CN109653957B - 一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，包括风机和能量转化装置，所述风机由一组叶片、风机电机、支撑杆、支撑盘和球铰支撑，所述叶片等角度绕支撑杆中心线一周设置且通过连接架与支撑杆顶端相连，所述支撑杆上有风机电机和支撑盘，所述支撑盘圆柱表面上均布有球铰支撑，每个球铰支撑对应一个能量转化装置。本发明提供一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，是可以将垂直轴风机沿转轴做陀螺运动转化为直线电机的动力源的能量转化装置，通过转动装置可以将风机的陀螺式运动转化为电能，最大化的使用了清洁能源。

Description

一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置
技术领域
本发明涉及能量转化装置领域，特别是涉及一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置。
背景技术
海上垂直轴风机可以将风能转化为电能，减少了人们对化石燃料的依赖。海洋环境不同于陆上，风机杆处于半埋入状态，桩基除受风力作用，还受到了浪、流等的冲击载荷，因此垂直轴风机所受的气动载荷沿轨迹圆分布，即垂直轴风机沿转轴做陀螺式运动。如果能充分利用风机的这种陀螺式运动，将此周期性的运动合理运用转化为电能，则能大幅提高风机的发电效率，使发电成本大幅降低。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，是可以将垂直轴风机沿转轴做陀螺运动转化为直线电机的动力源的能量转化装置，通过转动装置可以将风机的陀螺式运动转化为电能，最大化的使用了清洁能源，为达此目的，本发明提供一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，包括风机和能量转化装置，所述风机由一组叶片、风机电机、支撑杆、支撑盘和球铰支撑，所述叶片等角度绕支撑杆中心线一周设置且通过连接架与支撑杆顶端相连，所述支撑杆上有风机电机和支撑盘，所述支撑盘圆柱表面上均布有球铰支撑，每个球铰支撑对应一个能量转化装置；
所述能量转化装置由导轨支撑台、导轨、摇架支撑座、摇架、电机动子、直线电机、固定锥齿轮、推杆、小锥齿轮轴、小锥齿轮、锥齿轮压盖、锥齿轮轴、旋转圆盘、圆盘固定盖、导杆滑块、横滑块和滑块推杆组成，所述滑块推杆一端与风机的支撑盘上的球铰支撑为球铰连接，所述滑块推杆另一端与横滑块铰链连接，所述横滑块与导轨为移动副连接，所述导轨支撑台上固定有导轨，所述横滑块在导轨上左右移动，所述横滑块与导杆滑块为铰链连接；
所述摇架由摇架转动杆、下齿轮支撑架、下安装孔、上安装孔、上齿轮支撑架、锥齿轮安装孔、支撑板和导杆组成，所述摇架转动杆与固定锥齿轮同轴，所述摇架的转动杆与摇架支撑座固定铰链连接，并用卡圈轴向定位，所述摇架支撑座固定在机架上，所述摇架中的导杆穿过导杆滑块，所述摇架的支撑板和导杆均垂直固定在摇架转动杆上且在同一平面上，所述摇架的支撑板上有两块凸起的齿轮支撑架，分别是下齿轮支撑架和上齿轮支撑架，两支撑架上分别有下安装孔和上安装孔，两安装孔同轴，所述支撑板上端有一锥齿轮安装孔，所示小锥齿轮轴从支撑板下端往上穿过支撑板上的两个安装孔，所述小锥齿轮从小锥齿轮轴上端穿过并轴向固定在上齿轮支撑架上，用锥齿轮压盖轴向定位，所述锥齿轮轴穿过支撑板上的锥齿轮安装孔，所述旋转圆盘从锥齿轮轴另一端穿过，并用键与锥齿轮轴进行周向定位，使旋转圆盘与锥齿轮轴同轴转动，所述旋转圆盘用圆盘固定盖进行轴向固定，所述推杆一端与旋转圆盘用销或铰链连接，所述推杆另一端与电机动子为铰链连接，所述电机动子在直线电机中做来回直线移动。
