CN101595301B - 旗轮型磁浮式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

旗轮型磁浮式风力发电机，包括：机座(1)；固定在机座上的支架心轴(2)；套在支架心轴上的风轮空心轴(3)；由风轮空心轴向外辐射对称设置的供安装风叶(7)用的骨架(C)；在风轮空心轴下端部可绕其转动的动力传动装置(D)。风轮空心轴内周界与相对应的支架外周界间有第一滚珠轴承(4)。风轮空心轴有包括第一磁浮装置及第一滚轮轴承的第一轴承装置(B)。骨架包括直立骨架(8)、呈弧形的斜置骨架(9)、骨架网(11)和环形骨架(10)。动力传动装置包括拨动杆(13)、惯性圆板(14)和主动大齿轮(15)，其中惯性圆板上设置有环形条齿(1402)且周缘有截面呈圆形的环状体(1401)，主动大齿轮与传动小齿轮(17)啮合以将动力传送到由变速箱(18)和发电机(19)组成的发电装置(E)。

Description

旗轮型磁浮式风力发电机 
技术领域
本发明一般地说涉及发电机，具体地说涉及风力发电机，更具体地说涉及旗轮型磁浮式风力发电机。 
背景技术
风力发电机是一种既环保，又发电成本廉宜的发电设备。目前广泛采用的是螺旋桨式风力发电机，这类风力发电机的转动轴基本上都是水平设置的，其将风力转化成电能的收获的因数中，除与空气密度和风速相关外，能由设计人员加以改变的因数，就只剩螺旋桨的扫掠面积，而该扫掠面积又与螺旋桨的长度有关，但螺旋桨的长度是无法不断加长，故无法加大从风力转化成电能的收获，从而暴露了螺旋桨式风力发电机的缺陷所在。此外，螺旋桨的制造要求精确的技术，制造成本亦相当昂贵。 
目前有不少帆式风力发电机发明专利，如DE3602414A1、CN87208825U、CN2153919Y、CN2648099Y等，均公开了采用直立转轴的风力发电机，其技术方案包括在风帆受风力作用的帆面多数采用多层的活页型顶风板件垂直地挂扣在框架结构上，由于结构复杂，零部件数量繁多，显然增加了风帆自身的重量，加大了转动轴承受的磨擦力，从而降低了风力转化成电能的收获。CN1085990A和GB211925A也公开了采用直立转轴的风力发电机，其技术方案虽也包括风帆受风力作用的帆面也采用活页型顶风板件，但该活页型顶风板件却水平地挂扣在框架结构上。后两项发明专利除具有与前四项发明相同的缺陷之外，更因在风帆绕轴转动时，其受风帆面的活页型顶风板件往往在惯性力的作用下水平飘浮，便难以使其在风帆由逆风向转动成顺风向时，迅速下垂到处在顶风状态，从而减少了将风力转化成电能的收获。再者现有技术的风力发电机还存在因风力的变化而影响风力转化成电能收获的稳定性。 
发明内容
为克服现有技术的存在的缺陷，本发明提供了一种新型的风力发电机。其改进现有技术的缺陷的基本构思如下：一方面，采用新型的轴承装置，减少风帆转动轴所承受的摩擦力，另一方面，采用拍旗并倾斜挂扣该拍旗来克服现有技术中活页型顶风板件存在的缺陷问题。再者，本发明还采用特殊的动力传动装置，从而克服风力现有技术存在的因风力的变化而影响风力转化成电能收获的稳定性的缺陷。 
