CN111287909A - 一种垂直轴复合型流体能量转换装置 - Google Patents

一种垂直轴复合型流体能量转换装置 Download PDF

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王昊天
杨晓宏
宋力
田瑞
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Abstract

本发明公开了一种垂直轴复合型流体能量转换装置，主要涉及风力机技术领域。包括基座，所述基座的顶部的中部设有下圆盘，所述下圆盘的顶部的中部设有支撑轴，所述下圆盘上设有下铁磁材料，所述下圆盘的上侧设有上圆盘，所述上圆盘的中部设有与支撑轴相适应的贯穿孔，所述上圆盘上设有上铁磁材料，所述上圆盘与下圆盘之间设有若干个封闭线圈，所述基座的顶部阵列设有若干个底座，所述底座的顶部竖直安装有风轮轴，所述风轮轴的顶部安装有风轮，所述风轮轴上安装有单向离合器，所述单向离合器上安装有齿轮，所述上圆盘上设有与齿轮盘相啮合的齿牙。本发明的有益效果在于：单位面积风能利用率高，可不停机维护检修，便于风力机的维护检修。

Description

一种垂直轴复合型流体能量转换装置
技术领域
本发明涉及风力机技术领域，具体是一种垂直轴复合型流体能量转换装置。
背景技术
目前，传统的垂直轴风力机主要由叶片、横梁、主轴组成，每一个风力机均需要配置一台发电机，主轴与发电机之间用套筒联轴器连接，发电机与蓄电池需要保存在箱体之中，主轴上安装有两个角接触球轴承，使用时，风力机不仅承受风轮的扭矩，而且要承受气流方向的一定的弯矩；同时，角接触球轴承不仅承受径向力，也要承受一定的径向载荷，使得风力机易损坏，为保证垂直轴风力机的安全运行，需要频繁的进行设备运行维护，而在设备运行维护中需要停机，造成很大经济损失，另外，一个风力机对应一台发电机，也提高了使用成本，且单位面积风能利用率也存在着较大的提升空间。此外，储能技术应用在各行各业中，但是风力机的储能目前处于发展阶段，先进的储能方式对风力机的发展运用具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种单位面积风能利用率高，上圆盘即可以作为传动装置，也可以作为能量存储装置，由于上圆盘是悬浮的，在转动过程中动能损失较小，可以作为机械储能的装置，能量存储效率高，可不停机维护检修，便于风力机的维护检修的垂直轴复合型流体能量转换装置。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种垂直轴复合型流体能量转换装置，包括基座，所述基座的顶部的中部设有下圆盘，所述下圆盘的顶部的中部设有支撑轴，所述下圆盘上设有下铁磁材料，所述下圆盘的上侧设有上圆盘，所述上圆盘的中部设有与支撑轴相适应的贯穿孔，所述上圆盘上设有上铁磁材料，所述上铁磁材料的底端与下铁磁材料的顶端的极性相反，所述上圆盘与下圆盘之间设有若干个封闭线圈，所述基座的顶部阵列设有若干个底座，所述底座的顶部竖直安装有风轮轴，所述风轮轴与底座转动连接，所述风轮轴的顶部安装有风轮，所述风轮轴上安装有单向离合器，所述单向离合器上安装有齿轮，所述单向离合器的内座圈与风轮轴连接，所述单向离合器的外座圈与齿轮连接，所述上圆盘上设有与齿轮盘相啮合的齿牙。
优选的，所述底座的数量为三个。
优选的，所述上铁磁材料镶嵌在上圆盘的底部，所述下铁磁材料镶嵌在下圆盘的顶部。
优选的，所述风轮采用直叶片型垂直轴风力机风轮。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的上圆盘能够绕着支撑轴转动；风轮转动能够带动风轮轴转动，风轮轴转动时，经单向离合器传动，能够带动齿轮转动，齿轮转动时能够带动上圆盘转动，完成风轮与上圆盘之间的动力的单向传递；上铁磁材料的底端的极性与下铁磁材料的顶端的极性相反，利用磁性能够使上圆盘悬浮，上圆盘与下圆盘之间的封闭线圈在上圆盘转动时产生感应电流；由于上圆盘处于悬浮状态，上圆盘与下圆盘之间的摩擦阻力低，风力机所需要的启动力矩小，在上圆盘旋转过程中，由于其自身的质量可以作为动能储存装置，在风速变化时，电力输出的稳定性由于存在储能的上圆盘而不受干扰；底座、风轮轴、风轮、单向离合器、齿轮组成一组风力机，当某一风力机停机检修时，由于单向离合器的存在，风轮停止时不会干涉上圆盘的转动，且上圆盘转动的动能不会反向传递到风轮，可以实现单个风力机的自由停车而不会造成电力的中断，可不停机维护检修，便于风力机的维护检修；此外，在上圆盘的外侧可环形阵列安装多个风力机，一方面能够单位面积风能利用率，另一方面也能够保证上圆盘受力平衡，保证使用寿命。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是下圆盘的结构示意图；
附图3是上圆盘的结构示意图；
附图4是单向离合器的连接结构示意图。
附图中标号：1、基座；2、下圆盘；3、支撑轴；4、下铁磁材料；5、上圆盘；6、上铁磁材料；7、封闭线圈；8、底座；9、风轮轴；10、风轮；11、单向离合器；12、齿轮；13、内座圈；14、外座圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例：如附图1所示，本发明所述是一种垂直轴复合型流体能量转换装置，包括基座1，基座1可利用地脚螺栓固定在地面上。所述基座1的顶部的中部设有下圆盘2，下圆盘2的底部设有支撑台，利用支撑台为下圆盘2提供一定的高度，支撑台的一端焊接在下圆盘2上，另一端焊接在基座1上。如附图2所示，所述下圆盘2的顶部的中部焊接有支撑轴3，所述下圆盘2上设有下铁磁材料4。所述下圆盘2的上侧设有上圆盘5，如附图3(上圆盘5的仰视角度的立体图)所示，所述上圆盘5的中部设有与支撑轴3相适应的贯穿孔，上圆盘5可绕着支撑轴3转动。所述上圆盘5上设有上铁磁材料6，所述上铁磁材料6的底端与下铁磁材料4的顶端的极性相反，优选的，为了保证下铁磁材料、上铁磁材料的使用寿命与使用效果，所述上铁磁材料6镶嵌在上圆盘5的底部，所述下铁磁材料4镶嵌在下圆盘2的顶部。所述上圆盘5与下圆盘2之间设有若干个封闭线圈7，利用上铁磁材料6与下铁磁材料4之间的磁性能够使上圆盘5悬浮，上圆盘5与下圆盘2之间的封闭线圈7在上圆盘5转动时能够产生感应电流；上圆盘5处于悬浮状态，上圆盘5与下圆盘2之间的摩擦阻力低，风力机所需要的启动力矩小，在上圆盘5旋转过程中，由于其自身的质量可以作为动能储存装置，在风速变化时，电力输出的稳定性由于存在可储能的上圆盘5而具有较强的抗干扰性。所述基座1的顶部阵列设有若干个底座8，优选的，为了保证上圆盘5的平衡性，所述底座8的数量为三个。所述底座8的顶部竖直安装有风轮轴9，所述风轮轴9的底端插入底座8中且通过轴承与底座8转动连接，所述风轮轴9的顶部安装有风轮10，优选的，为了便于风轮10的维修与维护，所述风轮10采用直叶片型垂直轴风力机风轮。所述风轮轴9上安装有单向离合器11，单向离合器11位于底座8的上侧，所述单向离合器11上安装有齿轮12，单向离合器11安装与齿轮12的内侧，如附图4所示，所示风轮轴9插入单向离合器11的内座圈13中且通过键与内座圈13传动连接，所述单向离合器11的外座圈14位于齿轮12的安装孔中且通过键与齿轮12传动连接，所述上圆盘5上设有与齿轮盘12相啮合的齿牙。
本发明在使用时，风吹动风轮10转动，风轮10转动能够带动风轮轴9转动，风轮轴9转动时，经单向离合器11传动，能够带动齿轮12转动，齿轮12转动时能够带动上圆盘5转动，完成风轮10与上圆盘5之间的动力的单向传递；底座8、风轮轴9、风轮10、单向离合器11、齿轮12组成一组风力机，当某一风力机停机检修时，由于单向离合器11的存在，风轮10停止时不会干涉上圆盘5的转动，且上圆盘5转动的动能不会反向传递到风轮10，可以实现单个风力机的自由停车而不会造成电力的中断，可不停机维护检修，便于风力机的维护检修；此外，在上圆盘5的外侧可环形阵列安装多个风力机，一方面能够单位面积风能利用率，另一方面也能够保证上圆盘受力平衡，保证使用寿命。