本发明的进一步改进，所述导轨支撑台为可升降的导轨支撑台，所述可升降的导轨支撑台有导轨工作台、右支撑架、左支撑架、两根导柱、圆柱销、销架、调节螺杆、下支撑座和底板组成，所述导轨工作台底面和下支撑座的顶面均有梯形导轨槽，所述导轨工作台两端有导柱孔，两根导柱底部固定在下支撑座，两根导柱上部穿过对应的导柱孔，所述左支撑架和右支撑架上端均有上圆柱滑杆，所述左支撑架和右支撑架下端均有一下圆柱滑杆，所述左支撑架和右支撑架中间均有销孔，所述支撑架和右支撑架用圆柱销连接，所述左支撑架和右支撑架上端的上圆柱滑杆安装在导轨工作台的梯形导轨槽中，并可以在梯形导轨槽中来回滑动，所述左支撑架和右支撑架下端的下圆柱滑杆安装在下支撑座的梯形导轨槽中，并可以在梯形导轨槽中来回滑动，所述销架两边有销孔，通过销孔安装在圆柱销两端，所述销架底端有螺纹孔，所述调节螺杆的调节螺杆头部固定在下支撑座和底板之间，与下支撑座和底板为凸肩定位，所述调节螺杆的上部分有螺纹，所述调节螺杆通过螺纹旋入销架的螺纹孔中，可以通过对导轨支撑台高度的调节，来调节电机动子的行程，达到理想的发电效果。
本发明的进一步改进，所述调节螺杆顶部的杆件上有手柄，通过手柄可以逆时针或者顺时针旋转调节螺杆，销架将会跟着往上或者往下移动，从而带动圆柱销往上或者往下移动，即可改变左右两支撑架的张开角度从而改变导轨支撑台的高度即使导轨支撑台向上或者向下移动；从而改变导轨滑块和摇架回转中心的距离。
本发明一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，具有如下特点；
1）本申请采用了三组转化装置，可以更有效地提高转化效率，由于波浪和风的随机性，利用三组不同方向的转化装置，有利于保证能量的最大化吸收；
2）本申请设计了摇架，通过摇架的摆动，使得旋转圆盘的回转中心变成可动式的，可以跟着摇架进行往复摆动，并通过一组锥齿轮的运动，使圆盘按一定的转速转动，从而可以使得直线电机的往复运动行程增加，提高了发电效果。
附图说明
图1是本发明工作示意图；
图2是本发明风机示意图；
图3是本发明转化装置示意图；
图4是本发明摇架示意图；
图5是本发明支撑台示意图；
图6是本发明支撑台的导轨工作台示意图；
图7是本发明支撑台的右支撑架示意图；
图8是本发明支撑台的销架示意图；
图9是本发明支撑台的调节螺杆示意图；
图中1、风机；1-1、叶片；1-2、风机电机；1-3、支撑杆；1-4、支撑盘；1-5球铰支撑；2、能量转化装置；2-1、导轨支撑台； 2-1-1、导轨工作台；2-1-1-1、梯形导轨槽；2-1-1-2、导柱孔； 2-1-2、右支撑架；2-1-2-1、上圆柱滑杆；2-1-2-2、销孔；2-1-2-3、下圆柱滑杆；2-1-3、左支撑架；2-1-4、导柱；2-1-5、圆柱销；2-1-6、销架； 2-1-7、调节螺杆；2-1-7-1、螺纹；2-1-7-2、手柄；2-1-7-3、调节螺杆头部；2-1-8、下支撑座；2-1-9、底板；2-2、导轨；2-3、摇架支撑座；2-4、摇架；2-4-1、摇架转动杆；2-4-2、下齿轮支撑架；2-4-3、下安装孔；2-4-4、上安装孔；2-4-5、上齿轮支撑架；2-4-6、锥齿轮安装孔；2-4-7、支撑板；2-4-8、导杆；2-5、电机动子；2-6、直线电机；2-7、固定锥齿轮；2-8、推杆；2-9、小锥齿轮轴；2-10、小锥齿轮；2-11、锥齿轮压盖；2-12、锥齿轮轴；2-13、旋转圆盘；2-14、圆盘固定盖；2-15、导杆滑块；2-16、横滑块；2-17、滑块推杆。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，是可以将垂直轴风机沿转轴做陀螺运动转化为直线电机的动力源的能量转化装置，通过转动装置可以将风机的陀螺式运动转化为电能，最大化的使用了清洁能源。
作为本发明一种实施例，本发明提供如图1所示的一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，包括风机1和能量转化装置2，所述风机如图2所示由一组叶片1-1、风机电机1-2、支撑杆1-3、支撑盘1-4和球铰支撑1-5，所述叶片1-1等角度绕支撑杆1-3中心线一周设置且通过连接架与支撑杆1-3顶端相连，所述支撑杆1-3上有风机电机1-2和支撑盘1-4，所述支撑盘14圆柱表面上均布有球铰支撑1-5，每个球铰支撑1-5对应一个能量转化装置2；
