一种多层级竖直轴风车的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种多层级竖直轴风机，由主体部分和风叶转向控制系统组成，主体部分包括基座（1）、平面滚针轴承（2）、托臂（3）、风叶（4）、中心轴（5）、斜拉杆（7）、避雷机构（8）、传动轴（20）及增速传动箱（22）；风叶转向控制系统主要有齿轮控制箱（9）、控制传递轴A（6）、控制传递轴B（21）、风速风向感应系统、风向对准调整系统（11）；基座（1）固定在地基上，平面滚针轴承（2）位于基座（1）上并与下托臂相连，风叶（4）和托臂（3）相连，下托臂与齿轮控制箱（9）连接，齿轮控制箱（9）位于中心轴（5）下部，中心轴（5）的顶部有避雷机构（8），齿轮控制箱（9）下部连接传动轴（20），传动轴（20）与增速传动箱（22）连接，增速传动箱（22）连接动力输出轴（10）；具有结构简单稳固，维修方便，传动可靠稳定。
【专利说明】—种多层级竖直轴风车
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电领域，尤其是一种风力用多层级竖直轴风车。
【背景技术】
[0002]目前市场上应用的风力发电风车大都采用水平轴三叶式，而此种水平轴三叶式风车存在一定的结构设计缺陷。水平轴叶片呈放射状，单端固定在轴的等角点上。在旋转时，叶片的旋转方向与风向呈90 °，只有少部分风力推动风车叶片转动，做了有用功，大部分的风力是正推力，直接作用在风车支撑轴上，构成了安全隐患。一旦遇到强风，风车支撑轴基部受到很大的杠杆推力，这样很容易被风摧垮。
[0003]大型水平轴三叶风车，叶片长度可达4(T60m，风的瞬时速度相等，叶片两端的线速度相差很大，造成叶片的接风面受力极不均衡，从而制约了风车的能量转换效率。由于上述结构的制约，虽然风车的叶片很长，但其整体的受风面不足扫风面的10%，转换效率不足30%，扫风面的能源利用率小于3%，扫风面内97%以上的风能不能被利用。
[0004]大型水平轴三叶式风车的叶片对制造工艺要求很高，没有相当实力的工厂很难生产。由于都是大型整件，运输和安装过程极为不便，且发电系统都在上部，维修十分不便。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提出了一种竖直轴旋转叶片风车，其具有结构简单稳固，维修方便，传动可靠稳定。
[0006]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:该风车由主体部分和风叶转向控制系统组成；主体部分包括基座1、平面滚针轴承2、托臂3、风叶4、中心轴5、斜拉杆7、避雷机构
8、传动轴20及增速传动箱22 ;风叶转向控制系统主要有齿轮控制箱9、控制传递轴A6、控制传递轴B21、风速风向感应系统、风向对准调整系统11 ;基座I固定在地基上，平面滚针轴承2位于基座I上并与下托臂相连，风叶和托臂3相连，下托臂与齿轮控制箱9连接，齿轮控制箱9位于中心轴5下部，中心轴5的顶部有避雷机构8，齿轮控制箱9下部连接传动轴20，传动轴20与增速传动箱22连接，增速传动箱22连接动力输出轴10，如附图1所示。
[0007]所述的托臂3由下托臂和上托臂组成，下托臂为空心，内部有控制传递轴。
[0008]所述的风叶4由边框和挡风面组成；挡风面为质地轻的柔性材料,且挡风面通过升降机构可以在边框上滑动和固定，升降机构连接有控制电路。
[0009]所述的齿轮控制箱由中心齿轮12、中间齿轮13、副齿轮14、拨叉离合器23、弹簧组成，如附图3所示；中间齿轮13与副齿轮14为双层联动齿轮组，中间齿轮13由中间齿轮A15和中间齿轮B16组成，副齿轮14由副齿轮A17和副齿轮B18组成，副齿轮A17为圆锥齿轮。
[0010]所述的中心齿轮12与中间齿轮A15啮合，中间齿轮B16与副齿轮B18啮合，副齿轮A17与控制传递轴A6连接的圆锥齿轮19啮合，如附图4所示。
