專利名稱：垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及垂直軸風(fēng)車，具體屬于一種垂直軸發(fā)電用風(fēng)車降低共振幅度的主 軸組合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的風(fēng)車發(fā)電是以水平軸風(fēng)車為主要發(fā)展方向，所謂水平軸風(fēng)車泛指風(fēng)車轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向水平，為了使水平軸風(fēng)車發(fā)揮最大的效率，必須使葉片正面迎向風(fēng)向，因此大 部分水平軸風(fēng)車會(huì)隨風(fēng)向變化而調(diào)整葉片轉(zhuǎn)軸的方向，比較適合裝設(shè)于風(fēng)向穩(wěn)定的場(chǎng)所， 例如空曠的內(nèi)陸、無(wú)遮攔的高空或海上等。對(duì)于一般性的居住地區(qū)或山區(qū)等，因?yàn)轭l繁的不 定向地形風(fēng)或亂流風(fēng)形成，水平軸風(fēng)車無(wú)法發(fā)揮效率。與水平軸風(fēng)車相比，垂直軸風(fēng)車則是指風(fēng)車轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直。垂直軸風(fēng)車 的葉片無(wú)需隨風(fēng)向變化而調(diào)整轉(zhuǎn)軸，具有不受風(fēng)向影響的優(yōu)點(diǎn)，適合于一般居住地區(qū)或山 區(qū)。典型的垂直軸風(fēng)車包括阻力型的沙伏尼氏(Savonius)風(fēng)車，以及揚(yáng)力型的達(dá)利氏葉片 (Darrieus)風(fēng)車。如圖1所示，慣用的垂直軸復(fù)合型風(fēng)車10采用單一主軸設(shè)計(jì)。由于主軸11的長(zhǎng) 度很長(zhǎng)，而支撐它旋轉(zhuǎn)的軸承12、13的位置都集中在下方支座外殼14的部分，因此當(dāng)固定 在主軸11上的達(dá)利氏葉片15及沙伏尼氏葉片16被風(fēng)帶動(dòng)與主軸11 一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸11 僅在下方設(shè)有軸承處受到支撐，其未受支撐的距離過(guò)長(zhǎng)形成懸臂效應(yīng)，因此主軸11容易產(chǎn) 生搖擺、震動(dòng)或彎曲、金屬疲勞等問(wèn)題。慣用的垂直軸復(fù)合型風(fēng)車10在設(shè)計(jì)主軸時(shí)，若考慮主軸11必須受旋轉(zhuǎn)功能、偏心 震動(dòng)、風(fēng)力忽大忽小的震蕩、風(fēng)車的重量及葉片快速旋轉(zhuǎn)的離心力等各項(xiàng)作用力時(shí)，則主軸 11需要采用較堅(jiān)固耐用的材料，然而如此一來(lái)會(huì)使主軸重量過(guò)重而不易轉(zhuǎn)動(dòng)；若考慮使主 軸11容易轉(zhuǎn)動(dòng)，則主軸11需采用重量較輕的材料，然而卻造成主軸強(qiáng)度不夠。為了解決慣用垂直軸復(fù)合型風(fēng)車10主軸堅(jiān)固耐用與易轉(zhuǎn)動(dòng)難以兩全的問(wèn)題，本 申請(qǐng)人:于2006年11月23日提出了一種垂直軸風(fēng)車，申請(qǐng)?zhí)枮?00620160785. X。如圖2所 示，所述垂直軸復(fù)合型風(fēng)車20的主軸由內(nèi)軸21與外轉(zhuǎn)軸22構(gòu)成，內(nèi)軸21置于外轉(zhuǎn)軸22 內(nèi)，在內(nèi)軸21和外轉(zhuǎn)軸22之間設(shè)有三個(gè)滾珠軸承23J4和25，所述滾珠軸承23設(shè)于外轉(zhuǎn) 軸22的頂部，滾珠軸承M、25分別設(shè)于外轉(zhuǎn)軸22的底部及底部附近。通過(guò)這種內(nèi)軸21和 外轉(zhuǎn)軸22的設(shè)計(jì)，使內(nèi)軸21可采用較重且剛性的材料，外轉(zhuǎn)軸22則可采用較輕且易轉(zhuǎn)動(dòng) 的材料，可以基本解決前述垂直軸復(fù)合型風(fēng)車10的缺失，然而改進(jìn)后的垂直軸風(fēng)車主軸仍 然較重，且轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍存在共振問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，能夠減輕整 體重量，降低風(fēng)車的共振幅度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，所述垂直軸風(fēng)車包括多片風(fēng)車葉片、一根內(nèi)軸、一根外轉(zhuǎn)軸和一臺(tái)發(fā)電機(jī)，所述內(nèi)軸垂直地固定設(shè)置，外轉(zhuǎn) 