船用风力助推与风力发电可切换的装置的制作方法

本发明涉及新能源利用领域，特别涉及一种船用风力助推与风力发电可切换的装置。

背景技术：

风能的开发利用，可以在一定程度上解决能源危机，对船舶运输的节能减排也非常重要。目前船舶对风能的利用技术主要有风力助推和风力发电两种方法。风力助推是将风能直接转化为船舶推进动力，风能利用效率最高，但对风向有一定的要求：例如，在±60°的风向角范围内，不仅不能助推，还会对船舶有一定的阻力。而利用垂直轴风力机进行船载风力发电，可以不受风向的影响，任何风向角的风能都可以利用，特别是在船舶停航不需要风力助推时，风力发电一样可以利用。目前，还没有一种装置既可以风力助推，又可以风力发电。

技术实现要素：

本发明提供一种船用风力助推与风力发电可切换的装置，既可以构成风力助推装置，又可以构成阻力型风力机发电装置，使船舶在不同航行状态下都能够对风能进行有效利用。

本发明的技术方案在于提供一种船用风力助推与风力发电可切换的装置，能够在风力助推模式与风力发电模式切换；其中，两个风力机叶片由支撑架承载，所述支撑架与立轴连接；模式切换时在至少一个风力机叶片自身旋转后对其锁定，使这两个风力机叶片的迎风面的法线夹角落在风力助推模式相应的阈值范围内，或是落在风力发电模式相应的阈值范围内；

风力助推模式下，步进电机通过锥形卡环与所述立轴啮合，以使立轴转动，进而通过支撑架带动两个风力机叶片整体转动来调整风帆角；

风力发电模式下，所述锥形卡环取出而使所述步进电机与立轴脱离；两个风力机叶片整体转动，并通过支撑架带动所述立轴转动，进而通过与立轴连接的盘式电机进行发电。

优选地，可自身旋转的每个风力机叶片，其纵向的两边分别设有若干锁紧孔；该风力机叶片自身旋转后靠近立轴这一边的锁紧孔，由立轴上与之相应设置的一组锁紧机构来锁定。

优选地，每一组包含从上到下间隔设置的多个锁紧机构；每个所述锁紧机构的外壳横向布置，外壳一端的外部连接至立轴，内部设有绕了线圈的电磁铁，所述线圈通过开关与电源连接；该锁紧机构的活动连接杆从外壳的另一端插入外壳内，所述活动连接杆的第一端与电磁铁之间设有弹簧；

断开开关使线圈失电时，所述活动连接杆被弹簧弹出，使该活动连接杆的第二端插入到风力机叶片的锁紧孔内；闭合开关使线圈得电时，所述活动连接杆的第一端被电磁铁吸住，使该活动连接杆的第二端从风力机叶片的锁紧孔脱离。

优选地，模式切换时在至少一个风力机叶片自身旋转并对其锁定后，两个风力机叶片的迎风面在风力助推模式下朝着同一方向，而在风力发电模式下朝着相反的方向。

优选地，所述锥形卡环、步进电机位于装置的底座上；所述立轴下部穿过锥形卡环进入装置的底座，与位于底座内的盘式电机连接；所述底座内，分别在盘式电机上下方设置有滚动轴承；该盘式电机放置在一底部承载结构上，该底部承载结构环绕在下方的滚动轴承外围。

优选地，所述锥形卡环包含两个半圆的锥形体，顶部分别设有凸肩；两个锥形体在风力助推模式下合拢并包围着立轴，使锥形卡环的内齿面与立轴的齿面啮合，且该锥形卡环的外齿面与步进电机的齿面啮合；两个锥形体在风力发电模式下分离以取出锥形卡环，使该锥形卡环与立轴、步进电机脱离。

优选地，所述支撑架包含设置在两侧的两个纵杆；两个所述风力机叶片各自通过若干支撑杆对应地安装至所述支撑架的两个纵杆处；模式切换时至少一个风力机叶片是绕着其对应纵杆所在的轴线进行自身旋转。

优选地，所述风力机叶片为半圆柱的弧形片状；

每个风力机叶片的内侧从上到下间隔地设置有若干组支撑杆；每一组有多个支撑杆，各支撑杆的一端连接至支撑架的纵杆，另一端径向散开，相应地连接至风力机叶片的内侧。

优选地，所述支撑架为方框结构，还包含两个横杆，对两个所述纵杆的顶端和底端进行连接；所述立轴与支撑架的固定点位于两个横杆的中间；

所述支撑杆绕着纵杆转动，并带动所述风力机叶片转动；或者，所述纵杆自转，并带动所述支撑杆及风力机叶片转动。

本发明提供一种船用风力助推与风力发电可切换的装置，能够根据不同的风向和不同的船舶运营方式，选择不同的工作模式，既可以构成风力助推装置，又可以构成阻力型风力机发电装置，在船舶航行遇到有利风向时进行风力助推，在船舶停航时利用风力发电，大大提高了船舶对风能的利用效率和综合利用效果。

本发明利用风力机叶片翻转及锁紧机构，实现风力助推和风力发电模式的转换；利用锥形卡环的放入和抽出，实现步进电机与立轴的啮合与脱开。本发明结构简单，操作方便。适用于各种船舶，特别是游艇、巡逻艇等停岸时间较长的船舶。