[0011]所述的拨叉离合器23可以拨动中间齿轮13，使其与中心齿轮12和副齿轮14离合，调整风叶4的角度。
[0012]所述的风速风向感应系统包括风向传感器、风速传感器及控制芯片，将采集的风向风速数据传递给风向对准调整系统11;当风向不发生改变时，风向对准调整系统11将与中心齿轮12连接的控制传递轴B21锁死；当风向发生改变时，风向对准调整系统11通过转动控制传递轴B21使中心齿轮12转动，并通过带动中间齿轮13、副齿轮14，控制传递轴A6转动，最终调整风叶4角度。
[0013]所述的风速风向感应系统可以通过控制电路控制与风叶连接的升降机构，当传感器检测到风级过大可能威胁到风机的稳定时，同调用控制电路使升降机构落下；当风级下降到安全数值，则通过控制电路使升降机构升起。
[0014]本发明的有益效果是:
1.每层托臂均通过斜拉杆与中心轴连接，结构更稳定；中心轴通过平面滚针轴承与基座相连，提闻了中心轴的稳定性；
2.整个风机主要部件位于风车下部，方便维护和维修；
3.通过齿轮传动，将风叶的公转转化为公转和自传，风叶绕中心轴公转将风能转化为机械能，风叶自转使风叶以最佳角度对风，取得最大的风能转化效率；由于该转换过程中均采用齿轮传动，稳定性和可靠性更高，且齿轮位于齿轮箱中，封闭性好，持久耐用；
4.安全性高，迎风面通过控制电路进行调节，防止风级过大将风机摧毁。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1本发明的结构示意图；
图2本发明的俯视图；
图3齿轮控制箱的结构示意图；
图4图3的A-A剖面图；
图中1.基座，2.平面滚针轴承，3.托臂，4.风叶，5.中心轴，6.控制传递轴A，7.斜拉杆，8.避雷机构，9.齿轮控制箱，10.动力输出轴，11.风向对准调整系统，12.中心齿轮，13.中间齿轮，14.副齿轮，15.中间齿轮A，16.中间齿轮B，17.副齿轮B，18.副齿轮A，19.圆锥齿轮，20.传动轴，21.控制传递轴B，22.增速传动箱，23.拨叉离合器，24.弹簧。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步的说明:风车由主体部分和风叶转向控制系统组成；主体部分包括基座1、平面滚针轴承2、托臂3、风叶4、中心轴5、斜拉杆7、避雷机构8、传动轴20及增速传动箱22 ;风叶转向控制系统主要有齿轮控制箱9、控制传递轴A6、控制传递轴B21、风速风向感应系统、风向对准调整系统11 ;基座I固定在地基上，平面滚针轴承2位于基座I上并与下托臂相连，风叶和托臂3相连，下托臂与齿轮控制箱9连接，齿轮控制箱9位于中心轴5下部，中心轴5的顶部有避雷机构8，齿轮控制箱9下部连接传动轴20，传动轴20与增速传动箱22连接，增速传动箱22连接动力输出轴10，如附图1所示。
[0017]下面结合具体实施例对本发明进一步说明，如附图1所示，当风车的风叶的层数可以为两层，每一个托臂3都与中心轴5连接，并通过斜拉杆7强固，使整体更牢固。
[0018]当风车由于风的吹动启动后，风速风向感应系统将采集到的风速风向信息传递给风向对准调整系统11，风向对准调整系统11通过转动控制传递轴B21控制中心齿12轮转动，让风叶4以最佳角度迎风，即其中一组风叶与风向垂直，与此组风叶关于中心轴对称的另一组风叶与风向平行，其余另外两组风叶相互垂直，且与风向呈45°角，如图2所示。此时，风向对准调整系统11将控制传递轴B21锁定。风吹动风叶4绕中心轴5公转，由于中心齿轮12此时已经固定，中心齿轮会迫使中间齿轮A15及中间齿轮B16转动，进而带动副齿轮A18及副齿轮B17转动，从而与副齿轮A18啮合的圆锥齿轮19转动，最终通过控制传递轴A6迫使风叶4自转。由于齿轮比的设定，将风叶的公转与自转的比设定为2: 1，即风叶每公转360°其自转180°。当风向发生变化时，速风向感应系统将采集到的风速风向信息传递给风向对准调整系统11，风向对准调整系统11通过转动控制传递轴B21控制中心齿轮12转动，让风叶4以最佳角度迎风后，并将控制传递轴B21锁定。
