CN106014867A - 一种小型便携风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型便携风力发电机，包括电机、高速齿轮、高速轴、低速轴、低速齿轮、叶片支架和叶片；所述的叶片通过叶片支架安装与低速轴上，低速轴和高速轴上分别键连接固定有低速齿轮和高速齿轮，低速齿轮和高速齿轮之间配合连接进行传动；高速齿轮驱动电机旋转发电。本发明使用了高速电机+两级变速的设计替代了原有小型风机的低速电机设计，使用了垂直轴设计代替小型风机一直以来的水平轴设计，大幅降低了成本，利于设备推广。同时，本发明采用了易于拆装的结构设计，加强了系统的便携性。
Description
技术领域
本发明属于电力设备领域，具体涉及一种小型便携风力发电机。
背景技术
当今，人们对于移动设备的需求越来越广泛，但电池的电量瓶颈却成为移动设备发挥更大作用的限制之一，风能作为可再生的新能源之一，分布范围极广，且采集方便，逐渐成为了理想的移动能量来源。因此如果有一种便携式的小型风力发电机，其可以作为移动设备的电力来源。
如今，现有的小型风力发电机多为固定式设计，如专利申请号为201320017202.8的小型风力发电机，其通过螺栓与地面连接，这不但造成了风机无法在短时间内被取下，同时也限制了风机的适用场所，即该风机只能在有为其专门设计的底座的地方使用，造成了极大的不便。
另外，现有的小型风机均为整体式设计，拆装不易，这更削弱了其移动使用的功能。现有的小型风机均为水平轴风机，其只有当叶片正对风向时才能正常发电，故此，水平轴风机均需要设计复杂的转向机构，保证风机能够正常运行。这样的转向机构不但结构复杂，易损坏，还将进一步地削弱风机的可移动性，同时消耗在转向上的电能也降低了风机的运行效率。同时，小型风机均采用昂贵的低速电机，而低速电机的成本往往是高速电机的几倍甚至几十倍，这极大地限制了小型风机的推广，因此，研发使用高速电机也能正常工作的小型风机迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中存在的问题，并提供一种小型便携风力发电机。本发明所采用的具体方案如下：
小型便携风力发电机，包括电机、高速齿轮、高速轴、低速轴、低速齿轮、叶片支架和叶片；所述的叶片通过叶片支架安装与低速轴上，低速轴和高速轴上分别键连接固定有低速齿轮和高速齿轮，低速齿轮和高速齿轮之间配合连接进行传动；高速齿轮驱动电机旋转发电。
作为优选，所述的叶片垂向设置，数量为5片且呈等距环形阵列分布于以低速轴为轴心的柱面上；在叶片的两个三等分点处，分别用水平的叶片支架与低速轴进行连接固定；叶片与叶片支架之间的连接方式为可拆卸式夹持固定。
进一步的，所述的叶片支架通过螺母固定于低速轴上，螺母与低速轴上的外螺纹采用螺旋副连接。
作为优选，所述的叶片由铝合金构成，且采取镂空的结构。
作为优选，所述的叶片为升力型叶片。
作为优选，所述的低速齿轮模数为0.8，齿数为71；高速齿轮为双层齿轮，其中上层齿数为15，模数为0.8，下层齿数为59，模数为0.6；低速齿轮和高齿轮形成1：39的加速比。
作为优选，所述的低速轴的下半部及高速齿轮、高速轴、低速齿轮均设置于下箱体和上箱体可拆卸式组合而成的内部空间中。
进一步的，所述的低速轴与高速轴均由被角接触球轴承固定在箱体上。
作为优选，所述的电机为高速电机。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1.本发明使用了高速电机+两级变速的设计替代了原有小型风机的低速电机设计，大幅降低了成本，利于设备推广
2.本发明使用了垂直轴设计代替小型风机一直以来的水平轴设计。由于垂直轴设计可以接受来自各个方向的风能，所以省去了复杂的转向机构，节省了成本，提高了可靠性和便携性。
3.本发明采用了易于拆装的结构设计，有效地在不影响用户使用体验的情况下减少了设备的携带体积，加强了系统的便携性，可用于移动设备的充电。
附图说明
图1是小型风力发电机结构图；
图2是叶片支架与低速轴配合图；
图3是小型风力发电机使用时组装过程，其中箭头代表步骤流程；
图中：电机1、高速齿轮2、第一角接触轴承3、高速轴4、低速轴5、第二角接触轴承6、下箱体7、低速齿轮8、上箱体9、第一螺母10、第一叶片支架11、叶片12、第二叶片支架13、第二螺母14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
一种小型便携风力发电机，电机1、高速齿轮2、第一角接触轴承3、高速轴4、低速轴5、第二角接触轴承6、下箱体7、低速齿轮8、上箱体9、第一螺母10、第一叶片支架11、叶片12、第二叶片支架13、第二螺母14。
本发明的发电机整体分为叶片、支撑部分以及变速传动部分两个部分，其中叶片及支撑部分负责通过叶片接受风能，并将风能通过叶片支架传递到低速轴。变速发电部分负责将低速轴上的转矩通过变速机构传递到电机，完成发电。
叶片分别具体结构如图1所示，叶片12垂向设置，共5片，且呈等距环形阵列分布于以低速轴5为轴心的柱面上，形成五叶片风轮的设计，叶片12采用升力型叶片12，利用叶片12两侧流速差异获得升力，通过升力推动叶轮转动。叶片12由铝合金构成，且采取镂空的结构。本实施例中，叶片12选用标准翼型NACA63-412。是美国NACA最早建立的一个低速翼型系列。与早期的其他翼型相比，有较高的最大升力系数和较低的阻力系数。我们所选取的翼型隶属于NACA的六位数字翼型，其特点是在一定的升力系数范围内具有低阻力特性，非设计条件下也会有比较满意的结果。这种翼型具有比较高的升力系数和比较高的临界马赫数。
