CN108087197A - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，其包括箱体，箱体顶壁上安装至少一个底座，底座上转动安装有主轴，主轴上部探出底座且主轴的外伸端连接多个螺旋叶片，各螺旋叶片间隔环布在主轴周圈并形成球形回转体；箱体内顶壁的两端分别转动安装一个锥形从动轮，两锥形从动轮之间连接有驱动带，箱体的两侧壁之间连接多根表面光滑的支撑杆，支撑杆横向间隔排列在驱动带的下方；箱体内部安装有发电机，发电机的输入轴与其中一个锥形从动轮连接；主轴的底端深入箱体内且主轴的底端部竖向滑动安装有能伸入驱动带内的锥形主动轮，主轴上安装有可驱动锥形主动轮下滑的甩块压盘机构。本发明具有结构简单、使用灵活方便、风能利用率高、易于实施和推广的优点。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体的说是一种风力发电装置。

背景技术

风力发电是目前人们利用风能的主要方式，其利用风力叶轮带动发电机转子转动，从而将风能转化为电能。但是，目前的风力发电装置多为大型风力发电机，其系统庞大，结构复杂，风能利用率低。在日常生活中很难见到风能发电装置。

电力在人们生产和生活中的作用越来越重要，现代电动汽车已日渐普及，为延长电动气车的续航能力，汽车生产厂商智计百出，比如加大电池容量，顶部加入太阳能电池板，或是沿路安装充电桩等等，而这些设计，对于自由出行方面都有这样那样的限制，在使用性上均没有达到很好的效果。大自然的能量采集不外乎光能、风能、水能等，光能的利用受天气的影响较大，而传统的风力发电受叶轮尺寸的限制无法移植到电动汽车上。

基于上述问题，本案申请人经过多年研究，开发出多款风力发电装置，以适用于生活中的各个领域，本案主要针对一种便携、便安装的风力发电装置，该装置利用可伸缩式的锥形驱动轮，将各个采风点的能量有选择的汇入驱动带，以驱动发电机发电，从而有效的将风能转化为电能，可以车载以补充车载电池的电力，也可以单独使用以提供生活用电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用灵活方便、风能利用率高、易于实施和推广的风力发电装置。

为解决上述技术问题，本发明的风力发电装置包括箱体，箱体顶壁上转动安装有多根主轴，主轴上部探出箱体且主轴的外伸端连接多个螺旋叶片，各螺旋叶片间隔环布在主轴周圈并形成球形回转体；箱体内顶壁的两端分别转动安装一个锥形从动轮，两锥形从动轮之间连接有驱动带，箱体的两侧壁之间连接多根表面光滑的支撑杆，支撑杆横向间隔排列在驱动带的下方；箱体内部安装有发电机，发电机的输入轴与其中一个锥形从动轮连接；主轴的底端深入箱体内且主轴的底端部竖向滑动安装有能伸入驱动带内的锥形主动轮，主轴上安装有可驱动锥形主动轮下滑的甩块压盘机构。

采用上述结构，利用各螺旋叶片收集风能，每个球形回转体为一个采风点，球形回转体带动主轴转动，从而带动锥形主动轮转动，当转动速度足够大时，甩块压盘机构将锥形主动轮下压，使得锥形主动轮伸入驱动带内，从而带动驱动带转动，锥形从动轮跟随驱动带转动，进而带动发电机的输入轴转动，发电机发电。

其中，从动轮为锥形结构，是为了使得驱动带的截面开口为锥形，以方便锥形主动轮由上至下插入，降低主动轮伸入驱动带的瞬间对运行中驱动带的影响。设置支撑杆在底部支撑整个驱动带，可避免驱动带滑脱，尤其是在主动轮插入的瞬间。对于驱动带的具体结构：驱动带可采用皮带，对应的，所述锥形从动轮、锥形主动轮均为皮带轮；驱动带也可采用驱动齿为斜齿的同步带，对应的，所述锥形从动轮、锥形主动轮均为同步带轮。

对于甩块压盘机构的具体结构，其包括安装套、甩块、拐臂和压盘，安装套固定套装在主轴上，甩块为两个且分别设置在安装套的两侧，每个甩块的两端各连接一根拐臂，拐臂的弯折部通过销轴铰接在安装套上，拐臂的底端固接有球形滑珠，球形滑珠的直径大于拐臂的外径；压盘的底部与锥形主动轮固接，压盘的中心开设通孔，压盘的顶面上设置两个用于滑动安装球形滑珠的条形滑槽，两个条形滑槽分别位于甩块两个端部的正下方，条形滑槽上开设有条形豁口且条形豁口的宽度大于拐臂的外径、小于球形滑珠的直径，连接在同一个条形滑槽上的两根拐臂之间连接有回位弹簧。