本发明所述能量转化装置2如图3所示由导轨支撑台2-1、导轨2-2、摇架支撑座2-3、摇架2-4、电机动子2-5、直线电机2-6、固定锥齿轮2-7、推杆2-8、小锥齿轮轴2-9、小锥齿轮2-10、锥齿轮压盖2-11、锥齿轮轴2-12、旋转圆盘2-13、圆盘固定盖2-14、导杆滑块2-15、横滑块2-16和滑块推杆2-17组成，所述滑块推杆2-17一端与风机1的支撑盘14上的球铰支撑1-5为球铰连接，所述滑块推杆2-17另一端与横滑块2-16铰链连接，所述横滑块2-16与导轨2-2为移动副连接，所述导轨支撑台2-1上固定有导轨2-2，所述横滑块2-16在导轨2-2上左右移动，所述横滑块2-16与导杆滑块2-15为铰链连接；
本申请所述摇架2-4如图4所示由摇架转动杆2-4-1、下齿轮支撑架2-4-2、下安装孔2-4-3、上安装孔2-4-4、上齿轮支撑架2-4-5、锥齿轮安装孔2-4-6、支撑板2-4-7和导杆2-4-8组成，所述摇架转动杆2-4-1与固定锥齿轮2-7同轴，所述摇架2-4的转动杆与摇架支撑座2-3固定铰链连接，并用卡圈轴向定位，所述摇架支撑座2-3固定在机架上，所述摇架2-4中的导杆2-4-8穿过导杆滑块2-15，所述摇架2-4的支撑板2-4-7和导杆2-4-8均垂直固定在摇架转动杆2-4-1上且在同一平面上，所述摇架2-4的支撑板2-4-7上有两块凸起的齿轮支撑架，分别是下齿轮支撑架2-4-2和上齿轮支撑架2-4-5，两支撑架上分别有下安装孔2-4-3和上安装孔2-4-4，两安装孔同轴，所述支撑板2-4-7上端有一锥齿轮安装孔2-4-6，所示小锥齿轮轴2-9从支撑板2-4-7下端往上穿过支撑板2-4-7上的两个安装孔，所述小锥齿轮2-10从小锥齿轮轴2-9上端穿过并固定在上齿轮支撑架2-4-5上，用锥齿轮压盖2-11轴向定位，所述锥齿轮轴2-12穿过支撑板2-4-7上的锥齿轮安装孔2-4-6，所述旋转圆盘2-13从锥齿轮轴2-12另一端穿过，并用键与锥齿轮轴2-12进行周向定位，使旋转圆盘2-13与锥齿轮轴2-12同轴转动，所述旋转圆盘2-13用圆盘固定盖2-14进行轴向固定，所述推杆2-8一端与旋转圆盘2-13用销或铰链连接，所述推杆2-8另一端与电动动子2-5为铰链连接，所述电机动子2-5在直线电机2-6中做来回直线移动。
本申请所述导轨支撑台2-1如图5-9所示为可升降的导轨支撑台，所述可升降的导轨支撑台有导轨工作台2-1-1、右支撑架2-1-2、左支撑架2-1-3、两根导柱2-1-4、圆柱销2-1-5、销架2-1-6、调节螺杆2-1-7、下支撑座2-1-8和底板2-1-9组成，所述导轨工作台2-1-1底面和下支撑座2-1-8的顶面均有梯形导轨槽2-1-1-1，所述导轨工作台2-1-1两端有导柱孔2-1-1-2，两根导柱2-1-4底部固定在下支撑座2-1-8，两根导柱2-1-4上部穿过对应的导柱孔2-1-1-2，所述左支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2上端均有上圆柱滑杆2-1-2-1，所述左支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2下端均有有一下圆柱滑杆2-1-2-3，所述左支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2中间均有销孔2-1-2-2，所述支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2用圆柱销2-1-5连接，所述左支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2上端的上圆柱滑杆2-1-2-1安装在导轨工作台2-1-1的梯形导轨槽2-1-1-1中，并可以在梯形导轨槽2-1-1-1中来回滑动，所述左支撑架2-1-3和右支撑架2-1-2下端的下圆柱滑杆2-1-2-3安装在下支撑座2-1-8的梯形导轨槽2-1-1-1中，并可以在梯形导轨槽2-1-1-1中来回滑动，所述销架