Claims (4)

1.一种垂直轴复合型流体能量转换装置，其特征在于：包括基座(1)，所述基座(1)的顶部的中部设有下圆盘(2)，所述下圆盘(2)的顶部的中部设有支撑轴(3)，所述下圆盘(2)上设有下铁磁材料(4)，所述下圆盘(2)的上侧设有上圆盘(5)，所述上圆盘(5)的中部设有与支撑轴(3)相适应的贯穿孔，所述上圆盘(5)上设有上铁磁材料(6)，所述上铁磁材料(6)的底端与下铁磁材料(4)的顶端的极性相反，所述上圆盘(5)与下圆盘(2)之间设有若干个封闭线圈(7)，所述基座(1)的顶部阵列设有若干个底座(8)，所述底座(8)的顶部竖直安装有风轮轴(9)，所述风轮轴(9)与底座(8)转动连接，所述风轮轴(9)的顶部安装有风轮(10)，所述风轮轴(9)上安装有单向离合器(11)，所述单向离合器(11)上安装有齿轮(12)，所述单向离合器(11)的内座圈与风轮轴(9)连接，所述单向离合器(11)的外座圈与齿轮(12)连接，所述上圆盘(5)上设有与齿轮盘(12)相啮合的齿牙。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴复合型流体能量转换装置，其特征在于：所述底座(8)的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴复合型流体能量转换装置，其特征在于：所述上铁磁材料(6)镶嵌在上圆盘(5)的底部，所述下铁磁材料(4)镶嵌在下圆盘(2)的顶部。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴复合型流体能量转换装置，其特征在于：所述风轮(10)采用直叶片型垂直轴风力机风轮。
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