因此，本发明所提供的旗轮型磁浮式风力发电机，其包括：机座；旋转轴装置，拍旗骨架，动力传动装置和发电装置。该旗轮型磁浮式风力发电机具体包括第一轴承装置；其中，该旋转轴装置包括至少为一节由非磁体制成的圆柱形支架轴心，所述至少一节支架轴心的外径由下而上逐个地缩小，最下方的支架轴心固定在该机座上；位于下方的支架轴心的上端部与位于其上方的另一个支架轴心的下端部固定连接；每一节支架轴心分别对应地套以一个也由轻的非磁体制成的风轮空心轴，每一节风轮空心轴的内周界与相对应的一节支架轴心的外周界之间设置有第一滚珠轴承；每一节风轮空心轴之间设置第一轴承装置，该第一轴承装置包括：由强力永磁体制成第一磁浮装置及第一滚轮式滚珠轴承；由各节风轮空心轴向外辐射对称地设置有供悬挂多面拍旗用的拍旗骨架，该骨架包含：直立骨架、斜置骨架和骨架网，该斜置骨架呈弧形，并设置有保持各骨架的对称性的环形骨架；在骨架上最高处的斜置骨架上设置有供提升或降落拍旗用的拍旗升降装置；位于最上方的风轮空心轴的上端部是封闭的，其内与最上方的支架轴心上端部之间设置有第二磁浮装置；在该拍旗骨架的下方设置的动力传动装置包括：固定在该拍旗骨架最下方的每一个斜置骨架的推杆，可绕该风轮空心轴转动的惯性圆板，该惯性圆板的周缘的横截面呈圆形的环状体，在该惯性圆板的上表面固定有环形条齿，在该惯性圆板的下表面固定有直径较小的主动大齿轮，该惯性圆板上方和该主动大齿轮的下方同心地安装有第二轴承装置，该第二轴承装置包括：相互配合设置的第二滚珠轴承和磁浮器件，在主动大齿轮的下方还设置有第二滚轮式滚珠轴承，该主动大齿轮则与传动小齿轮啮合；该传动小齿轮将动力传送到发电装置，该发电装置包括固定在该机座上一个变速箱和一个发电装机。 
在本发明的一个有用的实施例中，该旗轮型磁浮式风力发电机采用轻的、耐磨的、耐温的和抗紫外线辐射的材料制成其拍旗，且该拍旗以与水平线成一倾斜角的姿态悬挂在该拍旗骨架上。 
在本发明的一个有用的实施例中，该旗轮型磁浮式风力发电机采用轻的、耐磨的、耐温的和抗紫外线辐射的材料制成其拍旗，且该拍旗以垂直地面的姿态悬挂在该拍旗骨架上，该拍旗上每隔一定距离处设置有加强肋，每一条加强肋的一个端部通过一个铰链而可绕相应的直立骨架作为转轴而转动。 
在本发明的另一个有用的实施例中，位于该旗轮型磁浮式风力发电机下方的风轮空心轴的上端部有一个下环形体和位于上方的风轮空心轴的下端部也有与该的下环形体相配合的上环形体，该上、下环形体各有突缘，通过突缘上的固定孔，可用螺丝将两者固定之，该支架轴心在对应于该风轮空心轴的下环形体位置处有一个平台，于该平台上设置有第一滚轮式滚珠轴承，在拍旗受到风力驱动而使该风轮空心轴相对于该支架轴心转动时，该第一滚轮式滚珠轴承起到减少了两者之间的摩擦力。 
在本发明的再一个有用的实施例中，该第一磁浮装置由在每一节支架轴心的上端部设置的强力永磁体和在风轮空心轴的下环形体中设置的强力永磁体组成，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴便产生相对于该支架轴心的一种浮力，从而在拍旗受到风力驱动而使该风轮空心轴相对于该支架轴心转动时，两者之间的摩擦力更相对地减低了。 
在本发明的再一个有用的实施例中，位于该旗轮型磁浮式风力发电机下方的风轮空心轴的上端部的一个下环形体和位于上方的风轮空心轴的下端部也有与该的下环形体相配合的上环形体，该上、下环形体各有突缘，通过突缘上的固定孔，可用螺丝将两者固定之，该支架轴心在对应于该风轮空心轴的下环形体位置处有一个平台，于该平台上设置有第一滚轮式滚珠轴承；在每一节支架轴心的上端部设置有强力永磁体，在风轮空心轴的下环形体中也设置有强力永磁体，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴便产生相对于该支架轴心的一种浮力。 
附图说明
下面参照附图详细描述本发明，其中： 
图1为本发明的旗轮型磁浮式风力发电机的前视简图，其中所示的拍旗的纵长方向以与水平线成一倾斜角度扣挂在拍旗骨架上； 
