CN2883718Y - 竖轴行星式风力发动机 - Google Patents

Abstract

竖轴行星式风力发动机，在竖直的主旋转支承结构的径向圆周上对称设置有至少两个作不同方向延伸可绕其旋转的支承臂架结构，其上分别设置有各自独立的风帆叶片单元，风帆叶片单元中有可绕沿其中部对称轴设置的旋转轴转动的风帆式叶片，主旋转支承结构经传动结构输出动力。其中在各风帆式叶片的旋转轴上分别配置有控制对应风帆式叶片旋转的独立的自转控制装置及相应的风舵机构。该风力发动机能有效防止和避免传统以“公转”中心轴上的共用控制动力机构经链条等传动而带动所有行星叶片“自转”的结构形式易导致由于支撑臂架变形而使传动受阻、卡死或磨损过快而失效等故障问题。

Description

竖轴行星式风力发动机

技术领域

本实用新型涉及的是一种改进结构形式的竖轴式的行星活动叶片式风力发动机。

背景技术

目前的风力发动机可分为采用水平轴螺旋桨式叶片的升力型，和采用竖轴风帆式叶片的阻力型两大类。其中水平轴螺旋桨式叶片的升力型风力发动机技术已较为成熟，和被广泛使用。但由于其叶片与水平轴间是悬臂梁式结构，承载强度受到限制，并且其运行时叶片上各点的线速度是成倍变化的。由于风力发动机的总效率主要取决于叶片的面积及其转换效率，而叶片的效率又取决于叶片面与风向的相对角度，因此，使对悬臂支承式的螺旋桨叶片结构在这两方面得到兼顾并达到最好是极难解决的。

竖轴风帆式叶片的阻力型风力发动机的转动力矩大，设备和维修要求均较为简单，并且能提供出较大的输出功率，中国专利公开号CN87101493、CN1046373A、CN1044326A、CN1502011A、CN1605749A、CN1294261A、CN1603615A及公告号CN2307922Y等文献中都曾对其基本结构及相关内容有所报道，其中在各径向延伸的支承臂架上以水平状或垂直状设置的既可绕竖轴“公转”又同时以适当速率进行“自转”的风帆式叶片组可以有一组或并列多组等不同的设计形式。对风帆式叶片“自转”轴的设置，有偏于风帆叶片一侧边缘部的侧轴式，或位于风帆叶片轴对称部位的中轴式等不同形式。

在竖轴风帆式叶片的阻力型风力发动机中，为解决和适应风帆式叶片作水平“公转”时其所处位置的不断变化以随时调整和改变其迎风角度，以便其始终能获得最大的切向推力，通过相应的驱动或传动机构使各风帆叶片在作“公转”运动的同时还要绕其对称或不对称部位处的转轴进行“自转”运动是必需的。例如，上述CN87101493、CN1603615A和CN2307922Y等文献中为驱动各风帆叶片“自转”的方式，是采用通过具有适当速比的齿轮-链条、或伞形齿轮等形式的传动机构，由设置在“公转”轴上的主动旋转太阳轮带动设置在各风帆式叶片的“自转”行星轴上的行星轮实现的。由于其共同的驱动力均为设置在“公转”中心轴上的太阳轮，因此其通过链条传动而同时带动不同方向支承臂架位上的各行星轮“自转”时必须保持严格的比例关系，并且还要满足齿轮传动所必需的严格配合间隙。此外，为增大叶片面积和/或增加风帆叶片组单元的数量，实际运行中由中心轴向外伸展的支撑臂架一般均较长。一方面由于链条等传动方式的距离是有限的，另一方面由于过长延伸的支撑臂架也易发生变形而导致传动受阻、卡死或磨损过快而失效等故障，且故障的发生率将随其外伸支撑臂架的长度和数量的增多而增高。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型将提供一种改进结构的竖轴行星式风力发动机，以解决上述的问题。

本实用新型竖轴行星式风力发动机，基本结构同样是在其竖直的主旋转支承结构的径向圆周上以间距90°、120°或180°等常见的对称方式设置有至少两个作不同方向延伸而可绕其旋转(公转)的支承臂架结构，其上分别设置有各自独立的风帆叶片单元，风帆叶片单元中有可绕沿其中部对称轴设置的旋转轴转动(自转)的风帆式叶片，该主旋转支承结构经适当的传动结构将转动力矩输出。其中，各风帆式叶片的行星旋转轴为竖直设置形式，并且在各自的旋转轴上分别都配置有用于控制其对应风帆式叶片旋转的独立的自转控制装置及相应的风舵机构。

