CN109854456B - 一种机械式海上风机能量转化装置 - Google Patents

Abstract

一种机械式海上风机能量转化装置，本申请风机的支撑杆穿过支撑座，主动齿轮套在支撑座上，旋转连接件套在支撑座上，风机的支撑杆穿过旋转连接件，从动齿轮与机架用固定铰链连接，从动齿轮与主动齿轮为齿轮副连接，扇形齿轮与机架为固定铰链连接，连杆一端与从动齿轮活动铰链连接，连杆另一端与扇形齿轮为活动铰链连接，运动齿条与运动齿条导轨为导轨副连接，齿条杆与齿条杆导轨为导轨副连接，扇形齿轮与运动齿条为齿轮副连接，辅助齿轮与运动齿条在铰链孔处为活动铰链连接，辅助齿轮分别与固定齿条和连杆齿条为齿轮副连接，齿条杆与电机动子固连在一起。本申请充分利用了风机支撑杆在风、浪的作用下的陀螺转动，将这种转动转化成了电能。

Description

一种机械式海上风机能量转化装置

技术领域

本发明涉及能量转化装置领域，特别是涉及一种机械式海上风机能量转化装置。

背景技术

上风力发电已经成为当下有效实用的新型可再生能源，如何充分利用海上风机的运动进行能源的再生成为当务之急。现有的海上风机的能量的转化都局限在风机叶片的转动，忽略了风机支撑杆的运动，海上风机的支撑杆在风能及波浪能的作用下将做陀螺式转动。如果能将这一部分运动合理运用转化为电能，则能进一步提高风机的发电效率，使发电成本大幅降低。针对这一现象，本专利设计的能量转化装置可实现将风机支撑杆的陀螺式转动转化为电能。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种机械式海上风机能量转化装置，可实现将风机支撑杆的陀螺式转动转化为电能，充分利用了风机支撑杆在风、浪的作用下的陀螺转动，将这种转动转化成了电能，为达此目的，本发明提供一种机械式海上风机能量转化装置，包括风机、旋转连接件、固定齿条、辅助齿轮、电机动子、直线电机、齿条杆、运动齿条、齿条杆导轨、运动齿条导轨、扇形齿轮、连杆、从动齿轮、主动齿轮、压盖和支撑座，所述支撑座的中部为通孔，所述支撑座的上部有一段外螺纹，所述支撑座的中部有轴环，所述支撑座固定在海底机架上，所述风机包括叶片、风机电机和支撑杆，所述叶片等角度绕支撑杆的中心线一周，所述叶片通过连接架固定在支撑杆顶端，所述风机的支撑杆中部有风机电机，所述风机的支撑杆的下部分穿过支撑座的通孔并埋入海底，所述主动齿轮空套在支撑座上，并用轴环进行轴向定位，所述旋转连接件空套在支撑座上与主动齿轮上端面重合接触，并用一组螺栓与主动齿轮固定在一起使主动齿轮与旋转连接件能够同轴转动，所述风机的支撑杆穿过旋转连接件上部的一字槽，所述压盖与支撑座上部的外螺纹连接，所述从动齿轮与机架用固定铰链连接，所述从动齿轮与主动齿轮为齿轮副连接，所述扇形齿轮与机架为固定铰链连接，所述连杆一端与从动齿轮活动铰链连接，所述连杆另一端与扇形齿轮为活动铰链连接，所述固定齿条与机架固定，所述运动齿条导轨与机架固定，所述运动齿条与运动齿条导轨为导轨副连接，所述齿条杆导轨与机架固定，所述齿条杆与齿条杆导轨为导轨副连接，所述扇形齿轮与运动齿条为齿轮副连接，所述运动齿条后部有导轨凹槽，所述运动齿条上部左边有一段轮齿；所述运动齿条右部有铰链孔，所述辅助齿轮与运动齿条在铰链孔处为活动铰链连接，所述辅助齿轮分别与固定齿条和运动齿条为齿轮副连接，所述齿条杆有光轴部分、齿条部分及导轨凹槽部分组成，所述齿条杆与电机动子固连在一起，所述电机动子在直线电机内做往复直线运动，所述直线电机固定在机架上。

本发明的进一步改进，所述主动齿轮和轴环及压盖之间装有推力轴承，装上推力轴承减少摩擦阻力。

本发明的进一步改进，所述风机为垂直轴风机，本申请风机可以根据需要采用水平轴风机。

本发明一种机械式海上风机能量转化装置，具有如下特点；

本申请旋转连接件，风机支撑杆在风及波浪的作用下将会沿转轴做陀螺运动，通过旋转连接件可以俘获风机支撑杆的运动，将这种运动转化成齿轮的转动，从而为能量的转化提供了基础。