2-1-6两边有销孔，通过销孔安装在圆柱销2-1-5两端，所述销架2-1-6底端有螺纹孔，所述调节螺杆2-1-7的调节螺杆头部2-1-7-3固定在下支撑座2-1-8和底板2-1-9之间，与下支撑座2-1-8和底板2-1-9为凸肩定位，所述调节螺杆2-1-7的上部分有螺纹2-1-7-1，所述调节螺杆2-1-7通过螺纹2-1-7-1旋入销架2-1-6的螺纹孔中，可以通过对导轨支撑台高度的调节，来调节电机动子的行程，达到理想的发电效果，所述调节螺杆2-1-7顶部的杆件上有手柄2-1-7-2，通过手柄可以逆时针或者顺时针旋转调节螺杆，销架将会跟着往上或者往下移动，从而带动圆柱销往上或者往下移动，即可改变左右两支撑架的张开角度从而改变导轨支撑台的高度即使导轨支撑台向上或者向下移动；从而改变导轨滑块和摇架回转中心的距离。
本申请工作原理如下：
当风机支撑杆在波浪的作用下做陀螺式转动时，通过滑块推杆将会带动横滑块沿着导轨做来回移动，横滑块的来回移动将会带动导轨滑块运动，导杆滑块的左右移动将带动摇架的导杆来回摆动，从而使整个摇架来回摆动；小锥齿轮轴安装在摇架上，因此摇架的来回摆动将会带动小锥齿轮轴跟着来回摆动；由于固定锥齿轮不动，小锥齿轮轴与固定锥齿轮为齿轮副连接；因此小锥齿轮的来回摆动将会在齿轮副的作用下，使小锥齿轮轴及小锥齿轮同步来回转动；由于锥齿轮轴与小锥齿轮为齿轮副连接，因此锥齿轮轴也会跟着转动，由于旋转圆盘与锥齿轮轴用键连接在一起，因此旋转圆盘也跟着锥齿轮轴同步转动，旋转圆盘转动，通过销连接将带动推杆推动电机动子来回做往复移动，从而将能量转化为电能，通过转动装置可以将风机的陀螺式运动转化为电能，最大化的使用了清洁能源。
本申请具体调节过程如下：
逆时针或者顺时针旋转调节螺杆的手柄，销架将会跟着往上或者往下移动，从而带动圆柱销往上或者往下移动，即可改变左右两支撑架的张开角度从而改变导轨支撑台的高度即使导轨支撑台向上或者向下移动；从而改变导轨滑块和摇架回转中心的距离，因此导轨支撑台的高度将会影响摇架摆动的角度，摇架的转动角度的改变将会改变电机动子的运动的行程。摆角越小行程就越小，反之摆角越大行程就越大，因此可以通过对导轨支撑台高度的调节，来调节电机动子的行程，达到理想的发电效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，包括风机（1）和能量转化装置（2），其特征在于：所述风机由一组叶片（1-1）、风机电机（1-2）、支撑杆（1-3）、支撑盘（1-4）和球铰支撑（1-5），所述叶片（1-1）等角度绕支撑杆（1-3）中心线一周设置且通过连接架与支撑杆（1-3）顶端相连，所述支撑杆（1-3）上有风机电机（1-2）和支撑盘（1-4），所述支撑盘（14）圆柱表面上均布有球铰支撑（1-5），每个球铰支撑（1-5）对应一个能量转化装置（2）；
所述能量转化装置（2）由导轨支撑台（2-1）、导轨（2-2）、摇架支撑座（2-3）、摇架（2-4）、电机动子（2-5）、直线电机（2-6）、固定锥齿轮（2-7）、推杆（2-8）、小锥齿轮轴（2-9）、小锥齿轮（2-10）、锥齿轮压盖（2-11）、锥齿轮轴（2-12）、旋转圆盘（2-13）、圆盘固定盖（2-14）、导杆滑块（2-15）、横滑块（2-16）和滑块推杆（2-17）组成，所述滑块推杆（2-17）一端与风机（1）的支撑盘（14）上的球铰支撑（1-5）为球铰连接，所述滑块推杆（2-17）另一端与横滑块（2-16）铰链连接，所述横滑块（2-16）与导轨（2-2）为移动副连接，所述导轨支撑台（2-1）上固定有导轨（2-2），所述横滑块（2-16）在导轨（2-2）上左右移动，所述横滑块（2-16）与导杆滑块（2-15）为铰链连接；
