CN113931791B - 一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，属于风力发电机部件技术领域，包括垂直主轴，垂直主轴上设置有上固定连接有两个支撑轮盘，支撑轮盘外侧壁通过多个缓冲连杆组件连接有多个垂直叶片，垂直叶片上开设有多个阻风口，阻风口内壁转动连接有调控转轴，调控转轴外侧壁固定连接有浮力叶片，缓冲连杆组件上设置有叶片控制电机，叶片控制电机输出端通过联控组件与调控转轴连接。本发明利用在垂直叶片上开设有开口，并在开口内设置有能进行分别控制的浮力叶片，通过改变浮力叶片的角度，实现将垂直叶片的受力面积进行改变，从而当上下端的风力速度不同时，能合理的调整，确保作用在垂直叶片上下端的驱动力大小一致。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机部件技术领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构。
背景技术
风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品，因而在最初发展并不是很快。到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张，让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。风力发电较太阳能而言，它的成本优势明显，如何使得风力发电和建筑进行一体化设计、在建筑周围设置小型风力发电机而又不影响人的生活质量，这成为了欧美一些国家研究的焦点。垂直轴风力发电从分类来说，主要分为阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。
垂直风力发电其叶片呈竖直分布在支撑轮的四周，这使得叶片的顶端与下端存在高度差，而在自然环境中，不同高度中产生的风力速度存在差异，这使得叶片上下端在受风力作用时两者对叶片的作用力不同，这造成叶片本身会产生扭矩，当风力足够大时扭矩也会被明显放大，扭矩的存在会影响叶片的使用寿命，并且叶片产生的重力在转动过程中会时刻作用在支撑轮上，对支撑轮的转动造成摩擦，影响支撑轮的同步转动效果，为此现提出一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，其能利用在垂直叶片上开设有开口，并在开口内设置有能进行分别控制的浮力叶片，通过改变浮力叶片的角度，实现将垂直叶片的受力面积进行改变，从而当上下端的风力速度不同时，能合理的调整，确保作用在垂直叶片上下端的驱动力大小一致。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，包括垂直主轴，所述垂直主轴上设置有上固定连接有两个支撑轮盘，所述支撑轮盘外侧壁通过多个缓冲连杆组件连接有多个垂直叶片，所述垂直叶片上开设有多个阻风口，所述阻风口内壁转动连接有调控转轴，所述调控转轴外侧壁固定连接有浮力叶片，所述缓冲连杆组件上设置有叶片控制电机，所述叶片控制电机输出端通过联控组件与调控转轴连接，位于两个支撑轮盘之间的所述垂直主轴上固定连接有控制盘，所述控制盘通过同步减速组件与两侧的支撑轮盘连接；
所述同步减速组件包括开设在控制盘内的控制腔，所述控制腔内壁转动连接有转动环，所述控制盘外侧壁上固定连接有伺服控制电机，所述伺服控制电机输出端连接有控制齿轮，所述转动环外侧壁固定连接有与控制齿轮啮合连接的转动齿环，所述支撑轮盘外侧壁固定连接有呈圆台状的内减速环，所述控制盘上滑动连接有多个抵触柱，所述抵触柱端部固定连接有外减速环，所述抵触柱底部贯穿至控制腔内，并固定连接有弧形受压块，所述转动环上固定连接有与弧形受压块相对应的弧形挤压块，相对设置的两个所述垂直叶片之间通过间隙块连接，所述间隙块侧壁固定连接有L型杆，所述间隙块内开设有伸缩口，所述L型杆端部延伸至伸缩口内，并固定连接有限位块，所述限位块通过套设在L型杆上的抵触弹簧与伸缩口内壁连接。
优选地，所述缓冲连杆组件包括固定连接在支撑轮盘外侧壁上的固定块，所述固定块上固定连接有两个连接支杆，所述连接支杆端部通过缓冲件与垂直叶片端部连接。