附图说明

图1是船用风力助推模式下的装置结构图。

图2是船用风力发电模式下的装置结构图。

图3是叶片锁紧机构的结构图。

图4是叶片锁紧机构的控制电路图。

图5是锥形卡环与步进电机啮合时的俯视图。

图6是锥形卡环与步进电机啮合时的三维图。

图7是锥形卡环与步进电机脱开时的三维图。

图8是立轴、底座、锥形卡环及步进电机的布置图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明公开了一种船用风力助推与风力发电可切换的装置，包含两个风力机叶片1、立轴2、支撑架3、支撑杆4、底座5、锥形卡环6、步进电机7、锁紧机构8。

两个风力机叶片1各自通过若干支撑杆4，对应地安装至该支撑架3两侧的纵杆处；并且，在装置进行模式切换时，其中至少一个风力机叶片1可绕着对应纵杆所在的轴线进行旋转，使这两个风力机叶片1迎风面的法线的夹角落在风力助推模式或风力发电模式相应的阈值范围内。

优选地，在风力助推模式下，使两个风力机叶片1的迎风面朝着同一方向(图1)；而在风力发电模式下，使两个风力机叶片1的迎风面朝着相反的方向(图2)。

示例的风力机叶片1为半圆柱的弧形片状，将其凹入的一侧称为内侧。每个风力机叶片1内侧的上、中、下部，分别设置有一组支撑杆4；每一组的各个支撑杆4(本例为三个)，一端连接至支撑架3的纵杆，另一端径向散开，相应地连接至风力机叶片1的内侧。

示例的支撑架3还包含两个横杆，对上述的两个纵杆的顶端和底端进行连接，形成一个方框结构。风力机叶片1的翻转，例如通过对各支撑杆4与纵杆的连接结构进行设计，使纵杆不动，而让支撑杆4带动风力机叶片1绕着纵杆转动；或者，可以通过对支撑架3的横杆与纵杆的连接结构进行设计，使纵杆自转，并带动支撑杆4及风力机叶片1转动。

立轴2竖直布置，与支撑架3固定连接，本例的固定点位于两个横杆的中间；该立轴2继续向下延伸到锥形卡环6、步进电机7及底座5等所在的装置下部。立轴2上设置有两组锁紧机构8，配合各风力机叶片1上开设的锁紧孔11，对不同模式下的风力机叶片1实现锁紧定位(下文详述)。所述立轴2自转时，能够带动风力机叶片1、支撑架3、支撑杆4、锁紧机构8的旋转。

如图8所示，立轴2下部穿过锥形卡环6进入装置的底座5后，与底座5内的盘式电机51连接；盘式电机51上下分别设有滚动轴承52、53；盘式电机51放置在一底部承载结构54上，该底部承载结构54环绕在下方的滚动轴承53外围。

配合参见图5～图6所示，锥形卡环6包含两个半圆的锥形体61，在风力助推模式下合拢(包围在立轴2外)，在风力发电模式下两者分离(通过顶部设置的凸肩62取出)；锥形卡环6的内外面都有齿面，两个锥形体61合拢时，内齿面与立轴2的齿面啮合，外齿面与步进电机7的齿面啮合。

如图1、图2所示，立轴2上设有两组、每组多个间隔布置的锁紧机构8(本例为左右各三个)。每个风力机叶片1纵向的两边分别设有一排锁紧孔11(本例为左右两边各三个)；风力机叶片1翻转后靠近立轴2这一边的锁紧孔11由相应的锁紧机构8锁紧定位。

如图3、图4所示，所述锁紧机构8的外壳横向布置，一端连接至立轴2，外壳内的这一端设有电磁铁84并在上面绕有线圈83，所述线圈83通过开关与电源连接；活动连接杆81从外壳的另一端插入外壳内，在所述活动连接杆81与电磁铁84之间设有弹簧82。一组锁紧机构8与一个风力机叶片1对应，每组锁紧机构8的多个线圈83串联，而与其他各组锁紧机构8的线圈83并联。本例中，左边一个风力机叶片1对应的三个线圈z1～z3与一开关k1串联，右边一个风力机叶片1对应的三个线圈y1～y3与另一开关k2串联，这两个串联支路相互并联连接至同一个电源。

船舶航行时装置为图1所示的风力助推模式，两个风力机叶片1通过支撑架3和支撑杆4安装在垂直立轴2上，步进电机7通过锥形卡环6与立轴2啮合，带动装置转动，可以使风帆按照最佳角度转到不同的风帆角，达到最大的风帆助推力。

当船舶停航时，先停止装置的转动，按下锁紧机构8对应的电路开关使各线圈83通电，各活动连接杆81被电磁铁84吸住后脱离风力机叶片1一边相应的锁紧孔11；然后，将某个风力机叶片1旋转180°后，构成图2所示的风力发电模式，再断开电路开关使各线圈83失电，各活动连接杆81被弹簧82弹出后再插入到风力机叶片1另一边相应的锁紧孔11。最后，向上取出锥形卡环6，使立轴2与步进电机7脱离，这样将原来的风力助推装置切换成阻力型风力发电装置，就可以通过安装在底座5内部的盘式电机51发电。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。