上述结构中，安装套固定安装在主轴上并跟随主轴转动，初始静止状态下，两个甩块均位于靠近主轴的位置处，当转速增大时，在离心力的作用下，两个甩块被甩开并朝向下且向远离主轴的方向移动，带动拐臂绕销轴转动，拐臂的底半段进行摆转动作，两拐臂之间的回位弹簧被拉伸，拐臂底端的球形滑珠朝向下且向靠近主轴的方向移动，条形滑槽两端的两个球形滑珠做相向运动，在四根拐臂的作用下，整个压盘下移，进而带动锥形主动轮下移并插入驱动带内；当主轴转速降低时，在回位弹簧的作用下，各个拐臂绕销轴做反向转动，拐臂的上半段带动两个甩块朝向上且向靠近主轴的方向移动，拐臂的下半段带动球形滑珠朝向上且向远离主轴的方向移动，条形滑槽两端的两个球形滑珠做背向运动，在四根拐臂的作用下，压盘被上拉，进而带动锥形主动轮上移并脱离驱动带。可见，该甩块压盘结构具有自动复位功能，从而使得在某个采风点的球形回转体转速降低时，其主动轮可自动脱离驱动带，避免该采风点被动运转而造成系统风能转化率降低，从而能提高整个系统的风电转换效率。

对于主轴的转动安装结构，主轴通过底座安装在箱体顶壁上，底座为嵌装在箱体顶壁上的筒体，筒体内部通过支架安装有支撑套，主轴的中部转动安装在支撑套中。

球形回转体的转速依据采风位置的不同而大小不一，由于发电机的输入转速需要设置上限，也为了避免转速过大对采风机构造成损伤，因此，系统需要设置超速阻尼机构，具体的：底座筒体内部通过副支架安装有阻尼套环，阻尼套环套设在主轴外部，主轴柱面的周圈上间隔开设多个凹槽，凹槽内安装有可径向滑动并能探出凹槽开口的阻尼块，阻尼块的外表面为弧形且阻尼块与凹槽之间连接有拉簧。当主轴转速过大时，在强离心力的作用下，阻尼块克服拉簧的弹力，径向向外滑动并探出凹槽，阻尼块的外表面与阻尼套环的内壁滑动接触，形成刹车结构，从而将主轴转速限制在系统的承受范围。

对于球形回转体的具体结构，所述主轴的顶端固装有回转圆盘，螺旋叶片的顶端连接在回转圆盘的边沿，底座筒体的顶部转动套接有回转套，螺旋叶片的底端连接在回转套上。

所述球形回转体的内部为空腔结构，该空腔结构通过各螺旋叶片之间的间隙与外界连通，该空腔结构通过底座筒体与箱体内腔连通，箱体内腔封闭，箱体的底部和/或两端部开设风口。当箱体两端开设风口时，主要适用于装置单独使用时的情形，具体使用时，可将装置箱体固定在户外或各种车辆的任意位置处。当箱体底部开设风口时，箱体的周圈边缘向外翻折形成环形安装沿，该结构主要适用于有顶棚的车辆，包括小型轿车、大中型客车、厢式货车等，能在车辆停止时采集风能以补充车载电池的电力。同时，借助球形回转体的空腔结构以及底座筒体的内部空腔，可将车内密闭空间与外部连通，有助于车内通风换气。

对于主动轮的具体安装结构，所述主轴底段的柱面上竖向设置有花键，锥形主动轮的中心孔壁上开设有与花键滑动配合的花键槽。花键和花键槽配合，能保证主动轮安装的稳固性并能保证其顺畅滑动。

所述锥形主动轮间隔设置一排且锥形主动轮的初始位置在驱动带的正上方；箱体内转动安装多个压紧轮，压紧轮成对设置且分别抵靠在驱动带的两侧，相邻两个锥形主动轮之间设置一对压紧轮。压紧轮在驱动带的两侧起到限位作用，成对设置的压紧轮还起到收束驱动带的作用，保证在主动轮插入驱动带时能可靠、稳定的与驱动带啮合。