优选地，所述缓冲件包括固定连接在垂直叶片上的U型块，所述U型块上固定连接有十字导柱，所述连接支杆端部固定连接有十字连接环，所述十字连接环套设在十字导柱上，所述十字连接环两侧通过套设在十字导柱外侧壁上的缓冲弹簧与U型块连接。
优选地，所述联控组件包括开设在竖直叶片内的竖直传动口，所述连接支杆之间固定连接有加强杆，所述叶片控制电机设置在加强杆上，所述叶片控制电机输出端贯穿至竖直传动口内，并通过锥齿轮组件连接有竖直传动轴，所述竖直传动轴两端与竖直传动口内壁通过轴承转动连接，所述调控转轴端部贯穿至竖直传动口内，并固定连接有蜗轮环，所述竖直传动轴外侧壁上设置有多个与蜗轮环啮合连接的蜗杆层。
优选地，所述浮力叶片呈弧形设置，其在竖直状态下浮力叶片的两端与阻风口内壁紧密接触，在开启状态下，所述浮力叶片会在转动过程中产生由下至上的浮力。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、本装置利用在垂直叶片上开设有开口，并在开口内设置有能进行分别控制的浮力叶片，通过改变浮力叶片的角度，实现将垂直叶片的受力面积进行改变，从而当上下端的风力速度不同时，能合理的调整，确保作用在垂直叶片上下端的驱动力大小一致。
2、将原先整体设置的垂直叶片设置为两个由间隙块进行连接的两个垂直叶片，使得两者之间产生的扭力能通过垂直叶片之间的错位进行抵消，垂直叶片产生偏转时，其角度会偏离预先设计的最大引风角度，减小上方的驱动力，避免叶片产生扭矩。
附图说明
图1为本发明提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构的立体结构示意图；
图2为本发明提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构的截面结构示意图；
图3为图2中A处的放大结构示意图；
图4为图2中B处的放大结构示意图；
图5为本发明提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构的主体结构示意图；
图6为本发明提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构中间隙块之间的结构示意图；
图7为本发明提出的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构的俯视结构示意图
图8为图7中C处的放大结构示意图；。
图中：1垂直主轴、2支撑轮盘、3垂直叶片、4调控转轴、5浮力叶片、6叶片控制电机、7控制盘、8固定块、9连接支杆、10U型块、11十字导柱、12十字连接环、13加强杆、14竖直传动轴、15蜗轮环、16转动环、17伺服控制电机、18控制齿轮、19转动齿环、20内减速环、21抵触柱、22外减速环、23弧形受压块、24间隙块、25L型杆、26限位块、27弧形挤压块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-8，一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，包括垂直主轴1，垂直主轴1上设置有上固定连接有两个支撑轮盘2，其中垂直主轴1与支撑轮盘2之间的连接关系为现有技术，在此不做详细赘述，支撑轮盘2外侧壁通过多个缓冲连杆组件连接有多个垂直叶片3，相对设置的两个垂直叶片3之间通过间隙块24连接，间隙块24侧壁固定连接有L型杆25，间隙块24内开设有伸缩口，L型杆25端部延伸至伸缩口内，并固定连接有限位块26，限位块26通过套设在L型杆25上的抵触弹簧与伸缩口内壁连接，间隙块24的作用，是将垂直设置的两个垂直叶片3之间的扭力能通过错位进行抵消，利用抵触弹簧确保回复效果。
进一步地，缓冲连杆组件包括固定连接在支撑轮盘2外侧壁上的固定块8，固定块8上固定连接有两个连接支杆9，连接支杆9端部通过缓冲件与垂直叶片3端部连接；再进一步地，缓冲件包括固定连接在垂直叶片3上的U型块10，U型块10上固定连接有十字导柱11，连接支杆9端部固定连接有十字连接环12，十字连接环12套设在十字导柱11上，十字连接环12两侧通过套设在十字导柱11外侧壁上的缓冲弹簧与U型块10连接，利用十字连接环12与十字导柱11的设置，使得连接支杆9与垂直叶片3之间能产生相对的水平移动，但不会产生转动，从而保证连接支杆9对垂直叶片3的支撑效果。