图2a和2b为本发明的第一轴承装置的示意图，其中，图2a为第一滚 轮式滚珠轴承和第一磁浮装置的结构示意图，图2b则示出位于支架轴心和风轮空心轴之间的独立的第一滚珠轴承的示意图； 
图3a至3c示出本发明的传动装置的示意图，其中，图3a为其剖视简图，图3b为其顶视图，图3c为图3b中圆圈部分的放大视图； 
图4为图1所示的本发明旗轮型磁浮式发电机的拍旗骨架受风力作用时拍旗飘动的顶视示意图； 
图5为本发明的另一个实施例旗轮型磁浮式发电机的前视简图，其中所示的拍旗是直立地扣挂在拍旗骨架上； 
图6为图5所示的本发明旗轮型磁浮式发电机的拍旗骨架受风力作用时拍旗飘动的顶视示意图。 
具体实施方式
如图1所示，本发明所提供的一种旗轮型磁浮式风力发电机，其包括：机座1，旋转轴装置A，第一轴承装置B，拍旗骨架C，动力传动装置D和发电装置E。 
在本发明的第一个优良的实施例中，该旗轮型磁浮式风力发电机有一个旋转轴装置A，其包括：至少为一节由非磁体制成的圆柱形支架轴心2。为减少整个旗轮型磁浮式风力发电机的重量，该支架轴心2制成各节的外径由下而上逐个地缩小，最下方的支架轴心2固定在该机座1上。位于下方的支架轴心2的上端部与位于其上方的另一个支架轴心2的下端部可通过本领域熟悉的方式固定连接。 
每一节支架轴心2分别对应地套以一个也由轻的非磁体制成的风轮空心轴3，该风轮空心轴3的内径大于支架轴心的外径。为使该风轮空心轴绕该支架轴心能平稳地转动，如图2b所示，每一节风轮空心轴3的内周界与相对应的一节支架轴心2的外周界之间设置有第一滚珠轴承4。 
如图2a所示，每一节风轮空心轴3之间设置第一轴承装置B。该第一轴承装置B包括：由强力永磁体制成第一磁浮装置及第一滚轮式滚珠轴承。第一磁浮装置和第一滚轮式滚珠轴承可设置在一个盒体内，例如，图1中所示的第一磁浮装置5和第一滚轮式滚珠轴承6；或者分开地设置在各自独立得盒体内，例如，图1中所示的第一磁浮装置5”和第一滚轮式滚珠轴承6”。 
如图1和图4所示，本发明的旗轮型磁浮式发电机的用以转化风力成电 能的风帆包括：多面拍旗7，该拍旗由轻质的、耐磨的、耐温的和抗紫外线辐射的材料制成；由各节风轮空心轴3向外辐射对称地设置以供悬挂该拍旗7用的拍旗骨架C。该骨架C包含：用以限定拍旗的面积的直立骨架8，该直立骨架8固定地连接到该风轮空心轴3的外周界上，其用以固定斜置骨架9和骨架网11。该斜置骨架9呈弧形，以便扣挂在其上的拍旗能有增大的承受风力的面积。该拍旗7的纵长方向以与水平线成一个角度向下倾斜地扣挂在斜置骨架9上。 
如图4所示，本发明还设置有环形骨架10，该环形骨架用以保持各骨架C对称性。 
再回到图1所示，在骨架C上最高处的斜置骨架10上设置有供提升或降落拍旗用的拍旗升降装置12。该拍旗升降装置包括滑轮1201和绳索1202。该拍旗升降装置设置在该骨架C上最高的斜置骨架9的两个端部处。每一面拍旗7的两个上端部固定在该拍旗升降装置的绳索上。由于拍旗是倾斜地扣挂在该斜置骨架上，如图4所示，在平行于风向方向的一个经过该旋转轴的垂直平面上拍旗，因没有受到风力的作用，基本上不会摆动或飘动；在该垂直平面的左方的拍旗将不会受到骨架网11的阻挡而随着风向在该骨架网11的后方飘动；而在该垂直平面的右方的拍旗则会受到骨架网11的阻挡而不能随着风向在该骨架网11的后方飘动。于是，拍旗骨架便受到风力的推动而绕着旋转轴装置A转动。 
如示于图1中，位于旋转轴装置A最上方的风轮空心轴3的上端部是封闭的，其内与最上方的支架轴心2上端部之间设置有第二磁浮装置5’，该第二磁浮装置5’用以减低风轮空心轴3承受的因其重量所产生施加在支架轴心2摩擦力。 
