垂直轴风能驱动装置的制作方法

本发明涉及新能源，特别是涉及一种垂直轴风能驱动装置。

背景技术：

1、风能作为可再生能源，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，风能发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。

2、风能发电分为水平轴和垂直轴两种，应用的主要是水平轴，但随着科技的发展，人们认识到水平轴带来的一些不利因素，如噪音、体积大、机构复杂和抗风能力差等，世界各国开始大力研发垂直轴风能发电机。但由于无法有效地解决风速和风向带来的影响和叶片面积较少而风能利用率低的困扰，现有技术中，垂直轴风能发电机绝大多数仅停留在小微型机组上。而大型机组的研发却寥寥无几。本发明提供一种特别适合于大型、超大型发电机组的垂直轴风能驱动装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种垂直轴风能驱动装置，有效地解决风速和风向带来的影响和有效地扩增叶片面积，以实现提高风能利用率。具体技术方案如下：

2、本发明提供了一种垂直轴风能驱动装置，包括主机架、风轮、中心套轴、变速销轴、变速套轴、同步销轴、同步套轴、风速风向标和调向驱动单元；所述垂直轴风能驱动装置的高度方向为第一方向；所述主机架设于地基，所述主机架包括上横梁、下横梁、支撑件，所述上横梁和下横梁的中心分别设有上铰链和下铰链，通过所述上铰链和下铰链转动连接所述风轮的中心转轴将风轮垂直安装于主机架上；所述风轮包括：中心转轴，多个框架梁、多个叶片组、变速销轴和同步销轴；所述中心转轴设于风轮的中心，以所述中心转轴为轴心辐形均布多个框架梁；所述框架梁由上梁、下梁、支撑板和弧形隔板形成多个方格窗，每个所述方格窗的中心分别设有上轴套、下轴套，通过所述上轴套和下轴套铰接同步转动的叶片组，所述叶片组包括叶片转轴、与叶片转轴紧固连接的工形叶片和从动同步链轮，所述从动同步链轮设于所述叶片转轴上,所述下梁紧固连接有变速销轴和同步销轴分别铰接有变速套轴和同步套轴；所述变速套轴紧固连接有变速齿轮和第一椭圆齿轮，所述同步套轴紧固连接有第二椭圆齿轮和主动同步链轮；所述中心套轴与所述中心转轴铰链连接，且所述中心套轴紧固连接有调向齿轮和中心齿轮；所述调向驱动单元包括驱动件，所述调向驱动单元和驱动件设于主机架上；另外，所述调向驱动单元通过驱动件与调向齿轮、中心套轴和中心齿轮相连；所述中心套轴通过中心齿轮与变速齿轮啮合与变速套轴、第一椭圆齿轮相连，所述变速套轴通过第一椭圆齿轮与第二椭圆齿轮啮合与同步套轴、主动同步链轮相连，所述同步套轴通过主动同步链轮与多个从动同步链轮链传动与叶片转轴相连；所述风轮转速ω30、中心套轴转速ω11、变速套轴转速ω316、同步套轴转速ω314、叶片转轴转速ω321之间运动关系，ω30-ω11＝2ω316＝-2ω321(整圈转速)，ω316＝-ω314(椭圆齿轮啮合瞬时转速是变化的)，ω314＝ω321(链传动)；

3、进一步的技术方案还包括：所述工形叶片包括一个第一叶片和两个圆形第二叶片，所述第二叶片分别设于第一叶片沿所述第一方向的两侧，且所述第二叶片垂直于第一叶片。所述弧形隔板设于所述工形叶片沿所述框架梁的延伸方向的两侧；所述弧形隔板的圆弧面与所述第二叶片的圆弧端面间隙配合；

4、进一步的：所述垂直轴风能驱动装置还包括风速风向标，所述风速风向标用于接收风速风向信息；

5、进一步的：所述垂直轴风能驱动装置具有作功区和卸功区，所述中心套轴上设有主平面和与主平面垂直的主法向标；

6、进一步的：所述弧形隔板设于框架梁的上梁、下梁之间，且设于所述叶片组沿框架梁的延伸方向的两侧，每个所述叶片组两侧的弧形隔板的凹部相对；

7、进一步的：所述中心套轴转速ω11、变速套轴转速ω316之间的关系为ω11＝-2ω316，第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮为相同的椭圆齿轮；