垂直叶片3上开设有多个阻风口，阻风口内壁转动连接有调控转轴4，调控转轴4外侧壁固定连接有浮力叶片5，浮力叶片5呈弧形设置，其在竖直状态下浮力叶片5的两端与阻风口内壁紧密接触，在开启状态下，浮力叶片5会在转动过程中产生由下至上的浮力，浮力的出现会对垂直叶片3的重力产生相互作用，从而减小垂直叶片3的重力，减小作用在支撑轮盘2上轴线压力，减小支撑轮盘2在转动时，的摩擦力，提高转换效率。
缓冲连杆组件上设置有叶片控制电机6，叶片控制电机6输出端通过联控组件与调控转轴4连接，进一步地，联控组件包括开设在竖直叶片内的竖直传动口，连接支杆9之间固定连接有加强杆13，叶片控制电机6设置在加强杆13上，叶片控制电机6输出端贯穿至竖直传动口内，并通过锥齿轮组件连接有竖直传动轴14，其中锥齿轮组件由两个相互啮合的锥齿轮组成，其能实现对传动力方向的改变，竖直传动轴14两端与竖直传动口内壁通过轴承转动连接，调控转轴4端部贯穿至竖直传动口内，并固定连接有蜗轮环15，竖直传动轴14外侧壁上设置有多个与蜗轮环15啮合连接的蜗杆层，利用蜗轮环15与蜗杆之间的啮合实现精确单向同步控制。
位于两个支撑轮盘2之间的垂直主轴1上固定连接有控制盘7，控制盘7通过同步减速组件与两侧的支撑轮盘2连接；进一步地，同步减速组件包括开设在控制盘7内的控制腔，控制腔内壁转动连接有转动环16，控制盘7外侧壁上固定连接有伺服控制电机17，伺服控制电机17输出端连接有控制齿轮18，转动环16外侧壁固定连接有与控制齿轮18啮合连接的转动齿环19，支撑轮盘2外侧壁固定连接有呈圆台状的内减速环20，控制盘7上滑动连接有多个抵触柱21，控制齿轮18的转动使得与之通过转动齿环19连接的转动环16进行转动，设置在转动环16上的弧形挤压块27会转动挤触与之接触的弧形受压块23进行移动，从而实现对抵触柱21连接的外减速环22进行移动，抵触柱21端部固定连接有外减速环22，抵触柱21底部贯穿至控制腔内，并固定连接有弧形受压块23，转动环16上固定连接有与弧形受压块23相对应的弧形挤压块27，利用外减速环22与内减速环20之间的摩擦实现对支撑轮盘的卸荷减速。
具体地，本发明在进行使用过程中，当外界的风力作用在垂直叶片3上，造成垂直叶片3带动缓冲连杆实现将支撑轮盘2进行转动进行发电时，此时通过感应器发现当垂直叶片3产生的风力上下端存较大差异时，此时可通过控制设置在缓冲连杆上的叶片控制电机6进行工作，设置在叶片控制电机6端部的输出端会带动锥齿轮组件实现将竖直传动轴14带动进行转动，当竖直传动轴14被带动进行转动时，会使得设置在竖直传动轴14上的蜗杆层带动与之啮合连接的蜗轮环15进行转动，蜗轮环15会带动与之连接的调控转轴4进行转动，调控转轴4在进行转动时，会使得与之连接的浮力叶片5进行转动，通过调整位于上下端垂直叶片3上的浮力叶片5转动的幅度，实现控制上下端垂直叶片3的阻风效果，即通过加强位于上方的垂直叶片3的转动角度，使得位于上方的垂直叶片3的阻风效果下降，从而减少上方较强风力作用在垂直叶片3上的作用效果从而减小上下端的垂直叶片3之间的扭力大小，确保垂直叶片3上下端的受力效果一致，保证位于支撑轮盘2上的用于驱动的垂直叶片3的同步效果；
在设计时，垂直叶片3所处的角度为最大的迎风面积，从而保证风力发电机在室外环境中的能源利用率，当位于上下端的两个垂直叶片3之间的风力大小一致时，两者之间不会存在相互作用力，当风力产生较大差异时，此时两个垂直叶片3间产生的差异力会造成垂直叶片3之间的扭力，此时设置在两者之间的间隙块24会产生作用，从而使得垂直设置的两个垂直叶片3之间的扭力能通过错位进行抵消，并且当位于上方的垂直叶片3产生偏转时，其角度会偏离预先设计的最大引风角度，从而使得位于上方的垂直叶片3的驱动风力发生改变；