支撑部分结构如下：为保证稳定性，在每片叶片12的两个三等分点处，分别用水平的叶片支架与低速轴5进行连接固定，分别为图中的第一叶片支架11和第二叶片支架13。叶片12与叶片支架之间的连接方式为可拆卸式夹持固定，具体固定方式为：在叶片12三等分点处分别安装两个铆钉以用于叶片12夹持固定的定位，以及平衡叶片12所受到的竖直方向重力。叶片12通过叶片支架安装与低速轴5上，第一叶片支架11和第二叶片支架13分别通过螺母10、第二螺母14固定于低速轴5上，叶片支架部分负责对叶片12进行支撑并将叶片12受到的转矩传递到轴。固定支架的低速轴5上设有铣去两个小平面的圆柱形攻有外螺纹的轴。如图2所示，相应的在第一叶片支架11和第二叶片支架13处有对应形状的轴孔，用以将叶片支架收到的力矩传递到轴上。防止支架的上下震动导致的不稳定，螺母与低速轴5上的外螺纹采用螺旋副连接。
变速传动部分负责将低速轴5的转动加速后传递到电机1，其主体部分为箱体中的齿轮组。箱体可拆卸呈下箱体7和上箱体9进行组装。齿轮组中低速齿轮8与高速齿轮2被键连接分别固定在低速轴5与高速轴4上。低速轴5与高速轴4被第一角接触轴承3、第二角接触轴承6固定在下箱体7、上箱体9上。
齿轮组部分负责从叶片12的低转速过渡为电机1的高转速，已达到高功率、平稳发电的效果。齿轮组由高速齿轮2和低速齿轮8两级减速组成，其中低速齿轮8模数为0.8，齿数为71，通过键连接被固定在低速轴5上。高速齿轮2为双层齿轮，其中上层齿数为15，模数为0.8，下层齿数为59，模数为0.6，被固定在高速轴4上。
两级齿轮互相配合，形成了1：39的加速比，让叶片12组能够通过高速齿轮2驱动电机1达到其额定的发电转速，使本设计能够使用相对廉价的高速电机1取代昂贵的低速电机1进行发电。
本发明装置的安装流程如图3所示，具体为：
1.在携带中，第一叶片支架11和第二叶片支架13，叶片12与主体部分分开放置以节省空间；
2.在使用中，用户需要先将支架11套到低速轴5上，与低速轴5形状对齐，安装第一螺母10。
3.安装5枚叶片12，叶片将被插入支架上对应的孔中，由于铆钉部分轮廓线大于孔的轮廓，叶片12将会被铆钉初步支撑在第一叶片支架11上
4.安装第二叶片支架13，中心孔与低速轴5形状对齐，同时由于第一叶片支架11在对应5片叶片处有开口，支架将被套到5片叶片上，同样由于铆钉部分轮廓线大于开口部分轮廓线，第一叶片支架11被叶片12所支撑，同时叶片12被完全限制在固定位置，安装第二螺母14，安装完成。
运行流程如下：
1.风吹过叶片12，为叶片12提供转矩；
2.叶片将转矩传递到第一叶片支架11和第二叶片支架13；
3.第一叶片支架11和第二叶片支架13将转矩传递到低速轴5上；
4.低速轴5将带动低速齿轮8；
5.低速齿轮8带动高速齿轮2；
6.高速齿轮2带动电机1，完成发电流程。
拆卸流程如下：
1.卸下第二螺母14；
2.取下第一叶片支架11和叶片12；
3.卸下第一螺母10；
4.取下第二叶片支架13；
5.此时拆卸完成，小型风机可在占用很小体积的情况下被携带。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种小型便携风力发电机，其特征在于，包括电机、高速齿轮、高速轴、低速轴、低速齿轮、叶片支架和叶片；所述的叶片通过叶片支架安装与低速轴上，低速轴和高速轴上分别键连接固定有低速齿轮和高速齿轮，低速齿轮和高速齿轮之间配合连接进行传动；高速齿轮驱动电机旋转发电。
2.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的叶片垂向设置，数量为5片且呈等距环形阵列分布于以低速轴为轴心的柱面上；在叶片的两个三等分点处，分别用水平的叶片支架与低速轴进行连接固定；叶片与叶片支架之间的连接方式为可拆卸式夹持固定。
3.如权利要求2所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的叶片支架通过螺母固定于低速轴上，螺母与低速轴上的外螺纹采用螺旋副连接。
4.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的叶片由铝合金构成，且采取镂空的结构。
5.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的叶片为升力型叶片。
6.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的低速齿轮模数为0.8，齿数为71；高速齿轮为双层齿轮，其中上层齿数为15，模数为0.8，下层齿数为59，模数为0.6；低速齿轮和高齿轮形成1：39的加速比。
7.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的低速轴的下半部及高速齿轮、高速轴、低速齿轮均设置于下箱体和上箱体可拆卸式组合而成的内部空间中。
8.如权利要求7所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的低速轴与高速轴均由被角接触球轴承固定在箱体上。
9.如权利要求1所述的小型便携风力发电机，其特征在于，所述的电机为高速电机。
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