8、进一步的：所述第一叶片为长方形板状叶片，所述第二叶片为具有圆弧端面的叶片；

9、进一步的：所述叶片转轴为沿所述第一方向贯透的可延伸轴。

10、本发明的有益效果：

11、所述主平面的特征是：当所述主法向标与风速风向标同向时，每逢风轮框架梁与主平面重合时，处于所述作功区框架梁上的工形叶片的第一叶片与自身梁重合，即与主平面重合。处于所述卸功区的工形叶片的第一叶片与自身梁垂直，即与主平面垂直。

12、所述风轮在恒定风向时，所述主法向标与所述风速风向标同向，所述调向驱动单元和驱动件处于静止状态，所述调向齿轮、中心套轴和中心齿轮静止；所述叶片转轴随同风轮框架梁共转的同时还因中心齿轮与变速齿轮啮合关系、第一椭圆齿轮与第二椭圆齿轮啮合关系和主动同步链轮与从动同步链轮的链传动关系绕自身轴线自转带动工形叶片转动。继而，依据所述主平面的特征，处于所述作功区框架梁上的工形叶片的第一叶片与自身梁重合，即与主平面重合。处于所述卸功区的工形叶片的第一叶片与自身梁垂直，即与主平面垂直。使作功区内的叶片组的迎风面积始终大于卸功区内的迎风面积，实现所述风轮绕中心转轴持续旋转和风能利用最大化。

13、所述风轮在扰变风向时，所述风速风向标方位发生变化，所述调向驱动单元接受来之风速风向标的信号通过驱动件调整调向齿轮转位驱使中心套轴带动主平面和主法向标转位，促使主平面与风速风向标方位垂直；主法向标与风速风向标同向；与此同时，所述中心套轴通过中心齿轮和变速齿轮啮合关系、第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮啮合关系和主动同步链轮和从动同步链轮的链传动关系驱使叶片转轴带动工形叶片转位。继而，每逢所述风轮框架梁与因风速风向标变化而变化的主平面重合时，处于所述作功区框架梁上的工形叶片的第一叶片与自身梁重合，即与主平面重合。处于所述卸载区的工形叶片的第一叶片与自身梁相垂直，即与主平面垂直。促使所述风轮的主平面和主法向标随风向变化而变化，实现所述风轮持续正常地绕中心转轴旋转和风能利用最大化。

14、所述弧形隔板的圆弧面与第二叶片的圆弧端面间隙配合；当所述主法向标与所述风速风向标同向时，沿所述框架梁的延伸方向上，处于所述作功区框架梁上的工形叶片和弧形隔板无隙连接在一起有助于增扩作功迎风面积；处于所述卸功区框架梁上的工形叶片与弧形隔板相互隔断有利于卸风卸功；因而，有助于所述风轮持续绕中心转轴旋转和风能利用最大化。

15、当所述主法向标与风速风向标的夹角为0°度即处于同向时，所述垂直轴风能驱动装置处于与风速相对应的风能最大利用状态；当其夹角为90°度即处于相垂直时，所述垂直轴风能驱动装置处于自锁状态而停止旋转，即所述风轮具有自锁特性；利用所述自锁特性，通过调整所述主法向标与风速风向标的夹角即可获得所述风轮的最佳工作状态(如与电力频率相匹配等)；特别是，当遇到强风暴风时，利用自锁特性，适当调整所述中心套轴的主法向标与风速风向标的夹角，所述风轮可正常运行；当遇到维修等事项需要风轮停止时，利用自锁特性即可停止风轮旋转。

16、所述叶片转轴为沿所述第一方向贯透的可延伸轴。以将所述风轮沿所述第一方向多层级组合成为多层级垂直轴风能驱动装置。