综上所述，本发明具有结构简单、使用灵活方便、风能利用率高、易于实施和推广的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明其中一种实施方式的整体结构示意图；

图2为本发明中主动带轮为单排时同步带与各轮的配合结构示意图；

图3为本发明中主动带轮为双排时同步带与各轮的配合结构示意图；

图4为锥形主动轮与斜齿同步带配合的结构示意图；

图5为锥形从动轮的结构示意图；

图6为主动轮未插入驱动带时整个底座和球形回转体的具体结构示意图；

图7为主动轮未插入驱动带时甩块压盘机构和主动轮的具体结构示意图；

图8为压盘沿图7中A-A向的剖视放大结构示意图；

图9为主动轮插入驱动带时甩块压盘机构和主动轮的具体结构示意图；

图10为主动轮未插入驱动带时整个底座和球形回转体的另一种具体结构示意图；

图11为本发明中超速阻尼结构的具体结构示意图；

图12为沿图11中沿B-B向的剖视放大结构示意图；

图13为主轴的另一种转动安装结构的示意图。

具体实施方式

参照附图，本发明的风力发电装置包括箱体1，箱体1顶壁上转动安装有多根主轴3，主轴3上部探出箱体1且主轴3的外伸端连接多个螺旋叶片4，各螺旋叶片4间隔环布在主轴3周圈并形成球形回转体；箱体内顶壁的两端分别转动安装一个锥形从动轮5，两锥形从动轮5之间连接有驱动带6，箱体的两侧壁之间连接多根表面光滑的支撑杆24，支撑杆24横向间隔排列在驱动带6的下方；箱体1内部安装有发电机7，发电机7的输入轴与其中一个锥形从动轮5连接；主轴3的底端深入箱体1内且主轴3的底端部竖向滑动安装有能伸入驱动带6内的锥形主动轮8，主轴3上安装有可驱动锥形主动轮8下滑的甩块压盘机构。

上述结构中，利用各螺旋叶片4收集风能，每个球形回转体为一个采风点，球形回转体带动主轴3转动，从而带动锥形主动轮8转动，当转动速度足够大时，甩块压盘机构将锥形主动轮8下压，使得锥形主动轮8伸入驱动带6内，从而带动驱动带6转动，锥形从动轮5跟随驱动带6转动，进而带动发电机7的输入轴转动，发电机发电。对于发电机7的输入轴与锥形从动轮5的连接结构，在锥形从动轮5的底部可同轴连接套筒25，发电机7的输入轴与套筒25连接。

其中，从动轮为锥形结构，是为了使得驱动带6的截面开口为锥形，以方便锥形主动轮8由上至下插入，降低主动轮伸入驱动带6的瞬间对运行中驱动带6的影响。设置支撑杆24在底部支撑整个驱动带6，可避免驱动带6滑脱，尤其是在主动轮插入的瞬间。对于驱动带的具体结构：驱动带6可采用皮带，相应的，锥形从动轮5、锥形主动轮8均为皮带轮。如图3所示，驱动带6也可采用驱动齿为斜齿61的同步带，锥形从动轮5、锥形主动轮8均为同步带轮。另外，为了避免驱动带在两端的位置处滑脱，在锥形从动轮5的底部额外设置挡沿51，优选的，如图4所示，挡沿51为上细下粗的锥形结构，与上粗下细从动轮的底端对接，有效避免驱动带滑脱。

参照附图，对于甩块压盘机构的具体结构，其包括安装套9、甩块10、拐臂11和压盘12，安装套9固定套装在主轴3上，甩块10为两个且分别设置在安装套9的两侧，每个甩块10的两端各连接一根拐臂11，拐臂11的弯折部通过销轴铰接在安装套9上，拐臂11的底端固接有球形滑珠14，球形滑珠14的直径大于拐臂11的外径；压盘12的底部与锥形主动轮8固接，压盘12的中心开设通孔，压盘12的顶面上设置两个用于滑动安装球形滑珠14的条形滑槽15，两个条形滑槽15分别位于甩块10两个端部的正下方，条形滑槽15上开设有条形豁口151且条形豁口151的宽度大于拐臂11的外径、小于球形滑珠14的直径，连接在同一个条形滑槽15上的两根拐臂11之间连接有回位弹簧16。