参照图1和图3a至3c，在该拍旗骨架C的下方设置动力传动装置D，其包括：固定在该拍旗骨架C最下方的每一个斜置骨架9的推杆13；可绕该风轮空心轴3转动的惯性圆板14；该惯性圆板14的周缘有横截面呈圆形的环状体1401；在该惯性圆板14的上表面固定有环形条齿1402；在该惯性圆板的下表面固定有直径较小的主动大齿轮15；该惯性圆板14上方和该主动大齿轮15的下方同心地安装有第二轴承装置16，该第二轴承装置16包括：相互配合设置的第二滚珠轴承1601和磁浮器件1602；在主动大齿轮15的下方还设置有第二滚轮式滚珠轴承6’；该主动大齿轮15则与一个传动小齿轮 17啮合。该推杆13与该惯性圆板14的环形条齿1402相啮合，从而可推动该惯性圆板绕旋转轴装置A转动。在风速有暂态的突然变动时，比如从小变大，拍旗骨架的转动由慢变快，该环形齿条在推杆13的推动下，使惯性圆板14的转动也从慢变快，随之，惯性圆板14下方的主动大齿轮15也使其所啮合传动小齿轮17的转动由慢变快。但相反情况，当风速突然由大变小时，推杆13的转动速度虽然突然变慢，但惯性圆板14的转动速度并不能马上降低，因而该环形条齿1402与推杆13便脱离啮合，由于惯性的原因，惯性圆板14在一段时间内继续保持其转动速度不变，但因摩擦力的存在，只是逐渐变慢，于是该传动小齿轮的转速得以保持而不立刻降低。待到推杆13与惯性圆板14上的环形齿条又在啮合时，该推杆13又才在推动该惯性圆板14转动。所以，动力传动装置D，使传动小齿轮的转动速度基本上保持稳定。 
该传动小齿轮17将动力传送到发电装置E，该发电装置E包括固定在该机座1上的变速箱18和发电装机19。 
如上文所说，由于本发明采用了动力传动装置，使得该传动小齿轮1不产生转速的突然变化，于是，将使由传动小齿轮转动的发电装置的电能收获能保持稳定。 
在本发明中所采用的第一轴承装置B的结构如图2a和图2b所示。位于下方的风轮空心轴3的上端部有下环形体301，位于上方的风轮空心轴3的下端部也有与该的下环形体301相配合的上环形体302，该环形体301和环形体302分别有突缘3013和突缘3023，通过突缘3013和突缘3023上的固定孔，可用螺丝将两者固定之，该支架轴心2在对应于该风轮空心轴3的下环形体位置处有平台201，于该平台201上设置有第一滚轮式滚珠轴承6”，在拍旗7受到风力驱动而使该风轮空心轴3相对于该支架轴心2转动时，该第一滚轮式滚珠轴承起到减少了两者之间的摩擦力的作用。 
在本发明使用的第一磁浮装置5，其由在每一节支架轴心2的上端部设置的强力永磁体501和在风轮空心轴3的下环形体中设置的强力永磁体502组成，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴3便产生相对于该支架轴心2的一种浮力，从而在拍旗受到风力驱动而使该风轮空心轴3相对于该支架轴心2转动时，两者之间的摩擦力更相对地减低了。 
本发明的第一轴承装置也可以将第一滚轮式滚珠轴承和第一磁浮装置设 置在同一盒体内。位于下方的风轮空心轴3的上端部的一个下环形体301和位于上方的风轮空心轴3的下端部也有与该的下环形体301相配合的上环形体302，该环形体301和环形体302分别有突缘3013和突缘3023，通过突缘3013和突缘3023上的固定孔，可用螺丝将两者固定之，该支架轴心2在对应于该风轮空心轴3的下环形体位置处则设置有一个平台201，于该平台上设置有第一滚轮式滚珠轴承6”；在每一节支架轴心2的上端部设置有强力永磁体501，在风轮空心轴3的下环形体中也设置有强力永磁体502，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴3便产生相对于该支架轴心2的一种浮力。 
