CN204572346U - 一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，包括沿护栏的长度方向设置的可转动的长轴，长轴上套设有至少两个蜗轮，蜗轮所在的位置设置有与蜗轮配合的蜗杆，蜗杆的远离蜗轮的一端设置有风扇；风扇包括壳体和设置在壳体内的风扇轴，风扇的一端设置有转动部，转动部包括多个风叶、内固定圈和外固定圈。转动部的设置可以具有较大的受风面积，外固定圈同时起到了对风流整流和积聚风能的作用，整体结构有效提升了风叶强度、风叶的运转平稳性，消除了叶尖效应，风能利用率高。并且本实用新型的发电装置发电较为稳定，不会损毁发电机，且制造成本较低，风能利用率较高；并具有自转向功能，适于提高发电效率。

Description

一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，具体地是涉及一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，人们正努力寻找可持续、绿色环保的能源来满足人类发展的需求，风能作为重要的绿色能源备受关注。

自然风由于风向、风速均不恒定，且相关设备代价高昂、发电效率较低，因此不能适用于普通的需求，人们开始研究如何利用人类活动过程中产生的定向风能来发电，如高速公路上机动车在行驶过程中产生的风能。

现有的用于高速公路上的风力发电装置一般均采用一个风扇带动一个发电机，如中国专利文献CN101294548A公开了一种应用于高速公路的风力发电装置及系统，其每一个风力发电机的轴均与叶片连接，这种设置方式虽然能够保证扇叶带动发电机转动，但是由于高速路上的车辆并不是连续通过，相互之间的间距不定，这样就很容易造成当机动车通过时发电机高速旋转，没有机动车通过时发电机则处于静止状态，这种忽转忽不转、忽快忽慢的发电方式由于工作不稳定，很容易造成发电机损坏，进而影响使用寿命，且制造这种发电机需要较高的成本。

并且目前的风扇多采用三风叶或多风叶等升力型风叶，其风叶叶尖呈自由状态，叶尖效应明显。风叶高速旋转时形成了近似平面，阻碍了气流通过，使风叶降低了风能利用率气流随转向四周流动，风叶后方呈现真空状态，风叶扭曲变形现象明显，破坏了发电机的稳定性。整体强度差，噪音大，并且安全性差，容易脱落造成意外事故。

因此，本实用新型的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：现有用于高速公路的风力发电设备均采用一个风扇上安装一个发电机，进而导致发电机工作不稳定，忽快忽慢容易使发电机损坏，发电效率较低，该类发电机成本较高，且风扇迎风面固定，不能自行旋转适应风力，发电效率较低，且内应力大；同时风扇采用升力型风叶，叶尖效应明显，整体强度差，噪音大，并且安全性差，容易脱落造成意外事故。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，包括沿护栏的长度方向设置的可转动的长轴，所述长轴上套设有至少两个蜗轮，相邻两个所述蜗轮之间间隔设置，所述蜗轮所在的位置设置有与所述蜗轮配合的蜗杆，所述蜗杆的远离所述蜗轮的一端设置有风扇。

所述风扇包括壳体和设置在所述壳体内的风扇轴，所述风扇的一端设置有转动部，所述转动部包括多个风叶、内固定圈和外固定圈，所述多个风叶沿圆周方向均布排列并安装于所述内固定圈和所述外固定圈上，所述内固定圈固定在所述风扇轴上，所述外固定圈为圆台状结构，沿远离所述壳体的方向所述内固定圈的横截面直径大小不变或者均匀减少，沿远离所述壳体的方向所述外固定圈的横截面直径均匀增大，所述所有风叶圆弧方向一致，所述所有风叶的叶倾角方向一致。

所述壳体的中部设置有向下延伸的支撑轴，所述支撑轴通过轴承固定在支撑套内，所述支撑轴可相对于所述支撑套做周向转动，所述支撑套的下端固定在地面或护栏上用于支撑所述风扇，所述支撑轴与所述转动部之间设置有弹性件，所述弹性件的上端固定在所述壳体上，所述弹性件的下端固定在所述支撑套或地面上，所述弹性件、所述风扇轴及所述支撑轴的轴线所共同形成的平面垂直于地面，所述风扇的转动部迎向机动车产生的气流方向设置；所述长轴上沿长度方向设置有若干个发电机，所述发电机与蓄电装置连接。

优选地，所述风叶的叶倾角为30°～60°。

优选地，所述风叶的叶倾角为40°。

优选地，所述外固定圈为中空的圆台状结构，其远壳体端的横截面直径与近壳体端的横截面直径比在1.1:1至1.5:1之间。

优选地，所述支撑套的侧面上设置有用于防止所述风扇过度转向的转向限位装置，所述转向限位装置为设置在所述支撑套两侧的限位板，所述限位板的下端固定在所述支撑套的侧壁上，所述限位板的上端延伸至所述风扇前端或后端的两侧，两个所述限位板之间的距离适于所述风扇轴在水平面内转向正负30度的角度。

