装置的联动轮系装配后定位。

参见图5，以十二个叶片的风车为例说明，所述叶片5初始位置A点与X轴垂直，风车架3转动三十度到达B点时，叶片5自转十五度，依次转动即到达C、D、E、F、G、H、I、J、K、L点，与X轴形成固定夹角，每个叶片依照A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L点的固定夹角设置安装。

实施例2

链轮体系的技术方案：

所述的链轮体系控制装置的主体设计方案是：

中心链轮10与链条9啮合，链条9一端啮合并通过第一涨紧轮11、另一端啮合并通过第二涨紧轮12与分布在风车架3上的叶片链轮8啮合；

所述的链轮体系叶片迎风角度控制装置的具体设计方案是：

请参阅图1、图2，叶片5通过叶片轴4安装在风车架3上，露出风车架3外的叶片轴4端头安装叶片链轮8，垂直轴1的顶端安装轴套2，风车架3下端垂直轴1上安装另一轴套2，轴套2端头固定连接中心链轮10，上、下轴套2侧端连接风舵架6，风舵架6上安装风舵7；风车架3顶端安装所述的链轮体系控制装置，风车架3顶端相邻的叶片轴4端头安装第一涨紧轮11、第二涨紧轮12，中心链轮10与链条9啮合，链条9一端啮合并通过第一涨紧轮11、另一端啮合并通过第二涨紧轮12与分布在风车架3上的叶片链轮8啮合。叶片5受风力推动后，风车架3转动，通过链条9联动所有叶片链轮围绕中心链轮转动，叶片随叶片链轮转动改变迎风角度；由于风舵与轴套连接，轴套与中心链轮连接，风车架与中心链轮作相对运动。

实施例3

所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的主体设计方案是：

中心齿轮13与中间齿轮14啮合，中间齿轮14与齿、链组合轮15中的齿轮啮合，齿、链组合轮15中的链轮与链条9啮合，链条9一端啮合并通过第一涨紧轮11、另一端啮合并通过第二涨紧轮12与分布在风车架3上的叶片链轮8啮合；

所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的具体设计方案是：

请参阅图1、图3，叶片5通过叶片轴4安装在风车架3上，露出风车架3外的叶片轴4端头安装叶片链轮8，垂直轴1的顶端安装轴套2，风车架3下端垂直轴1上安装另一轴套2，轴套2端头固定连接中心齿轮13，上、下轴套2侧端连接风舵架6，风舵架6上安装风舵7；风车架3底端安装所述的链、齿轮混合体系控制装置，风车架3底端相邻的叶片轴4端头安装第一涨紧轮11、第二涨紧轮12，安装中间齿轮14并与中心齿轮13啮合，安装齿、链组合轮15并与中间齿轮14啮合，齿、链组合轮15中的链轮与链条9啮合，链条9一端啮合并通过第一涨紧轮11、另一端啮合并通过第二涨紧轮12与分布在风车架3上的叶片链轮8啮合。叶片5受风力推动后，风车架3转动，通过链条9联动所有叶片链轮围绕中心齿轮转动，叶片随叶片链轮转动改变迎风角度：由于风舵与轴套连接，轴套与中心链轮连接，风车架与中心链轮作相对运动。

实施例4

齿轮体系的技术方案：所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的主体设计方案是：

在风车架3上安装齿圈17，齿圈17外齿圈与叶片齿轮16啮合，中心齿轮13与组合齿轮18中的大齿轮啮合，组合齿轮18中的小齿轮与齿轮19啮合，齿轮19与齿圈17内齿圈啮合。

所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的具体设计方案是：

请参阅图1、图4，叶片5通过叶片轴4安装在风车架3上，露出风车架3外的叶片轴4端头安装叶片齿轮16，垂直轴1的顶端安装轴套2，风车架3下端垂直轴1上安装另一轴套2，轴套2端头固定连接中心齿轮13，上、下轴套2侧端连接风舵架6，风舵架6上安装风舵7；风车架3顶端和底端分别安装所述的齿轮体系控制装置，在风车架3上安装齿圈17、组合齿轮18、齿轮19，齿圈17外齿圈与叶片齿轮16啮合，中心齿轮13与组合齿轮18中的大齿轮啮合，组合齿轮18中的小齿轮与齿轮19啮合，齿轮19与齿圈17内齿圈啮合；叶片5受风力推动后，风车架3转动，叶片齿轮16、齿圈17通过齿轮19、组合齿轮18围绕中心齿轮13转动，叶片齿轮16转动改变叶片5迎风角度，由于风舵与轴套连接，轴套与中心齿轮连接，风车架与中心齿轮作相对运动。

上述叶片迎风角度控制装置的工作原理：

所述的链轮体系控制装置的工作原理：

风舵利用风向和风力确定着垂直轴上的中心链轮的位置，如图5所示，以顺时针为例，风舵与起始点A点叶片平行。中心链轮通过链条与叶片链轮连接成为一个联动体；风舵通过轴套控制中心链轮，当风向不变时，中心链轮不动，来风吹向叶片，叶片推动风车架旋转，此时链条一侧啮合中心链轮，另一侧放开，从而带动迎风叶片链轮转动；要点是：中心链轮与叶片链轮齿数比为1∶2，链条围绕中心链轮转动2周的长度，等于叶片链轮转动1周的长度，风车架转动2周，叶片转动1周，叶片的两面各迎风一次，形成一个完整的工作周期；当风向变动时，通过风舵控制的中心链轮转动，联动体随之转动，转动后的工作原理同前。