当风力过大，需要通过减速装置进行对支撑轮的转动速度进行卸荷时，设置在垂直主轴1上的伺服控制电机17分别控制上下端的两个垂直叶片3，从而改变两个垂直叶片3之间的减速效果，使得受力较大的位于上方的支撑轮盘2先一步的进行减速，确保两者在卸荷减速过程中的同步，对支撑轮盘2进行有效防护，在进行减速时，通过控制齿轮18的转动使得与之通过转动齿环19连接的转动环16进行转动，设置在转动环16上的弧形挤压块27会转动挤触与之接触的弧形受压块23进行移动，在抵触柱21的作用下会带动与之连接的外减速环22向内减速环20进行移动，从而有效的实现对支撑轮盘2的减速。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，包括垂直主轴(1)，其特征在于，所述垂直主轴(1)上设置有上固定连接有两个支撑轮盘(2)，所述支撑轮盘(2)外侧壁通过多个缓冲连杆组件连接有多个垂直叶片(3)，所述垂直叶片(3)上开设有多个阻风口，所述阻风口内壁转动连接有调控转轴(4)，所述调控转轴(4)外侧壁固定连接有浮力叶片(5)，所述缓冲连杆组件上设置有叶片控制电机(6)，所述叶片控制电机(6)输出端通过联控组件与调控转轴(4)连接，位于两个支撑轮盘(2)之间的所述垂直主轴(1)上固定连接有控制盘(7)，所述控制盘(7)通过同步减速组件与两侧的支撑轮盘(2)连接；
所述同步减速组件包括开设在控制盘(7)内的控制腔，所述控制腔内壁转动连接有转动环(16)，所述控制盘(7)外侧壁上固定连接有伺服控制电机(17)，所述伺服控制电机(17)输出端连接有控制齿轮(18)，所述转动环(16)外侧壁固定连接有与控制齿轮(18)啮合连接的转动齿环(19)，所述支撑轮盘(2)外侧壁固定连接有呈圆台状的内减速环(20)，所述控制盘(7)上滑动连接有多个抵触柱(21)，所述抵触柱(21)端部固定连接有外减速环(22)，所述抵触柱(21)底部贯穿至控制腔内，并固定连接有弧形受压块(23)，所述转动环(16)上固定连接有与弧形受压块(23)相对应的弧形挤压块(27)，相对设置的两个所述垂直叶片(3)之间通过间隙块(24)连接，所述间隙块(24)侧壁固定连接有L型杆(25)，所述间隙块(24)内开设有伸缩口，所述L型杆(25)端部延伸至伸缩口内，并固定连接有限位块(26)，所述限位块(26)通过套设在L型杆(25)上的抵触弹簧与伸缩口内壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，其特征在于，所述缓冲连杆组件包括固定连接在支撑轮盘(2)外侧壁上的固定块(8)，所述固定块(8)上固定连接有两个连接支杆(9)，所述连接支杆(9)端部通过缓冲件与垂直叶片(3)端部连接。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，其特征在于，所述缓冲件包括固定连接在垂直叶片(3)上的U型块(10)，所述U型块(10)上固定连接有十字导柱(11)，所述连接支杆(9)端部固定连接有十字连接环(12)，所述十字连接环(12)套设在十字导柱(11)上，所述十字连接环(12)两侧通过套设在十字导柱(11)外侧壁上的缓冲弹簧与U型块(10)连接。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，其特征在于，所述联控组件包括开设在垂直叶片(3)内的竖直传动口，所述连接支杆(9)之间固定连接有加强杆(13)，所述叶片控制电机(6)设置在加强杆(13)上，所述叶片控制电机(6)输出端贯穿至竖直传动口内，并通过锥齿轮组件连接有竖直传动轴(14)，所述竖直传动轴(14)两端与竖直传动口内壁通过轴承转动连接，所述调控转轴(4)端部贯穿至竖直传动口内，并固定连接有蜗轮环(15)，所述竖直传动轴(14)外侧壁上设置有多个与蜗轮环(15)啮合连接的蜗杆层。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机风轮中支撑轮的同步机构，其特征在于，所述浮力叶片(5)呈弧形设置，其在竖直状态下浮力叶片(5)的两端与阻风口内壁紧密接触，在开启状态下，所述浮力叶片(5)会在转动过程中产生由下至上的浮力。
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