优选地，所述限位板的顶端与所述风扇的壳体之间设置有缓冲件，所述缓冲件的一端固定在所述限位板的上端，所述缓冲件的另一端固定在所述风扇的壳体上。

优选地，所述长轴的长度为10-70米，相邻两个蜗轮之间的距离为0.5-1米。

优选地，所述缓冲件为螺旋形的弹簧，所述弹簧与所述风扇的壳体连接的一端靠近所述转动部设置。

优选地，相邻两个所述蜗杆的延伸方向相反，其中一个所述蜗杆竖直向上设置，另一个所述蜗杆竖直向下设置。

优选地，所述弹性件为螺旋形的弹簧或弹力绳。

采用上述技术方案，本实用新型至少包括如下有益效果：

1.本实用新型所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其转动部的设置可以具有较大的受风面积，所述外固定圈同时起到了对风流整流和积聚风能的作用，整体结构有效提升了风叶强度、风叶的运转平稳性，消除了叶尖效应，结构简单，风能利用率高。所述风叶通过所述内固定圈和所述外固定圈紧固，使得所述转动部的整体抗弯曲、阻扰性能好，相对于大流体风能能量，不易折断，推力均匀，旋转效果好，由于叶尖包裹固定，没有划流效应，相对噪音小，有一定的稳定性和使用寿命。

2.本实用新型所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，长轴上设置有多个风扇，多个风扇转动时共同带动一根长轴转动，一根长轴转动即可带动多个安装在其上的发电机进行发电，进而将产生的电能存储在蓄电装置中，由于多个风扇共同作用在一根长轴上，每一个风扇的转速作用在长轴上后会相互制衡，进而保证长轴的转速不会过快也不会过慢，进而保证发电机的工作较为平稳，不会出现转速忽大忽小的情况而损坏发电机；且在多个风扇的驱动作用下，每一根长轴具有较大的扭力，可带动更高功率的发电机进行发电，进而提高高速公路上的风能的利用率。

3.本实用新型所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，无需设置相应的用于防止发电机过快转动而损坏的保护设备，因此造价更低。其风扇能够根据风力的大小而自行调整迎风方向，降低风扇壳体及支撑轴的周向扭力和内应力，延长使用寿命，并能优化转动部的迎风角度，提高发电效率。

附图说明

图1为本实用新型所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置的俯视示意图(转动部为示意结构，略去长轴)；

图3为本实用新型蜗轮与蜗杆、长轴配合的结构示意图；

图4为本实用新型所述转动部的结构图；

图5为本实用新型所述风叶的结构示意图；

图6是本实用新型风扇的另一种安装方式的结构示意图。

其中：1.长轴，2.护栏,3.蜗轮,4.蜗杆，5.风扇，50.壳体，51.风扇轴，52.转动部，521.风叶，522.内固定圈，523.外固定圈，6.支撑轴,7.支撑套，8.弹性件，9.发电机，10.蓄电装置，11.限位板，12.缓冲件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图6所示，为符合本实用新型的一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，包括沿护栏2的长度方向设置的可转动的长轴1，所述长轴1上套设有至少两个蜗轮3，相邻两个所述蜗轮3之间间隔设置，所述蜗轮3所在的位置设置有与所述蜗轮3配合的蜗杆4，所述蜗杆4的远离所述蜗轮3的一端设置有风扇5。

所述风扇5包括壳体50和设置在所述壳体50内的风扇轴51，所述风扇5的一端设置有转动部52，所述转动部52包括多个风叶521、内固定圈522和外固定圈523，所述多个风叶521沿圆周方向均布排列并安装于所述内固定圈522和所述外固定圈523上，所述内固定圈522固定在所述风扇轴51上，所述外固定圈523为圆台状结构，沿远离所述壳体50的方向所述内固定圈522的横截面直径大小不变或者均匀减少，沿远离所述壳体50的方向所述外固定圈523的横截面直径均匀增大，所述所有风叶521圆弧方向一致，所述所有风叶521的叶倾角方向一致。所述转动部52的设置可以具有较大的受风面积，所述外固定圈523同时起到了对风流整流和积聚风能的作用，整体结构有效提升了风叶521强度、风叶521的运转平稳性，消除了叶尖效应，结构简单，风能利用率高。所述风叶521通过所述内固定圈522和所述外固定圈523紧固，使得所述转动部52的整体抗弯曲、阻扰性能好，相对于大流体风能能量，不易折断，推力均匀，旋转效果好，由于叶尖包裹固定，没有划流效应，相对噪音小，有一定的稳定性和使用寿命。