在上述的风力发动机结构中，由于各风帆式叶片单元中的风帆叶片、叶片自转控制装置及风舵在行星旋转轴上形成了联动结构体，当风帆叶片在风力推动下带动支承臂架绕主旋转支承结构“公转”时，因风舵的指向并不会改变而始终保持为来风的方向，因此其所指的方向与其所在的支承臂架径向所在方向的夹角也即在实时作同步的相应变化。据此，通过采用能实现自转/公转转速比为1/2的行星齿轮系等常用结构形式的独立自转控制装置，就可以带动其所在的对应风帆式叶片单元的叶片实现在绕主旋转支承结构“公转”的同时，完成相应速率的“自转”。

在上述结构形式的竖轴行星式风力发动机中，所说的各风帆式叶片单元中的风帆式叶片，可以为柔性材料或刚性材料形式的能折叠收放式的结构，也可以采用为固定形式的板式结构，在板式结构中特别优选的是平板式的结构，以使其相背的两侧平面在一个“公转”周期内能以同样的方式在风力推动下交替工作，有利于提高输出效率。

为提高所说的风帆式叶片的强度和使用寿命，特别是在采用增大面积形式的叶片时，还可以根据需要在所说的风帆式叶片上设置如网架等适当形式的叶片加固结构。

在上述的风力发动机中，各风帆式叶片的行星旋转轴上可以按目前已有报道和使用的方式设置有适当的风压离合等结构形式的超风速保护及停机装置和风向标结构单元。

如上述，使设置在各支承臂架上的不同风帆式叶片的迎风面角度通过作适当速度的相应“自转”变化调整以便始终获得最佳的风向推动力，是维持其正常运行所必需的。采用本实用新型的上述结构后，通过在各风帆式叶片的旋转轴上分别配置的驱动其“自转”的独立控制装置，即可使各行星旋转轴及其所连接的风帆叶片的“自转”能独立进行而不受其它结构部件的影响和干扰，从而有效克服了各风帆叶片的“自转”动作易受支撑臂架在风速、以及包括如制造、安装、温度、撞击等环境因素影响引起的构件变形所导致运行受阻的故障问题。

在各风帆叶片单元的“自转”可独立进行而不受支承臂架结构的影响的基础上，即可进一步有利于方便实现为增大输出功率而采用的包括增大叶片面积，或是增加风帆式叶片组的设置数量等方式措施。例如，在采用增加风帆式叶片组的设置数量的措施时，可以使支承臂架结构采用沿主旋转支承结构的轴向上下设置为两组或多组，和/或使所说的带有风帆式叶片的旋转轴采用为在同一支承臂架结构上并列设置的两组或更多组等设计形式。

在本实用新型上述结构基础上采用增加支承臂架和/或风帆叶片单元数量等可增大输出功率的设计时，对风力发动机中传统形式的竖直主旋转支承轴形式的结构作适当的增强性改进也更加方便可行。一种可供参考的增强改进方式是使所说该主旋转支承结构采用为环状的旋转支承架的形式，并使其底部经承重底轮以及顶触式滚轮等适当形式的径向定位、限位结构配合于支承基面上，以使其能保持稳定的旋转运动。转动力矩的动力输出则可通过如设置在其与支承基座部位间的齿轮-齿圈等相应传动机构实现。

在上述的竖轴行星式风力发动机中，还可以按目前已有报道或使用的方式，在相邻的支承臂架结构间设置有相互连接的加强结构，和/或在所说的主旋转支承结构与支承臂架结构间设置有相互连接的加强结构。

以下通过由附图所示实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。

附图说明

图1是本实用新型竖轴行星式风力发动机的一种结构原理示意图。

图2是本实用新型竖轴行星式风力发动机的一种多组风帆叶片结构设计原理的示意图。

图3是竖直主旋转支承结构采用为旋转支承架结构时的一种结构原理示意图。

图4是竖直主旋转支承结构采用为旋转支承架结构时的另一种结构原理示意图。

具体实施方式

图1所示的是本实用新型竖轴行星式风力发动机的一种结构原理形式。在竖直的主旋转支承轴7的径向圆周上对称设置有两个或多个作不同方向延伸并可绕其作“公转”式旋转的支承臂架6，其上经各独立的轴对称式竖直设立的行星旋转轴5分别设置有风帆式叶片结构单元。各叶片结构单元中均有一平板式的风帆叶片4，各风帆叶片4均与沿其中部对称轴设置的行星旋转轴5固连而能随轴转动。在各行星旋转轴5的顶部同时还连接有与其成联动体结构形式的用于独立控制其所连接各风帆叶片4进行“自转”的行星齿轮系控制装置3及相应的风舵机构1和超风速保护及停机装置2。主旋转支承轴7被支承在基架8上，主旋转支承轴7经底部的相应传动结构9输出动力。

