一种马格努斯垂直轴风力机制造技术

本发明专利技术公开了一种马格努斯垂直轴风力机，属于风力设备技术领域，包括风轮和发电装置，风轮包括偶数个马格努斯转子及其上下同向平行倾斜的环形轨道，由驱动电机驱动的马格努斯转子包括等高的上圆柱和下圆柱，上圆柱与下圆柱通过锥齿轮组相连；马格努斯转子沿着环形轨道移动、且其下端与发电装置相连；上圆柱及下圆柱的外部设有挡风外壳，两个挡风外壳之间设有供来流风通过的间隙，间隙与上下圆柱的高度相匹配。马格努斯转子在移动过程中位置发生变化，处于上风向的上圆柱暴露在风中，产生马格努斯力推动风轮转动；处于下风向的下圆柱暴露在风中时，产生的马格努斯力同样也会推动风轮转动，而不会对其产生负扭矩作用；进而风轮带动发电装置发电。动发电装置发电。动发电装置发电。

【技术实现步骤摘要】
一种马格努斯垂直轴风力机


[0001]本专利技术属于风力设备
，尤其涉及一种马格努斯垂直轴风力机。

技术介绍

[0002]流体中旋转的圆柱，会受到一个垂直于转动轴和流动方向的力作用，这种现象称为马格努斯效应，如图16所示。由于马格努斯力的方向始终垂直于圆柱转动方向和来流风方向，且马格努斯力的大小由风速和圆柱的转速决定。对于由多个旋转圆柱组成的风轮，马格努斯力无法直接驱动使风轮转动，因此需要采用一些措施。
[0003]在垂直轴的风车中，旋转圆柱沿着一个方向转动时，产生的马格努斯力在上风侧和下风侧为同一方向，此时作为垂直轴风力机风轮的转动扭矩会相互抵消，因此不能直接使用旋转圆柱作为垂直轴式的风力机。而如果在上风侧和下风侧分别改变圆柱转动方向，的确能够解决这一问题，但是采用该方法时需要频繁地切换圆柱转动方向，这对于装置自身以及驱动电机会产生损耗，极大地减小使用寿命，并且圆柱在高转速下，减速后换方向加速同样需要一定的时间，这有可能使得圆柱的旋转方向切换跟不上风轮的转动而导致发电效率降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种马格努斯垂直轴风力机，旨在解决现有技术中垂直轴风力机通过频繁地切换圆柱转动方向来消除负扭矩，存在损耗大、使用寿命小、发电效率低的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种马格努斯垂直轴风力机，包括风轮和发电装置，所述风轮包括若干个马格努斯转子和上下两个同向倾斜的环形轨道，且上下两个环形轨道所在平面平行；所述马格努斯转子的数量为偶数、且由驱动电机驱动，所述马格努斯转子包括高度相同的上圆柱和下圆柱，所述上圆柱的下端与下圆柱的上端通过锥齿轮组相连，用于使上圆柱与下圆柱的转动方向相反；所述上圆柱的上端能够沿着上方环形轨道移动，所述下圆柱的下端能够沿着下方环形轨道移动，且若干个下圆柱的下端与发电装置相连；所述上圆柱及下圆柱的外部分别设有挡风外壳，两个挡风外壳分别与上下环形轨道相连，两个挡风外壳之间设有供来流风通过的间隙，所述间隙的轴向高度与上圆柱和下圆柱的高度相匹配。
[0006]优选的，所述上圆柱的上端通过上连接件与上方环形轨道滑动配合，所述下圆柱的下端设有用于容纳驱动电机的驱动电机底座，所述驱动电机底座能够与下方环形轨道滑动配合以及与发电装置相连。
[0007]优选的，所述发电装置包括发电机、伸缩臂和伸缩臂联结件，所述马格努斯转子的下端通过驱动电机底座与伸缩臂的一端相连，若干个伸缩臂的另一端均与伸缩臂联结件相连，所述伸缩臂联结件与发电机相连。
[0008]优选的，所述伸缩臂包括伸缩臂内杆和伸缩臂外杆，所述伸缩臂内杆和伸缩臂外
杆的端部均设有铰接口，用于与驱动电机底座及伸缩臂联结件相连。
[0009]优选的，所述马格努斯转子及伸缩臂均为四个，所述伸缩臂联结件的边缘设有四个铰接口，分别用于与四个伸缩臂相连；所述伸缩臂联结件的中部设有与发电机主轴配合的轴孔。
[0010]优选的，所述下圆柱与驱动电机底座之间设有推力球轴承，所述下圆柱通过法兰连接件与驱动电机相连，所述驱动电机设置于驱动电机底座的内部，所述驱动电机底座的顶部设有用于固定驱动电机的安装孔，所述驱动电机底座的侧面设有与伸缩臂相连的铰接口，所述驱动电机底座的底部设有用于与环形轨道配合的弧形轨道接口。
[0011]优选的，所述上连接件与上圆柱之间设有推力球轴承，所述上连接件的顶部设有用于与环形轨道配合的弧形轨道接口，轨道接口的内壁上设有若干个滚珠。
[0012]优选的，所述锥齿轮组包括两个垂直轴锥齿轮和两个水平轴锥齿轮，上下两个垂直轴锥齿轮分别固定于上圆柱的下端及下圆柱的上端，两个水平轴锥齿轮对称设置、且均与两个垂直轴锥齿轮啮合；所述水平轴锥齿轮的中心轴水平贯穿上圆柱及下圆柱内的中心杆设置。
[0013]优选的，所述上圆柱及下圆柱均套装于中心杆上，所述中心杆上设有多个滚珠轴承，所述上圆柱及下圆柱的内壁分别与滚珠轴承的外圈相连，所述中心杆的下端及靠近上端处均设有推力球轴承；所述中心杆上下贯穿上圆柱设置，所述中心杆的下端贯穿下圆柱的顶部并延伸至下圆柱的内部盲孔底部；所述垂直轴锥齿轮的内孔与中心杆上的滚珠轴承外圈相连。