所述壳体50的中部设置有向下延伸的支撑轴6，所述支撑轴6通过轴承固定在支撑套7内，所述支撑轴6可相对于所述支撑套7做周向转动，所述支撑套7的下端固定在地面或护栏2上用于支撑所述风扇5，所述支撑轴6与所述转动部52之间设置有弹性件8，所述弹性件8的上端固定在所述壳体50上，所述弹性件8的下端固定在所述支撑套7或地面上，所述弹性件8、所述风扇轴51及所述支撑轴6的轴线所共同形成的平面垂直于地面，所述风扇5的转动部52迎向机动车产生的气流方向设置(图1中的箭头方向为机动车行驶方向)；所述长轴1上沿长度方向设置有若干个发电机9，所述发电机9与蓄电装置10连接。

由于本实用新型的长轴1上设置有多个风扇5，多个风扇5转动时共同带动一根长轴1转动，一根长轴1转动即可带动多个安装在其上的发电机9进行发电，进而将产生的电能存储在蓄电装置10中，由于多个风扇5共同作用在一根长轴1上，每一个风扇5的转速作用在长轴1上后会相互制衡，进而保证长轴1的转速不会过快也不会过慢，保证发电机9的工作较为平稳，不会出现转速忽大忽小的情况而损坏发电机9；且在多个风扇5的驱动作用下，每一根长轴1具有较大的扭力，可带动更高功率的发电机9进行发电，进而提高高速公路上的风能的利用率。由于风扇5通过支撑轴6固定在支撑套7内，整个风扇5可以支撑轴6为轴心周向转动，当机动车行驶过程中产生的风力过大时，风扇5可绕轴转动一定角度，进而缓冲风力对整个风扇5产生的扭力作用，降低支撑轴6、支撑套7及壳体50的内部应力，进而延长风力发电装置的寿命；而通过设置弹性件8，并将弹性件8、风扇轴51及支撑轴6的轴线所共同形成的平面垂直于地面，则只有当风扇5处于预设的迎向机动车开来的方向时，弹性件8的延伸长度最短，风扇5在风力的作用下无论是向左还是向右转动均会带动风扇5转向，进而使弹性件8的延伸长度被拉伸，弹性件8的弹力变大，以克服过大的风力，并使风扇5的扇叶恰当地对准风力方向，提高发电效率，一旦风力作用在风扇5上的周向扭力小于弹性件8施加在风扇5上的扭力时，风扇5恢复至原始位置，因此本实用新型的风力发电装置其风扇5能够根据风力的大小而自行调整迎风方向，降低风扇5壳体50及支撑轴6的周向扭力和内应力，延长使用寿命，并能优化扇叶的迎风角度，提高发电效率。

优选地，所述风叶521的叶倾角为30°～60°。更为优选地，所述风叶521的叶倾角为40°。所周知，所述叶倾角为叶片腹面的法线与天顶轴的夹角。本实施例所述风叶521采用大圆弧、大角度形状，增加了受风面积，提高了排风能力，消除了气流积聚，由于气流流动通畅，风叶521后方气压相对稳定，提高了整体平稳性。通过合理的设置所述内固定圈522和所述外固定圈523的结构和风叶521的叶倾角可以更大限度的提高了整体平稳性，提高了风能利用率。

优选地，所述外固定圈523为中空的圆台状结构，其远壳体50端的横截面直径与近壳体50端的横截面直径比在1.1:1至1.5:1之间。经过试验验证，所述内固定圈522和所述外固定圈523的结构设置可以增加受风面积，提高排风能力。

优选地，所述支撑套7的侧面上设置有用于防止所述风扇5过度转向的转向限位装置，所述转向限位装置为设置在所述支撑套7两侧的限位板11，所述限位板11的下端固定在所述支撑套7的侧壁上，所述限位板11的上端延伸至所述风扇5前端或后端的两侧，两个所述限位板11之间的距离适于所述风扇轴51在水平面内转向正负30度的角度(以所述风扇轴51初始位置为中心左右摆动)，以提高转动部52的迎风面积，并防止过度转向，提高发电效率。

优选地，所述限位板11的顶端与所述风扇5的壳体50之间设置有缓冲件12，所述缓冲件12的一端固定在所述限位板11的上端，所述缓冲件12的另一端固定在所述风扇5的壳体50上。当风扇5在转向的过程中，除了弹性件8对风扇5施加一个阻碍其转向的作用力外，两个缓冲件12在两侧对壳体50形成推拉作用，进而进一步降低过大的风力对风力转向的驱动作用，有利于提高发电的稳定性。