軸同心地套設(shè)在內(nèi)軸的外周并可相對(duì)內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且多片葉片固定安裝在外轉(zhuǎn)軸上，發(fā)電機(jī) 設(shè)于內(nèi)軸與外轉(zhuǎn)軸之間，所述外轉(zhuǎn)軸分段為一上軸和一下軸，內(nèi)軸置于下軸內(nèi)，內(nèi)軸與外轉(zhuǎn) 軸之間設(shè)有多個(gè)軸承，軸承分布于下軸的底部附近及內(nèi)軸的頂端附近，上軸長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸 長(zhǎng)度的配比范圍為35% 65%。 值得一提的是，位于內(nèi)軸頂部的軸承的位置與風(fēng)車振動(dòng)程度密切相關(guān)。由于軸承 位于內(nèi)軸的頂端，上軸的受力類似于懸臂梁，上軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)則其撓度越大，使得上軸的剛 性越弱，而上軸的長(zhǎng)度越短則越能減少其振動(dòng)位移。然而，上軸的長(zhǎng)度越短，下軸相對(duì)的長(zhǎng) 度就越長(zhǎng)，與此相對(duì)應(yīng)內(nèi)軸的長(zhǎng)度也越長(zhǎng)，則無(wú)法達(dá)到節(jié)省材料并減輕重量的目的，而且內(nèi) 軸受力也類似于在多個(gè)軸承處受力的懸壁梁，內(nèi)軸長(zhǎng)度越長(zhǎng)撓度越大，造成剛性越弱，內(nèi)軸 長(zhǎng)度越短越能減少其振動(dòng)位移，于是本實(shí)用新型將垂直軸風(fēng)車的上軸長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的 配比確定在35% 65%內(nèi)。在這個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，分布于內(nèi)軸頂端的軸承可以發(fā)揮最佳的支 撐作用，同時(shí)有效地支撐內(nèi)軸與上軸，能夠使風(fēng)車整體的振動(dòng)位移最小，從而有效地降低風(fēng) 車的共振幅度。

[0010]
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明[0011]圖1是慣用單一主軸的垂直軸復(fù)合型風(fēng)車的縱剖面圖；[0012]圖2是慣用具有內(nèi)軸與外轉(zhuǎn)軸的垂直軸復(fù)合型風(fēng)車的縱剖面圖；[0013]圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例的立體外觀圖；[0014]圖4是圖3的縱剖面圖；[0015]圖5是本實(shí)用新型的又一實(shí)施例的縱剖面圖。[0016]其中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下[0017]10垂直軸復(fù)合型風(fēng)車[0018]11主軸 12軸承13軸承[0019]14支座外殼 15達(dá)利氏葉片16沙伏尼氏葉片[0020]20垂直軸復(fù)合型風(fēng)車[0021]21內(nèi)軸 22外轉(zhuǎn)軸23滾珠軸承[0022]24滾珠軸承 25滾珠軸承[0023]30垂直軸復(fù)合型風(fēng)車[0024]31達(dá)利氏葉片 32沙伏尼氏葉片33外轉(zhuǎn)軸[0025]33A上軸 3!3B下軸34內(nèi)軸[0026]35發(fā)電機(jī) 36固定板37固定環(huán)[0027]38底座 39A軸承39B軸承
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖3所示，垂直軸復(fù)合型風(fēng)車30包括多片達(dá)利氏葉片31、多片沙伏尼氏葉 片32、一根外轉(zhuǎn)軸33、一根內(nèi)軸34及一臺(tái)發(fā)電機(jī)35。達(dá)利氏葉片31的上、下端分別固定安裝在上、下方的固定板36上。固定板36具有對(duì)應(yīng)達(dá)利氏葉片31沿圓周均分并向外延伸的分支，上方的固定板36通過(guò)一個(gè)固定環(huán)37 固定于外轉(zhuǎn)軸33上端的外周，下方的固定板36可以通過(guò)任何常見(jiàn)方式固接于外轉(zhuǎn)軸33的 底部、發(fā)電機(jī)35上方的外周上，內(nèi)軸34以常見(jiàn)方式固定在一個(gè)底座38上。