图2所示的是在上述结构基础上以增大输出功率的一种设计形式。该竖轴行星式风力发动机的支承臂架结构6为在相同径向延伸方向上沿主旋转支承结构7的轴向设置的上、下相邻两组，从而在同一行星旋转轴5上实现设置有上、下两层方式风帆叶片4，并由设置在该行星旋转轴5顶部的同一自转控制装置3、风舵机构1和超风速保护及停机装置2对其自转进行独立控制。为提高各风帆式叶片4的强度，在各风帆式叶片4的两侧平面方向分别还设置有相应的网架式的叶片增强结构16。

除上述形式外，在作为增大输出力矩的其它设计形式中，还可以采用在该同一支承臂架结构6上以并列方式布置有两组或更多组上述形式的行星式风帆叶片单元。这一设计形式既可以单独采用，也可以与图2设计形式联合采用。

为提高支承臂架结构6抵御变形的强度和运行的稳定性，在各相邻的支承臂架结构6间还可以设置有相互连接的加强结构11；在主旋转支承结构7与支承臂架结构6间也可以设置有相互连接的加强结构12。

图3和图4分别为使该竖直主旋转支承结构为支承架时的结构形式。其基本结构都是使主旋转支承结构7采用为可旋转的环状形式支承架，其环状支承架的底部经若干承重底轮14配合于支承基面10上，并均通过适当的径向顶触限位滚轮13使其能保证作旋转运动时的稳定性，用于输出动力的传动结构9均为与设置于支承基面10或支承基座间的相应齿轮-齿圈结构15。图3和图4所示结构的差别在于其径向限位滚轮13的方式不同。图3中该径向限位滚轮13是通过与环状旋转支承架的旋转外周面的顶触而实现对支承架的定位和限位，图4则是通过与旋转支承架的旋转内周面的顶触而实现对支承架的定位和限位。所说的该环状支承架的直径大小，可以根据对输出功率的需要进行设计，既可以实现超大功率的风动力输出，也使风力发动机的设计能更加灵活方便，满足不同需要。

Claims (10)

1.竖轴行星式风力发动机，在竖直的主旋转支承结构(7)的径向圆周上对称设置有至少两个作不同方向延伸可绕其旋转的支承臂架结构(6)，其上分别设置有各自独立的风帆叶片单元，风帆叶片单元中有可绕沿其中部对称轴设置的旋转轴(5)转动的风帆式叶片(4)，主旋转支承结构(7)经传动结构(9)输出动力，其特征是在各风帆式叶片(4)的旋转轴(5)上分别配置有控制对应风帆式叶片(4)旋转的独立的自转控制装置(3)及相应的风舵机构(1)。

2.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在所说的风帆式叶片(4)为板式结构。

3.如权利要求2所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在所说的风帆式叶片(4)为平板结构。

4.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在所说的风帆式叶片(4)上设置有叶片加固结构(16)。

5.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在所说的各风帆式叶片(4)的旋转轴(5)上分别还连接有超风速保护及停机装置(2)。

6.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是所说的支承臂架结构(6)沿主旋转支承结构(7)的轴向至少设置有上下两组。

7.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在所说的带有风帆式叶片(4)的旋转轴(5)在同一支承臂架结构(6)上并列设置有至少两组。

8.如权利要求1所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是所说的主旋转支承结构(7)为环状的旋转支承架结构，其底部经径向限位机构(13)和承重底轮(14)配合于支承基面(10)上，输出动力的传动结构(9)为其与设置于支承基座部位(10)间的齿轮-齿圈结构(15)。

9.如权利要求6所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是对所说环状的旋转支承架式主旋转支承结构(7)的径向限位机构(13)为顶触式滚轮结构。

10.如权利要求1至7之一所述的竖轴行星式风力发动机，其特征是在相邻的支承臂架结构(6)间设置有相互连接的加强结构(11)，或者在所说的主旋转支承结构(7)与支承臂架结构(6)间设置有相互连接的加强结构(12)。

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