本申请大大地提高了电机动子的运动行程和速度，本专利采用了辅助齿轮与双齿条的设计，通过这种设计，可使电机动子的直线往复运动的行程增加一倍，并提高了电机动子的运动速度；实现了将风机支撑杆的小角度的摆动转变为电机动子的大行程的往复运动，提高了电机动子的运动速度，从而使电机达到最佳发电状态。

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是本发明支撑座示意图；

图5是本发明旋转连接件示意图；

图6是本发明齿条杆示意图；

图7是本发明运动齿条示意图；

图中1、风机；2、旋转连接件；3、固定齿条；4、辅助齿轮；5、电机动子；6、直线电机；7、齿条杆；7-1、光轴部分；7-2、齿条部分；7-3、导轨凹槽部分；8、运动齿条；8-1、导轨凹槽；8-2、轮齿；8-3、铰链孔；9、齿条杆导轨；10、运动齿条导轨；11、扇形齿轮；12、连杆；13、从动齿轮；14、主动齿轮；15、压盖；16、支撑座；16-1、通孔；16-2、外螺纹；16-3、轴环；17、螺栓。

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：

本发明提供一种机械式海上风机能量转化装置，可实现将风机支撑杆的陀螺式转动转化为电能，充分利用了风机支撑杆在风、浪的作用下的陀螺转动，将这种转动转化成了电能。

作为本发明一种实施例，本发明提供如图1和图3所示的一种机械式海上风机能量转化装置，包括风机1、旋转连接件2、固定齿条3、辅助齿轮4、电机动子5、直线电机6、齿条杆7、运动齿条8、齿条杆导轨9、运动齿条导轨10、扇形齿轮11、连杆12、从动齿轮13、主动齿轮14、压盖15和支撑座16，所述支撑座16如图4所示的中部为通孔16-1，所述支撑座16的上部有一段外螺纹16-2，所述支撑座16的中部有轴环16-3，所述支撑座16固定在海底机架上，所述风机1如图2所示包括叶片1-1、风机电机1-2和支撑杆1-3，所述叶片1-1等角度绕支撑杆1-3的中心线一周，所述叶片1-1通过连接架固定在支撑杆1-3顶端，所述风机1的支撑杆1-3中部有风机电机1-2，所述风机1为垂直轴风机，所述叶片1-1有2-8个，本申请风机可以根据需要采用水平轴风机。所述风机1的支撑杆1-3的下部分穿过支撑座16的通孔16-1并埋入海底，所述主动齿轮14空套在支撑座16上，并用轴环16-3进行轴向定位，主动齿轮14和轴环及压盖之间可装上推力轴承减少摩擦阻力，所述旋转连接件2如图5所示空套在支撑座16上与主动齿轮14上端面重合接触，并用一组螺栓17与主动齿轮14固定在一起使主动齿轮14与旋转连接件2能够同轴转动，所述风机1的支撑杆1-3穿过旋转连接件2上部的一字槽，所述压盖15与支撑座16上部的外螺纹16-2连接，对旋转连接件起到轴向定位的作用。当风机支撑杆在海浪能及风能的作用下做陀螺转动时，风机支撑杆的陀螺转动将会带动旋转连接件做相应的转动，由于主动齿轮与旋转连接件固连在一起，因此主动齿轮也会做相应的转动，所述从动齿轮13与机架用固定铰链连接，所述从动齿轮13与主动齿轮14为齿轮副连接，所述扇形齿轮11与机架为固定铰链连接，所述连杆12一端与从动齿轮13活动铰链连接，此活动铰链与从动齿轮的回转中心有一定的距离，所述连杆12另一端与扇形齿轮11为活动铰链连接，该活动铰链与扇形齿轮的回转中心有一定的距离，所述固定齿条3与机架固定，所述运动齿条导轨10与机架固定，所述运动齿条8与运动齿条导轨10为导轨副连接，所述齿条杆导轨9与机架固定，所述齿条杆7与齿条杆导轨9为导轨副连接，所述扇形齿轮11与运动齿条8为齿轮副连接，所述运动齿条8如图7所示后部有导轨凹槽8-1，所述运动齿条8上部左边有一段轮齿8-2；所述运动齿条8右部有铰链孔8-3，所述辅助齿轮4与运动齿条8在铰链孔8-3处为活动铰链连接，所述辅助齿轮4分别与固定齿条3和齿条杆7为齿轮副连接，所述齿条杆7如图6所示有光轴部分7-1、齿条部分7-2及导轨凹槽部分7-3组成，所述齿条杆7与电机动子5固连在一起，所述电机动子5在直线电机6内做往复直线运动，所述直线电机6固定在机架上。