請(qǐng)配合參閱圖4、圖5所示，外轉(zhuǎn)軸33分段為上軸33A和下軸33B，上軸33A和下 軸3 通過(guò)黏合、電焊等常見(jiàn)結(jié)合方式固定連接。內(nèi)軸34設(shè)置于下軸33B內(nèi)，且未伸入上 軸33A內(nèi)。下軸3 的底部附近和內(nèi)軸34的頂部附近各設(shè)有軸承39A和39B，因此下軸3!3B 可獲得較大的軸承支撐跨距。分布于內(nèi)軸34頂部附近的軸承39B的位置與風(fēng)車振動(dòng)程度密切相關(guān)。一般而言， 若不考慮其他如發(fā)電機(jī)35轉(zhuǎn)動(dòng)部件的影響，下軸33B的長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸33的長(zhǎng)度最佳配比 約為35% 57%。然而能使整體風(fēng)車振動(dòng)位移最小的軸承39B的位置與外轉(zhuǎn)軸33及內(nèi)軸 34的材質(zhì)有關(guān)。一般而言，為減輕外轉(zhuǎn)軸33重量所使用的材質(zhì)通常機(jī)械強(qiáng)度會(huì)較小，因?yàn)?上軸33A的受力類似于懸臂梁，所以要讓整體風(fēng)車的振動(dòng)位移最小，則必須要縮短上軸33A 的長(zhǎng)度。所以軸承39B的最佳位置一般位于外轉(zhuǎn)軸33整體長(zhǎng)度一半再偏上方處。軸承39B的最佳位置除了與外轉(zhuǎn)軸33及內(nèi)軸34的材質(zhì)有關(guān)外，還必須考慮各部 件組合成整體風(fēng)車的共振頻率。經(jīng)研究表明，共振頻率一般與各部件的楊氏模數(shù)平方根成 正比，與各部件的密度平方根成反比，同時(shí)也與各部件特性長(zhǎng)度的冪次方成反比，所以各部 件的特性長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則共振頻率越低。由于各部件組成整體風(fēng)車的共振頻率的倒數(shù)平方略 等于各部件共振頻率倒數(shù)平方的總和，所以整體風(fēng)車的最低共振頻率基本上由特性長(zhǎng)度最 大的部件決定。在外轉(zhuǎn)軸33長(zhǎng)度固定的情況下，上軸33A長(zhǎng)度越短，則下軸3 相對(duì)長(zhǎng)度 越長(zhǎng)，造成上軸33A共振頻率越高則下軸3 共振頻率越低，即組合起來(lái)的共振頻率就會(huì)越 低。因?yàn)樘偷墓舱耦l率會(huì)使風(fēng)車系統(tǒng)容易達(dá)到共振而放大振動(dòng)響應(yīng)，所以上軸33A與下 軸33B的共振頻率不宜相差太大，即上軸33A與下軸33B的長(zhǎng)度不宜相差太大，因此上軸 33A長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸33長(zhǎng)度的最佳配比在一個(gè)有限區(qū)間內(nèi)，經(jīng)研究表明該有效區(qū)間為35% 65%。如圖4所示，外轉(zhuǎn)軸33與內(nèi)軸34的材質(zhì)均為鋼，外轉(zhuǎn)軸33的長(zhǎng)度L為3. 8780公 尺，從頂部起算外轉(zhuǎn)軸33的一半長(zhǎng)度為1. 9390公尺，發(fā)電機(jī)35設(shè)置于最下方，所以包含 葉片、外轉(zhuǎn)軸33和發(fā)電機(jī)35在內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)件整體質(zhì)心位于從外轉(zhuǎn)軸33頂部起算2. 2616 2. 606公尺處(占外轉(zhuǎn)軸33長(zhǎng)度的58. 3% 67. 2% )，軸承39B的最佳位置位于從外轉(zhuǎn)軸 33頂部起算1. 7451 2. 210公尺處，即上軸33A的長(zhǎng)度L1與外轉(zhuǎn)軸33的長(zhǎng)度L的最佳配 比約45% 57%。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D5所示，外轉(zhuǎn)軸33的材質(zhì)為鋁，內(nèi)軸34的材質(zhì)為鋼，外轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度L 為0. 9766公尺，從頂部起算外轉(zhuǎn)軸33的一半長(zhǎng)度為0. 4883公尺，雖然發(fā)電機(jī)25設(shè)置于達(dá) 利氏葉片31與沙伏尼氏葉片32之間，但由于發(fā)電機(jī)35質(zhì)量相對(duì)于外轉(zhuǎn)軸33的質(zhì)量比值 較大，所以包含葉片、外轉(zhuǎn)軸33和發(fā)電機(jī)35在內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)件整體質(zhì)心位于從外轉(zhuǎn)軸33頂部 起算0. 