安装套9固定安装在主轴3上并跟随主轴3转动，初始静止状态下，两个甩块10均位于靠近主轴3的位置处，当转速增大时，在离心力的作用下，两个甩块10被甩开并朝向下且向远离主轴3的方向移动，带动拐臂11绕销轴转动，拐臂11的底半段进行摆转动作，两拐臂11之间的回位弹簧16被拉伸，拐臂11底端的球形滑珠14朝向下且向靠近主轴3的方向移动，条形滑槽15两端的两个球形滑珠14做相向运动，在四根拐臂11的作用下，整个压盘12下移，进而带动锥形主动轮8下移并插入驱动带6内；当主轴3转速降低时，在回位弹簧16的作用下，各个拐臂11绕销轴做反向转动，拐臂11的上半段带动两个甩块10朝向上且向靠近主轴3的方向移动，拐臂11的下半段带动球形滑珠14朝向上且向远离主轴3的方向移动，条形滑槽15两端的两个球形滑珠14做背向运动，在四根拐臂11的作用下，压盘12被上拉，进而带动锥形主动轮8上移并脱离驱动带6。可见，该甩块压盘结构具有自动复位功能，从而使得在某个采风点的球形回转体转速降低时，其主动轮可自动脱离驱动带6，避免该采风点被动运转而造成系统风能转化率降低，从而能提高整个系统的风电转换效率。

参照附图，对于主轴3的转动安装结构，主轴3过底座2安装在箱体顶壁上，底座2为嵌装在箱体1顶壁上的筒体，筒体内部通过支架17安装有支撑套18，主轴3的中部转动安装在支撑套18中。附图中示出了一个支撑套18，为了提高安装的稳固性，在空间允许的情况下支架17和支撑套18可设置多套。

球形回转体的转速依据采风位置的不同而大小不一，由于发电机的输入转速需要设置上限，也为了避免转速过大对采风机构造成损伤，因此，系统需要设置超速阻尼机构。参照图10-图12，底座筒体内部通过副支架26安装有阻尼套环27，阻尼套环27套设在主轴3外部，主轴3柱面的周圈上间隔开设多个凹槽，凹槽内安装有可径向滑动并能探出凹槽开口的阻尼块28，阻尼块28的外表面为弧形且阻尼块28与凹槽之间连接有拉簧29。当主轴3转速过大时，在强离心力的作用下，阻尼块28克服拉簧29的弹力，径向向外滑动并探出凹槽，阻尼块28的外表面与阻尼套环27的内壁滑动接触，形成刹车结构，从而将主轴3转速限制在系统的承受范围。

参照附图，对于球形回转体的具体结构，主轴3的顶端固装有回转圆盘19，螺旋叶片4的顶端连接在回转圆盘19的边沿，底座筒体的顶部转动套接有回转套20，螺旋叶片4的底端连接在回转套20上。

参照附图，球形回转体的内部为空腔结构，该空腔结构通过各螺旋叶片4之间的间隙与外界连通，该空腔结构通过底座筒体与箱体内腔连通，箱体内腔封闭，箱体的底部和/或两端部开设风口21。当箱体端部开设风口21时，图中未示出，主要适用于装置单独使用时的情形，具体使用时，可将装置箱体固定在户外或各种车辆的任意位置处。当箱体1底部开设风口时，如图1所示，箱体1的周圈边缘设置安装沿。该结构主要适用于有顶棚的车辆，包括小型轿车、大中型客车、厢式货车等，能在车辆停止时采集风能以补充车载电池的电力。同时，借助球形回转体的空腔结构以及底座筒体的内部空腔，可将车内密闭空间与外部连通，有助于车内通风换气。

参照附图，对于主动轮的滑动安装结构，主轴3底段的柱面上竖向设置有花键22，锥形主动轮8的中心孔壁上开设有与花键滑动配合的花键槽。花键22和花键槽配合，能保证主动轮安装的稳固性并能保证其顺畅滑动。

参照附图，锥形主动轮8间隔设置一排且锥形主动轮8的初始位置在驱动带6的正上方；箱体1内转动安装多个压紧轮23，压紧轮23成对设置且分别抵靠在驱动带6的两侧，相邻两个锥形主动轮8之间设置一对压紧轮23。压紧轮23在驱动带6的两侧起到限位作用，成对设置的压紧轮23还起到收束驱动带6的作用，保证在主动轮插入驱动带6时能可靠、稳定的与驱动带6啮合。