[0014]优选的，上下环形轨道的上下两侧分别通过加强肋与上下固定环相连，能够形成上下两个支撑架，两个挡风外壳分别固定于上下支撑架的外部。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术的马格努斯转子由旋转方向相反的上圆柱和下圆柱构成，来流风能够从上圆柱与下圆柱外部挡风外壳之间的间隙通过，驱动若干个马格努斯转子沿着上下两个倾斜的环形轨道运动，马格努斯转子在移动过程中位置发生变化，处于上风向的上圆柱暴露在风中，产生马格努斯力推动风轮转动；处于下风向的下圆柱暴露在风中时，产生的马格努斯力同样也会推动风轮转动，而不会对其产生负扭矩作用，进而风轮带动发电装置发电。本专利技术能够克服现有风力机频繁地切换圆柱转动方向来消除负扭矩的问题，极大降低了能量损耗，延长了使用寿命，提高了发电效率。
附图说明
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种马格努斯垂直轴风力机的外形图；图2是本专利技术实施例中马格努斯垂直轴风力机去掉挡风外壳的内部结构示意图；图3是图2中马格努斯转子与其下方发电装置的连接示意图；图4是图2中马格努斯转子的结构示意图；图5是图4中上圆柱与下圆柱之间锥齿轮组的结构示意图；图6是图2中下圆柱与驱动电机底座的连接示意图；图7是图6中下圆柱与驱动电机的连接示意图；
图8是图4中上圆柱与连接件的连接示意图；图9是图6中驱动电机底座的结构示意图；图10是本专利技术实施例中马格努斯转子内部中心杆的结构示意图；图11是本专利技术实施例中马格努斯转子的剖面图；图12是本专利技术实施例中支撑架的结构示意图；图13是本专利技术实施例中伸缩臂的结构示意图；图14本专利技术实施例中伸缩臂联结件的结构示意图；图15是本专利技术实施例发电机的安装示意图；图16是马格努斯效应说明图；图17是本专利技术实施例中马格努斯垂直轴风力机的侧视图；图18是本专利技术实施例中马格努斯垂直轴风力机的运作示意图；图19是本专利技术实施例中暴露在来流风中的上圆柱及下圆柱所受侧向力的示意图；图中：1：挡风外壳；2：马格努斯转子；3：环形轨道；4：发电机；5：伸缩臂；6：电机固定底座；7：伸缩臂联结件；8：上连接件；9：上圆柱；10：下圆柱；11：驱动电机底座；12：推力球轴承；13：驱动电机；14：法兰连接件；15：滚珠轴承；16：伸缩臂内杆；17：伸缩臂外杆；18：螺栓孔；19：发电机主轴；20：驱动电机固定孔；21：铰接口；22：轨道接口；23：锥齿轮组；24：来流风；25：圆柱转动方向；26：侧向力；27：垂直轴锥齿轮，28：水平轴锥齿轮；29：中心杆；30：加强肋；31：固定环。
具体实施方式
[0018]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种马格努斯垂直轴风力机，其特征在于：包括风轮和发电装置，所述风轮包括若干个马格努斯转子和上下两个同向倾斜的环形轨道，且上下两个环形轨道所在平面平行；所述马格努斯转子的数量为偶数、且由驱动电机驱动，所述马格努斯转子包括高度相同的上圆柱和下圆柱，所述上圆柱的下端与下圆柱的上端通过锥齿轮组相连，用于使上圆柱与下圆柱的转动方向相反；所述上圆柱的上端能够沿着上方环形轨道移动，所述下圆柱的下端能够沿着下方环形轨道移动，且若干个下圆柱的下端与发电装置相连；所述上圆柱及下圆柱的外部分别设有挡风外壳，两个挡风外壳分别与上下环形轨道相连，两个挡风外壳之间设有供来流风通过的间隙，所述间隙的轴向高度与上圆柱和下圆柱的高度相匹配。2.根据权利要求1所述的马格努斯垂直轴风力机，其特征在于：所述上圆柱的上端通过上连接件与上方环形轨道滑动配合，所述下圆柱的下端设有用于容纳驱动电机的驱动电机底座，所述驱动电机底座能够与下方环形轨道滑动配合以及与发电装置相连。3.根据权利要求2所述的马格努斯垂直轴风力机，其特征在于：所述发电装置包括发电机、伸缩臂和伸缩臂联结件，所述马格努斯转子的下端通过驱动电机底座与伸缩臂的一端相连，若干个伸缩臂的另一端均与伸缩臂联结件相连，所述伸缩臂联结件与发电机相连。4.根据权利要求3所述的马格努斯垂直轴风力机，其特征在于：所述伸缩臂包括伸缩臂内杆和伸缩臂外杆，所述伸缩臂内杆和伸缩臂外杆的端部均设有铰接口，用于与驱动电机底座及伸缩臂联结件相连。5.根据权利要求3所述的马格努斯垂直轴风力机，其特征在于：所述马格努斯转子及伸缩臂均为四个，所述伸缩臂联结件的边缘设有四个铰接口，分别用于与四个伸缩臂相连；所述伸缩臂联结件的中部设有与...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷玉荣，刘剑寒，马文勇，尉耀元，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：