优选地，所述长轴1的长度为10-70米，相邻两个蜗轮3之间的距离为0.5-1米。这种设计方式可以保证前后相邻的两辆机动车在先后经过同一个根长轴1时，均能对长轴1上的风扇5起到驱动的作用，也即前一辆车即将超过其中一根长轴1的前端时，后一辆车可基本能够移动到同一个长轴1的尾端(即使前一辆机动车已超过长轴1的前端，而后一辆机动车还没有移动到该长轴1的尾端，那么前一辆车在行驶过程中施加在该长轴1上的作用力会使长轴1在惯性的作用下继续保持转一段时间，其转速逐渐降低，后一辆车到来时则继续驱动该长轴1加速转动)，进而保证每一个长轴1转动的连续性和发电机9工作的稳定性，提高风能的利用率。

优选地，所述缓冲件12为螺旋形的弹簧，所述弹簧与所述风扇5的壳体50连接的一端靠近所述转动部52设置。

在其它实施例中，相邻两个所述蜗杆4的延伸方向相反，其中一个所述蜗杆4竖直向上设置，另一个所述蜗杆4竖直向下设置。这种设置方式可以使风扇5不仅能够受到高于长轴1部分的风力作用，同时还能够受到低于长轴1部分的风力作用，也即能够适用于不同高度的机动车所产生的风，进而提高风能利用率，提高发电量。

优选地，所述弹性件8为螺旋形的弹簧或弹力绳。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的任何等同变化，均应仍处于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于，包括沿护栏的长度方向设置的可转动的长轴，所述长轴上套设有至少两个蜗轮，相邻两个所述蜗轮之间间隔设置，所述蜗轮所在的位置设置有与所述蜗轮配合的蜗杆，所述蜗杆的远离所述蜗轮的一端设置有风扇；

所述风扇包括壳体和设置在所述壳体内的风扇轴，所述风扇的一端设置有转动部，所述转动部包括多个风叶、内固定圈和外固定圈，所述多个风叶沿圆周方向均布排列并安装于所述内固定圈和所述外固定圈上，所述内固定圈固定在所述风扇轴上，所述外固定圈为圆台状结构，沿远离所述壳体的方向所述内固定圈的横截面直径大小不变或者均匀减少，沿远离所述壳体的方向所述外固定圈的横截面直径均匀增大，所述所有风叶圆弧方向一致，所述所有风叶的叶倾角方向一致；

所述壳体的中部设置有向下延伸的支撑轴，所述支撑轴通过轴承固定在支撑套内，所述支撑轴可相对于所述支撑套做周向转动，所述支撑套的下端固定在地面或护栏上用于支撑所述风扇，所述支撑轴与所述转动部之间设置有弹性件，所述弹性件的上端固定在所述壳体上，所述弹性件的下端固定在所述支撑套或地面上，所述弹性件、所述风扇轴及所述支撑轴的轴线所共同形成的平面垂直于地面，所述风扇的转动部迎向机动车产生的气流方向设置；所述长轴上沿长度方向设置有若干个发电机，所述发电机与蓄电装置连接。

2.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述风叶的叶倾角为30°～60°。

3.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述风叶的叶倾角为40°。

4.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述外固定圈为中空的圆台状结构，其远壳体端的横截面直径与近壳体端的横截面直径比在1.1:1至1.5:1之间。

5.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述支撑套的侧面上设置有用于防止所述风扇过度转向的转向限位装置，所述转向限位装置为设置在所述支撑套两侧的限位板，所述限位板的下端固定在所述支撑套的侧壁上，所述限位板的上端延伸至所述风扇前端或后端的两侧，两个所述限位板之间的距离适于所述风扇轴在水平面内转向正负30度的角度。

6.如权利要求5所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述限位板的顶端与所述风扇的壳体之间设置有缓冲件，所述缓冲件的一端固定在所述限位板的上端，所述缓冲件的另一端固定在所述风扇的壳体上。

7.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述长轴的长度为10-70米，相邻两个蜗轮之间的距离为0.5-1米。

8.如权利要求6所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述缓冲件为螺旋形的弹簧，所述弹簧与所述风扇的壳体连接的一端靠近所述转动部设置。

9.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：相邻两个所述蜗杆的延伸方向相反，其中一个所述蜗杆竖直向上设置，另一个所述蜗杆竖直向下设置。

10.如权利要求1所述的用于高速公路上的同轴轮式风力发电装置，其特征在于：所述弹性件为螺旋形的弹簧或弹力绳。