图5示出本发明的另一个优良的实施例，其与第一个优良实施例的差别在于，其中的拍旗是从拍旗骨架最上方的斜置骨架垂直扣挂的。每一条直立拍旗从其上部边和到其下部边每隔远距离设置加强肋(图中未示出)，其接近该拍旗骨架C的直立骨架8的加强肋处设置铰链(图中未示出)，每一条自立拍旗上设置着一个拍旗升降装置，该拍旗升降装置也包括滑轮1201和绳索1202。 
图6示出本发明的另一个优良实施例的示意图。如图6所示，在平行于风向W方向的一个经过该旋转轴的垂直平面上拍旗，因没有受到风力的作用，基本上不会摆动或飘动；在该垂直平面的左方的拍旗将不会受到骨架网11的阻挡而随着风向W在该骨架网11的后方飘动；而在该垂直平面的右方的拍旗则会受到骨架网11的阻挡而不能随着风向在该骨架网11的后方飘动。于是，拍旗骨架便受到风力的推动而绕着旋转轴装置A转动。 

Claims (8)

1.一种旗轮型磁浮式风力发电机，其包括：机座(1)；旋转轴装置(A)，拍旗骨架(C)，动力传动装置(D)和发电装置(E)，其特征在于，其还包括第一轴承装置(B)，其中，该旋转轴装置(A)包括至少一节由非磁体制成的圆柱形支架轴心(2)，所述至少一节由非磁体制成的圆柱形支架轴心(2)的外径由下而上逐个地缩小，最下方的支架轴心(2)固定在该机座(1)上；位于下方的支架轴心(2)的上端部与位于其上方的另一个支架轴心(2)的下端部固定连接；每一节支架轴心(2)分别对应地套以一个也由轻的非磁体制成的风轮空心轴(3)，每一节风轮空心轴(3)的内周界与相对应的一节支架轴心(2)的外周界之间设置有第一滚珠轴承(4)；每一节风轮空心轴(3)之间设置第一轴承装置(B)，该第一轴承装置(B)包括：由强力永磁体制成第一磁浮装置(5；5”)及第一滚轮式滚珠轴承(6；6”)；由各节风轮空心轴(3)向外辐射对称地设置有供悬挂多面拍旗(7)用的拍旗骨架(C)，该拍旗骨架(C)包含：直立骨架(8)、斜置骨架(9)和骨架网(11)，该斜置骨架(9)呈弧形，并设置有保持各拍旗骨架(C)的对称性的环形骨架(10)；在拍旗骨架(C)上最高处的斜置骨架(9)上设置有供提升或降落拍旗用的拍旗升降装置(12)；位于最上方的风轮空心轴(3)的上端部是封闭的，其内与最上方的支架轴心(2)上端部之间设置有第二磁浮装置(5’)；在该拍旗骨架(C)的下方设置的动力传动装置(D)包括：固定在该拍旗骨架(C)最下方的每一个斜置骨架的推杆(13)，可绕该风轮空心轴(3)转动的惯性圆板(14)，该惯性圆板(14)的周缘的横截面呈圆形的环状体(1401)，在该惯性圆板(14)的上表面固定有环形条齿(1402)，在该惯性圆板的下表面固定有直径较小的主动大齿轮(15)，该惯性圆板(14)上方和该主动大齿轮(15)的下方同心地安装有第二轴承装置(16)，该第二轴承装置(16)包括：相互配合设置的第二滚珠轴承(1601)和磁浮器件(1602)，在主动大齿轮(15)的下方还设置有第二滚轮式滚珠轴承(6’)，该主动大齿轮(15)则与传动小齿轮(17)啮合；该传动小齿轮(17)将动力传送到发电装置(E)，该发电装置(E)包括固定在该机座(1)上一个变速箱(18)和一个发电装机(19)。