本申请风机支撑杆运动俘获及能量转化装置原理如下：

当风机支撑杆在海浪能及风能的作用下做陀螺式转动时，风机支撑杆的陀螺式转动将会被旋转连接件俘获，即带动旋转连接件做相应的转动，由于主动齿轮与旋转连接件固连在一起，因此主动齿轮也会做相应的转动；通过齿轮副，从动齿轮也跟着转动，在连杆的作用下，扇形齿轮将会做来回摆动；扇形齿轮的摆动将会驱动运动齿条做往复直线运动；由于辅助齿轮利用铰链安装在运动齿条上并与固定齿条为齿轮副连接，因此辅助齿轮将会在固定齿条的作用下转动，又由于辅助齿轮与齿条杆为齿轮副连接，齿条杆将会沿着齿条杆导轨做往复直线移动，又由于电机动子与齿条杆固连在一起，因此电机动子将会同步做往复直线移动。本专利充分利用了风机支撑杆在风、浪的作用下的陀螺转动，将这种转动转化成了电能。

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 (3)

1.一种机械式海上风机能量转化装置，包括风机（1）、旋转连接件（2）、固定齿条（3）、辅助齿轮（4）、电机动子（5）、直线电机（6）、齿条杆（7）、运动齿条（8）、齿条杆导轨（9）、运动齿条导轨（10）、扇形齿轮（11）、连杆（12）、从动齿轮（13）、主动齿轮（14）、压盖（15）和支撑座（16），其特征在于：所述支撑座（16）的中部为通孔（16-1），所述支撑座（16）的上部有一段外螺纹（16-2），所述支撑座（16）的中部有轴环（16-3），所述支撑座（16）固定在海底机架上，所述风机（1）包括叶片（1-1）、风机电机（1-2）和支撑杆（1-3），所述叶片（1-1）等角度绕支撑杆（1-3）的中心线一周，所述叶片（1-1）通过连接架固定在支撑杆（1-3）顶端，所述风机（1）的支撑杆（1-3）中部有风机电机（1-2），所述风机（1）的支撑杆（1-3）的下部分穿过支撑座（16）的通孔（16-1）并埋入海底，所述主动齿轮（14）空套在支撑座（16）上，并用轴环（16-3）进行轴向定位，所述旋转连接件（2）空套在支撑座（16）上与主动齿轮（14）上端面重合接触，并用一组螺栓（17）与主动齿轮（14）固定在一起使主动齿轮（14）与旋转连接件（2）能够同轴转动，所述风机（1）的支撑杆（1-3）穿过旋转连接件（2）上部的一字槽，所述压盖（15）与支撑座（16）上部的外螺纹（16-2）连接，所述从动齿轮（13）与机架用固定铰链连接，所述从动齿轮（13）与主动齿轮（14）为齿轮副连接，所述扇形齿轮（11）与机架为固定铰链连接，所述连杆（12）一端与从动齿轮（13）活动铰链连接，所述连杆（12）另一端与扇形齿轮（11）为活动铰链连接，所述固定齿条（3）与机架固定，所述运动齿条导轨（10）与机架固定，所述运动齿条（8）与运动齿条导轨（10）为导轨副连接，所述齿条杆导轨（9）与机架固定，所述齿条杆（7）与齿条杆导轨（9）为导轨副连接，所述扇形齿轮（11）与运动齿条（8）为齿轮副连接，所述运动齿条（8）后部有导轨凹槽（8-1），所述运动齿条（8）上部左边有一段轮齿（8-2）；所述运动齿条（8）右部有铰链孔（8-3），所述辅助齿轮（4）与运动齿条（8）在铰链孔（8-3）处为活动铰链连接，所述辅助齿轮（4）分别与固定齿条（3）和齿条杆（7）为齿轮副连接，所述齿条杆（7）有光轴部分（7-1）、齿条部分（7-2）及导轨凹槽部分（7-3）组成，所述齿条杆（7）与电机动子（5）固连在一起，所述电机动子（5）在直线电机（6）内做往复直线运动，所述直线电机（6）固定在机架上。

2.根据权利要求1所述的一种机械式海上风机能量转化装置，其特征在于：所述主动齿轮（14）和压盖及轴环之间装有推力轴承。

3.根据权利要求1所述的一种机械式海上风机能量转化装置，其特征在于：所述叶片（1-1）有2-8个，所述风机（1）为垂直型风机。

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