所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的工作原理：

风舵按照风向和风力确定着垂直轴上的中心齿轮的位置，风舵与起始点A点叶片平行，中心齿轮通过中间齿轮与齿、链组合轮上的齿轮啮合，齿、链组合轮上的链轮通过链条与叶片链轮啮合联动，齿、链组合轮上的链轮与叶片链轮齿数比为1∶2，转动时风车架与中心齿轮作相对运动，此时链条一侧啮合齿、链组合轮上的链轮，另一侧放松，从而带动迎风叶片链轮转动，链条围绕齿、链组合轮上的链轮转动2周的长度，等于叶片链轮转动1周的长度，风车架转动2周，叶片转动1周，叶片的两面各迎风一次，形成一个完整的工作周期。

所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的工作原理：

风舵按照风向和风力确定着垂直轴上中心齿轮的位置，风舵与A点叶片平行，中心齿轮啮合组合齿轮上的大齿轮，组合齿轮上的小齿轮啮合齿轮，齿轮啮合齿圈上的内齿圈，齿圈上的大齿圈啮合叶片齿轮联动，要点是：通过组合齿轮、齿轮使中心齿轮转动2周的长度，等于叶片齿轮转动1周的长度；风车架转动2周，叶片转动1周，叶片的两面各迎风一次，形成一个完整的工作周期。

Claims (8)

1、一种垂直轴风力机，其特征是：叶片(5)安装在风车架(3)上，叶片轴(4)端头露出风车架(3)外，风车架(3)上、下端垂直轴(1)上分别装有轴套(2)，上、下轴套(2)侧端连接风舵架(6)，风舵架(6)上安装风舵(7)，风车架(3)连接垂直轴(1)；叶片迎风角度控制装置安装在风车架(3)一端或两端，其结构类型采用链轮体系、齿轮体系，或链、齿轮混合体系。

2、根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述叶片安装时设初始角度，设其中的一个叶片为0度，按顺时针方向依次排序，每个叶片与前一个叶片间的角度差为：360°/叶片总数；设定后，由叶片迎风角度控制装置定位并固定；所述叶片角度设置由上、下风车架上的叶片迎风角度控制装置的联动轮系装配后定位。

3.根据权利要求1、2所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的链轮体系叶片迎风角度控制装置的结构类型是链轮体系，主体设计方案是：中心链轮(10)、第一涨紧轮(11)、第二涨紧轮(12)、叶片链轮(8)通过链条(9)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的链轮体系叶片迎风角度控制装置的具体设计方案是：露出风车架(3)外的叶片轴(4)端头安装叶片链轮(8)，轴套(2)一端头固定连接中心链轮(10)；风车架(3)一端或两端安装所述的链轮体系叶片迎风角度控制装置，风车架(3)一端或两端相邻的叶片轴(4)端头安装第一涨紧轮(11)、第二涨紧轮(12)，中心链轮(10)与链条(9)啮合，链条(9)一端啮合并通过第一涨紧轮(11)、另一端啮合并通过第二涨紧轮(12)与分布在风车架(3)上的叶片链轮(8)啮合。

5.根据权利要求1、所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的结构类型是链、齿轮混合体系，主体设计方案是：中心齿轮(13)、中间齿轮(14)、齿、链组合轮(15)中的齿轮啮合，齿、链组合轮(15)中的链轮、链条(9)、第一涨紧轮(11)、、第二涨紧轮(12)、叶片链轮(8)啮合。

6.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置的具体设计方案是：露出风车架(3)外的叶片轴(4)端头安装叶片链轮(8)，轴套(2)端头固定连接中心齿轮(13)；风车架(3)一端或两端安装所述的链、齿轮混合体系叶片迎风角度控制装置，风车架(3)一端或两端相邻的叶片轴(4)端头安装第一涨紧轮(11)、第二涨紧轮(12)，安装中间齿轮(14)并与中心齿轮(13)啮合，安装齿、链组合轮(15)并与中间齿轮(14)啮合，齿、链组合轮(15)中的链轮与链条(9)啮合，链条(9)一端啮合并通过第一涨紧轮(11)、另一端啮合并通过第二涨紧轮(12)与分布在风车架(3)上的叶片链轮(8)啮合。

7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的结构类型是齿轮体系，主体设计方案是：齿圈(17)外齿圈、叶片齿轮(16)啮合；中心齿轮(13)、组合齿轮(18)中的大齿轮、组合齿轮(18)中的小齿轮、齿轮(19)、齿圈(17)内齿圈啮合。

8.根据权利要求7所述的一种垂直轴风力机，其特征是：所述的齿轮体系叶片迎风角度控制装置的具体体设计方案是：露出风车架(3)外的叶片轴(4)端头安装叶片齿轮(16)，轴套(2)端头固定连接中心齿轮(13)；风车架(3)一端或两端安装叶片迎风角度控制装置，在风车架(3)上安装齿圈(17)、组合齿轮(18)、齿轮(19)，齿圈(17)外齿圈与叶片齿轮(16)啮合，中心齿轮(13)与组合齿轮(18)中的大齿轮啮合，组合齿轮(18)中的小齿轮与齿轮(19)啮合，齿轮(19)与齿圈(17)内齿圈啮合。

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