所述摇架（2-4）由摇架转动杆（2-4-1）、下齿轮支撑架（2-4-2）、下安装孔（2-4-3）、上安装孔（2-4-4）、上齿轮支撑架（2-4-5）、锥齿轮安装孔（2-4-6）、支撑板（2-4-7）和导杆（2-4-8）组成，所述摇架转动杆（2-4-1）与固定锥齿轮（2-7）同轴，所述摇架（2-4）的转动杆与摇架支撑座（2-3）固定铰链连接，并用卡圈轴向定位，所述摇架支撑座（2-3）固定在机架上，所述摇架（2-4）中的导杆（2-4-8）穿过导杆滑块（2-15），所述摇架（2-4）的支撑板（2-4-7）和导杆（2-4-8）均垂直固定在摇架转动杆（2-4-1）上且在同一平面上，所述摇架（2-4）的支撑板（2-4-7）上有两块凸起的齿轮支撑架，分别是下齿轮支撑架（2-4-2）和上齿轮支撑架（2-4-5），两支撑架上分别有下安装孔（2-4-3）和上安装孔（2-4-4），两安装孔同轴，所述支撑板（2-4-7）上端有一锥齿轮安装孔（2-4-6），所示小锥齿轮轴（2-9）从支撑板（2-4-7）下端往上穿过支撑板（2-4-7）上的两个安装孔，所述小锥齿轮（2-10）从小锥齿轮轴（2-9）上端穿过并轴向固定在上齿轮支撑架（2-4-5）上，用锥齿轮压盖（2-11）轴向定位，所述锥齿轮轴（2-12）穿过支撑板（2-4-7）上的锥齿轮安装孔（2-4-6），所述旋转圆盘（2-13）从锥齿轮轴（2-12）另一端穿过，并用键与锥齿轮轴（2-12）进行周向定位，使旋转圆盘（2-13）与锥齿轮轴（2-12）同轴转动，所述旋转圆盘（2-13）用圆盘固定盖（2-14）进行轴向固定，所述推杆（2-8）一端与旋转圆盘（2-13）用销或铰链连接，所述推杆（2-8）另一端与电机动子（2-5）为铰链连接，所述电机动子（2-5）在直线电机（2-6）中做来回直线移动；
所述导轨支撑台（2-1）为可升降的导轨支撑台，所述可升降的导轨支撑台有导轨工作台（2-1-1）、右支撑架（2-1-2）、左支撑架（2-1-3）、两根导柱（2-1-4）、圆柱销（2-1-5）、销架（2-1-6）、调节螺杆（2-1-7）、下支撑座（2-1-8）和底板（2-1-9）组成，所述导轨工作台（2-1-1）底面和下支撑座（2-1-8）的顶面均有梯形导轨槽（2-1-1-1），所述导轨工作台（2-1-1）两端有导柱孔（2-1-1-2），两根导柱（2-1-4）底部固定在下支撑座（2-1-8），两根导柱（2-1-4）上部穿过对应的导柱孔（2-1-1-2），所述左支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）上端均有上圆柱滑杆（2-1-2-1），所述左支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）下端均有一下圆柱滑杆（2-1-2-3），所述左支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）中间均有销孔（2-1-2-2），所述支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）用圆柱销（2-1-5）连接，所述左支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）上端的上圆柱滑杆（2-1-2-1）安装在导轨工作台（2-1-1）的梯形导轨槽（2-1-1-1）中，并可以在梯形导轨槽（2-1-1-1）中来回滑动，所述左支撑架（2-1-3）和右支撑架（2-1-2）下端的下圆柱滑杆（2-1-2-3）安装在下支撑座（2-1-8）的梯形导轨槽（2-1-1-1）中，并可以在梯形导轨槽（2-1-1-1）中来回滑动，所述销架（2-1-6）两边有销孔，通过销孔安装在圆柱销（2-1-5）两端，所述销架（2-1-6）底端有螺纹孔，所述调节螺杆（2-1-7）的调节螺杆头部（2-1-7-3）固定在下支撑座（2-1-8）和底板（2-1-9）之间，与下支撑座（2-1-8）和底板（2-1-9）为凸肩定位，所述调节螺杆（2-1-7）的上部分有螺纹（2-1-7-1），所述调节螺杆（2-1-7）通过螺纹（2-1-7-1）旋入销架（2-1-6）的螺纹孔中。
2.根据权利要求1所述的一种坐底式海上垂直轴风机轮系能量转化装置，其特征在于：所述调节螺杆（2-1-7）顶部的杆件上有手柄（2-1-7-2）。
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