2.如权利要求1所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，用轻的、耐磨的、耐温的和抗紫外线辐射的材料制成的拍旗(7)以与水平线成一倾斜角的姿态悬挂在该拍旗骨架(C)上。
3.如权利要求1所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，用轻质的、耐磨的、耐温的和抗紫外线辐射的材料制成的拍旗(7)以垂直的姿态悬挂在该拍旗骨架上，该拍旗(7)上每隔一定距离处设置有加强肋，每一条加强肋的一个端部通过一个铰链而可绕相应的直立骨架作为转轴而转动。
4.如权利要求2或3所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，位于下方的风轮空心轴(3)的上端部有一个下环形体(301)，并且位于上方的风轮空心轴(3)的下端部也有与该下环形体(301)相配合的上环形体(302)，该上、下环形体(301，302)各有突缘(3013，3023)，通过突缘(3013，3023)上的固定孔，用螺丝将两者固定，该支架轴心(2)在对应于该风轮空心轴(3)的下环形体位置处有一个平台(201)，于该平台上设置有第一滚轮式滚珠轴承(6；6”)，在拍旗受到风力驱动而使该风轮空心轴(3)相对于该支架轴心(2)转动时，该第一滚轮式滚珠轴承起到了减少两者之间的摩擦力的作用。
5.如权利要求2或3所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，该第一磁浮装置(5；5”)由在每一节支架轴心(2)的上端部设置的强力永磁体(501)和在风轮空心轴(3)的下环形体中设置的强力永磁体(502)组成，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴(3)便产生相对于该支架轴心(2)的一种浮力，从而在拍旗受到风力驱动而使该风轮空心轴(3)相对于该支架轴心(2)转动时，两者之间的摩擦力更相对地减小了。
6.如权利要求2或3所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，位于下方的风轮空心轴(3)的上端部有一个下环形体(301)，并且位于上方的风轮空心轴(3)的下端部也有与该下环形体(301)相配合的上环形体(302)，该上、下环形体(301，302)各有突缘(3013，3023)，通过突缘(3013，3023)上的固定孔，用螺丝将两者固定，该支架轴心(2)在对应于该风轮空心轴(3)的下环形体位置处有一个平台(201)，于该平台上设置有第一滚轮式滚珠轴承(6；6”)；在每一节支架轴心(2)的上端部设置有强力永磁体(501)，在风轮空心轴(3)的下环形体中也设置有强力永磁体(502)，该两强力永磁体安置成其相同的极性相面对，基于磁极同性相拒的原理，该风轮空心轴(3)便产生相对于该支架轴心(2)的一种浮力。
7.如权利要求2所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，该拍旗升降装置设置在该拍旗骨架(C)上最高的斜置骨架(9)的两个端部处，该拍旗升降装置包括滑轮(1201)和绳索(1202)。
8.如权利要求3所述的旗轮型磁浮式风力发电机，其特征在于，该拍旗升降装置设置在拍旗(7)接近该拍旗骨架(C)上最高的斜置骨架(9)处，每一条直立拍旗在接近该直立骨架处设置有铰链，该拍旗升降装置包括滑轮(1201)和绳索(1202)。
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