图13示出了主轴3的另一种转动安装结构，如图所示，主轴3可直接通过轴承转动安装箱体顶壁上。

综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。在不脱离本发明技术方案的前提下，本领域技术人员可对上述具体结构进行更改或修饰，上述更改或修饰均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电装置，包括箱体（1），其特征是所述箱体（1）顶壁上转动安装有多根主轴（3），主轴（3）上部探出箱体（1）且主轴（3）的外伸端连接多个螺旋叶片（4），各螺旋叶片（4）间隔环布在主轴（3）周圈并形成球形回转体；箱体内顶壁的两端分别转动安装一个锥形从动轮（5），两锥形从动轮（5）之间连接有驱动带（6），箱体的两侧壁之间连接多根表面光滑的支撑杆（24），支撑杆（24）横向间隔排列在驱动带（6）的下方；箱体（1）内部安装有发电机（7），发电机（7）的输入轴与其中一个锥形从动轮（5）连接；主轴（3）的底端深入箱体（1）内且主轴（3）的底端部竖向滑动安装有能伸入驱动带（6）内的锥形主动轮（8），主轴（3）上安装有可驱动锥形主动轮（8）下滑的甩块压盘机构。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征是所述驱动带（6）为皮带，所述锥形从动轮（5）、锥形主动轮（8）均为皮带轮。

3.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征是所述驱动带（6）为驱动齿为斜齿的同步带，所述锥形从动轮（5）、锥形主动轮（8）均为同步带轮。

4.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征是所述甩块压盘机构包括安装套（9）、甩块（10）、拐臂（11）和压盘（12），安装套（9）固定套装在主轴（3）上，甩块（10）为两个且分别设置在安装套（9）的两侧，每个甩块（10）的两端各连接一根拐臂（11），拐臂（11）的弯折部通过销轴铰接在安装套（9）上，拐臂（11）的底端固接有球形滑珠（14），球形滑珠（14）的直径大于拐臂（11）的外径；压盘（12）的底部与锥形主动轮（8）固接，压盘（12）的中心开设通孔，压盘（12）的顶面上设置两个用于滑动安装球形滑珠（14）的条形滑槽（15），两个条形滑槽（15）分别位于甩块（10）两个端部的正下方，条形滑槽（15）上开设有条形豁口（151）且条形豁口（151）的宽度大于拐臂（11）的外径、小于球形滑珠（14）的直径，连接在同一个条形滑槽（15）上的两根拐臂（11）之间连接有回位弹簧（16）。

5.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征是所述主轴（3）通过底座（2）安装在箱体顶壁上，底座（2）为嵌装在箱体（1）顶壁上的筒体，筒体内部通过支架（17）安装有支撑套（18），主轴（3）的中部转动安装在支撑套（18）中。

6.如权利要求5所述的风力发电装置，其特征是底座筒体内部通过副支架（26）安装有阻尼套环（27），阻尼套环（27）套设在主轴（3）外部，主轴（3）柱面的周圈上间隔开设多个凹槽，凹槽内安装有可径向滑动并能探出凹槽开口的阻尼块（28），阻尼块（28）的外表面为弧形且阻尼块（28）与凹槽之间连接有拉簧（29）。

7.如权利要求5所述的风力发电装置，其特征是所述主轴（3）的顶端固装有回转圆盘（19），螺旋叶片（4）的顶端连接在回转圆盘（19）的边沿，底座筒体的顶部转动套接有回转套（20），螺旋叶片（4）的底端连接在回转套（20）上。

8.如权利要求7所述的风力发电装置，其特征是所述球形回转体的内部为空腔结构，该空腔结构通过各螺旋叶片（4）之间的间隙与外界连通，该空腔结构通过底座筒体与箱体内腔连通，箱体内腔封闭，箱体的底部和/或两端部开设风口（21）。

9.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征是所述主轴（3）底段的柱面上竖向设置有花键（22），锥形主动轮（8）的中心孔壁上开设有与花键滑动配合的花键槽。

10.如权利要求1-9中任一项所述的风力发电装置，其特征是所述锥形主动轮（8）间隔设置一排且锥形主动轮（8）的初始位置在驱动带（6）的正上方；箱体（1）内转动安装多个压紧轮（23），压紧轮（23）成对设置且分别抵靠在驱动带（6）的两侧，相邻两个锥形主动轮（8）之间设置一对压紧轮（23）。