[0019]由于风吹动风叶4发生公转，带动传动轴20转动，传动轴20连接增速传动箱22，提高转动速度，进而从动力输出轴10输出，将风能转化为机械能。动力输出轴10可以与发电机相连，将机械能转化为电能，也可以用于风力提水。
[0020]风速风向感应系统可以通过控制电路控制与风叶连接的升降机构，当传感器检测到风级过大可能威胁到风机的稳定时，同调用控制电路使升降机构落下；当风级下降到安全数值，则通过控制电路使升降机构升起。
[0021]齿轮控制箱9上拨叉离合器23可以拨动中间齿轮13，使其与中心齿轮12和副齿轮14离合，调整风叶4的角度。
[0022]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种多层级竖直轴风机，由主体部分和风叶转向控制系统组成，其特征是:主体部分包括基座(I)、平面滚针轴承(2)、托臂(3)、风叶(4)、中心轴(5)、斜拉杆(7)、避雷机构(8)、传动轴(20)及增速传动箱(22);风叶转向控制系统主要有齿轮控制箱(9)、控制传递轴A (6)、控制传递轴B (21)、风速风向感应系统、风向对准调整系统(11);基座(I)固定在地基上，平面滚针轴承(2)位于基座(I)上并与下托臂相连，风叶(4)和托臂(3)相连，下托臂与齿轮控制箱(9)连接，齿轮控制箱(9)位于中心轴(5)下部，中心轴(5)的顶部有避雷机构(8 )，齿轮控制箱(9 )下部连接传动轴(20 )，传动轴(20 )与增速传动箱(22 )连接，增速传动箱(22)连接动力输出轴(10)。
2.根据权利要求1所述的托臂(3)，其特征是:由下托臂和上托臂组成，下托臂为空心，内部有控制传递轴A (6)。
3.根据权利要求1所述的风叶(4)，其特征是:风叶(4)由边框和挡风面组成；挡风面为质地轻的柔性材料，且挡风面通过升降机构可以在边框上滑动和固定，升降机构连接有控制电路。
4.根据权利要求1所述的齿轮控制箱(9)，其特征是由中心齿轮(12)、中间齿轮(13)、副齿轮(14)、拨叉离合器(23)、弹簧(23)组成；中间齿轮(13)与副齿轮(14)为双层联动齿轮组，中间齿轮(13)由中间齿轮A (15)和中间齿轮B (16)组成，副齿轮(14)由副齿轮A(17)和副齿轮B (18)组成，副齿轮A (17)为圆锥齿轮。
5.根据权利要求1或4所述的齿轮控制箱(9)，其特征是中心齿轮(12)与中间齿轮A(15)啮合，中间齿轮B (16)与副齿轮B (18)啮合，副齿轮A (17)与控制传递轴A (6)连接的圆锥齿轮(19)啮合。
6.根据权利要求4所述的拨叉离合器(23)可以拨动中间齿轮(13)，使其与中心齿轮(12)和副齿轮14离合，调整风叶(4)的角度。
7.根据权利要求1所述的风速风向感应系统，其特征是包括风向传感器、风速传感器及控制芯片，将采集的风向风速数据传递给风向对准调整系统(11);当风向不发生改变时，风向对准调整系统(11)将与中心齿轮(12)连接的控制传递轴B (21)锁死；当风向发生改变时，风向对准调整系统(11)通过转动控制传递轴B (21)使中心齿轮(12 )转动，并通过带动中间齿轮(13)、副齿轮(14)，控制传递轴A (6)转动，最终调整风叶(4)角度。
8.根据权利要求1或7所述的风速风向感应系统，其特征是:可以通过控制电路控制与风叶连接的升降机构，当传感器检测到风级过大可能威胁到风机的稳定时，同调用控制电路使升降机构落下；当风级下降到安全数值，则通过控制电路使升降机构升起。
【文档编号】F03D7/06GK103527399SQ201210497644
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】常殿军 申请人:洛阳飓鸿环保技术有限公司