6085 0. 6453公尺處(占外轉(zhuǎn)軸33長(zhǎng)度的62. 3% 66. 07% )，軸承39B的最佳 位置確定為從外轉(zhuǎn)軸33頂部起算0. 5175 0. 6348公尺處，即上軸33A的長(zhǎng)度L1與外轉(zhuǎn) 軸33的長(zhǎng)度L的最佳配比約53% 65%。雖然本實(shí)用新型利用上述較佳實(shí)施例解釋說(shuō)明，但其并非用以限定本實(shí)用新型， 任何熟知以上技術(shù)者在不脫離本實(shí)用新型的精神與范圍內(nèi)，相對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行的各種更動(dòng)與修改均在本實(shí)用新型保護(hù)的技術(shù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，所述垂直軸風(fēng)車包括多片風(fēng)車葉片、一根內(nèi)軸、一 根外轉(zhuǎn)軸和一臺(tái)發(fā)電機(jī)，所述內(nèi)軸垂直地固定設(shè)置，外轉(zhuǎn)軸同心地套設(shè)在內(nèi)軸的外周并可 相對(duì)內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且多片葉片固定安裝在外轉(zhuǎn)軸上，發(fā)電機(jī)設(shè)于內(nèi)軸與外轉(zhuǎn)軸之間，其特征 在于所述外轉(zhuǎn)軸分段為一上軸和一下軸，下軸置于內(nèi)軸外，下軸與內(nèi)軸之間設(shè)有至少一 個(gè)軸承，軸承設(shè)于下軸的底部及內(nèi)軸的頂部，上軸長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的配比范圍為35% 65%。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多片葉片為達(dá)利 氏風(fēng)車葉片及沙伏尼氏風(fēng)車葉片。
3.如權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)軸的材質(zhì)為鋼， 外轉(zhuǎn)軸的材質(zhì)為鋁，發(fā)電機(jī)設(shè)置于達(dá)利氏風(fēng)車葉片與沙伏尼氏風(fēng)車葉片之間，上軸長(zhǎng)度與 外轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的配比為53% 65%。
4.如權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)軸的材質(zhì)為鋼， 外轉(zhuǎn)軸的材質(zhì)為鋼，發(fā)電機(jī)設(shè)置于達(dá)利氏風(fēng)車葉片的下方，上軸長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的配比 為 45% 57%。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種垂直軸風(fēng)車主軸組合結(jié)構(gòu)，垂直軸風(fēng)車包括多片風(fēng)車葉片、一根內(nèi)軸、一根外轉(zhuǎn)軸和一臺(tái)發(fā)電機(jī)，內(nèi)軸垂直地固定設(shè)置，外轉(zhuǎn)軸同心地套設(shè)在內(nèi)軸的外周并可相對(duì)內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且多片葉片固定安裝在外轉(zhuǎn)軸上，發(fā)電機(jī)設(shè)于內(nèi)軸與外轉(zhuǎn)軸之間，外轉(zhuǎn)軸分段為一上軸和一下軸，下軸置于內(nèi)軸外，下軸與內(nèi)軸之間設(shè)有至少一個(gè)軸承，軸承設(shè)于下軸的底部及內(nèi)軸的頂部，上軸長(zhǎng)度與外轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的配比范圍為35％～65％。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，使得分布于內(nèi)軸頂部的軸承可發(fā)揮最佳的支撐作用，同時(shí)有效支撐內(nèi)軸與上軸，能夠使風(fēng)車整體的振動(dòng)位移最小，有效降低風(fēng)車的共振幅度。
文檔編號(hào)F03D3/06GK201934255SQ20112000146
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者陳銘國(guó), 高嘉宏 申請(qǐng)人:新高能源科技股份有限公司