一種小型便攜風力發電機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種小型便攜風力發電機，包括電機、高速齒輪、高速軸、低速軸、低速齒輪、葉片支架和葉片；所述的葉片通過葉片支架安裝與低速軸上，低速軸和高速軸上分別鍵連接固定有低速齒輪和高速齒輪，低速齒輪和高速齒輪之間配合連接進行傳動；高速齒輪驅動電機旋轉發電。本發明使用了高速電機+兩級變速的設計替代了原有小型風機的低速電機設計，使用了垂直軸設計代替小型風機一直以來的水平軸設計，大幅降低了成本，利于設備推廣。同時，本發明采用了易于拆裝的結構設計，加強了系統的便攜性。
【專利說明】
一種小型便攜風力發電機
技術領域
[0001]本發明屬于電力設備領域，具體涉及一種小型便攜風力發電機。
【背景技術】
[0002]當今，人們對于移動設備的需求越來越廣泛，但電池的電量瓶頸卻成為移動設備發揮更大作用的限制之一，風能作為可再生的新能源之一，分布范圍極廣，且采集方便，逐漸成為了理想的移動能量來源。因此如果有一種便攜式的小型風力發電機，其可以作為移動設備的電力來源。
[0003]如今，現有的小型風力發電機多為固定式設計，如專利申請號為201320017202.8的小型風力發電機，其通過螺栓與地面連接，這不但造成了風機無法在短時間內被取下，同時也限制了風機的適用場所，即該風機只能在有為其專門設計的底座的地方使用，造成了極大的不便。
[0004]另外，現有的小型風機均為整體式設計，拆裝不易，這更削弱了其移動使用的功能。現有的小型風機均為水平軸風機，其只有當葉片正對風向時才能正常發電，故此，水平軸風機均需要設計復雜的轉向機構，保證風機能夠正常運行。這樣的轉向機構不但結構復雜，易損壞，還將進一步地削弱風機的可移動性，同時消耗在轉向上的電能也降低了風機的運行效率。同時，小型風機均采用昂貴的低速電機，而低速電機的成本往往是高速電機的幾倍甚至幾十倍，這極大地限制了小型風機的推廣，因此，研發使用高速電機也能正常工作的小型風機迫在眉睫。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決【背景技術】中存在的問題，并提供一種小型便攜風力發電機。本發明所采用的具體方案如下:
[0006]小型便攜風力發電機，包括電機、高速齒輪、高速軸、低速軸、低速齒輪、葉片支架和葉片;所述的葉片通過葉片支架安裝與低速軸上，低速軸和高速軸上分別鍵連接固定有低速齒輪和高速齒輪，低速齒輪和高速齒輪之間配合連接進行傳動;高速齒輪驅動電機旋轉發電。
[0007]作為優選，所述的葉片垂向設置，數量為5片且呈等距環形陣列分布于以低速軸為軸心的柱面上;在葉片的兩個三等分點處，分別用水平的葉片支架與低速軸進行連接固定；葉片與葉片支架之間的連接方式為可拆卸式夾持固定。
[0008]進一步的，所述的葉片支架通過螺母固定于低速軸上，螺母與低速軸上的外螺紋采用螺旋副連接。
[0009]作為優選，所述的葉片由鋁合金構成，且采取鏤空的結構。
[0010]作為優選，所述的葉片為升力型葉片。
[0011 ]作為優選，所述的低速齒輪模數為0.8，齒數為71;高速齒輪為雙層齒輪，其中上層齒數為15，模數為0.8，下層齒數為59，模數為0.6;低速齒輪和高齒輪形成I: 39的加速比。
[0012]作為優選，所述的低速軸的下半部及高速齒輪、高速軸、低速齒輪均設置于下箱體和上箱體可拆卸式組合而成的內部空間中。
[0013]進一步的，所述的低速軸與高速軸均由被角接觸球軸承固定在箱體上。
[0014]作為優選，所述的電機為高速電機。
[0015]本發明相對于現有技術而言，具有以下有益效果:
[0016]1.本發明使用了高速電機+兩級變速的設計替代了原有小型風機的低速電機設計，大幅降低了成本，利于設備推廣
[0017]2.本發明使用了垂直軸設計代替小型風機一直以來的水平軸設計。由于垂直軸設計可以接受來自各個方向的風能，所以省去了復雜的轉向機構，節省了成本，提高了可靠性和便攜性。
[0018]3.本發明采用了易于拆裝的結構設計，有效地在不影響用戶使用體驗的情況下減少了設備的攜帶體積，加強了系統的便攜性，可用于移動設備的充電。
【附圖說明】
[0019]圖1是小型風力發電機結構圖；
[0020]圖2是葉片支架與低速軸配合圖；
[0021]圖3是小型風力發電機使用時組裝過程，其中箭頭代表步驟流程；
[0022]圖中:電機1、高速齒輪2、第一角接觸軸承3、高速軸4、低速軸5、第二角接觸軸承6、下箱體7、低速齒輪8、上箱體9、第一螺母10、第一葉片支架11、葉片12、第二葉片支架13、第二螺母14。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步闡述和說明。本發明中各個實施方式的技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。
[0024]—種小型便攜風力發電機，電機1、高速齒輪2、第一角接觸軸承3、高速軸4、低速軸
5、第二角接觸軸承6、下箱體7、低速齒輪8、上箱體9、第一螺母10、第一葉片支架11、葉片12、第二葉片支架13、第二螺母14。
[0025]本發明的發電機整體分為葉片、支撐部分以及變速傳動部分兩個部分，其中葉片及支撐部分負責通過葉片接受風能，并將風能通過葉片支架傳遞到低速軸。變速發電部分負責將低速軸上的轉矩通過變速機構傳遞到電機，完成發電。
[0026]葉片分別具體結構如圖1所示，葉片12垂向設置，共5片，且呈等距環形陣列分布于以低速軸5為軸心的柱面上，形成五葉片風輪的設計，葉片12采用升力型葉片12，利用葉片12兩側流速差異獲得升力，通過升力推動葉輪轉動。葉片12由鋁合金構成，且采取鏤空的結構。本實施例中，葉片12選用標準翼型NACA63-412。是美國NACA最早建立的一個低速翼型系列。與早期的其他翼型相比，有較高的最大升力系數和較低的阻力系數。我們所選取的翼型隸屬于NACA的六位數字翼型，其特點是在一定的升力系數范圍內具有低阻力特性，非設計條件下也會有比較滿意的結果。這種翼型具有比較高的升力系數和比較高的臨界馬赫數。
[0027]支撐部分結構如下:為保證穩定性，在每片葉片12的兩個三等分點處，分別用水平的葉片支架與低速軸5進行連接固定，分別為圖中的第一葉片支架11和第二葉片支架13。葉片12與葉片支架之間的連接方式為可拆卸式夾持固定，具體固定方式為:在葉片12三等分點處分別安裝兩個鉚釘以用于葉片12夾持固定的定位，以及平衡葉片12所受到的豎直方向重力。葉片12通過葉片支架安裝與低速軸5上，第一葉片支架11和第二葉片支架13分別通過螺母10、第二螺母14固定于低速軸5上，葉片支架部分負責對葉片12進行支撐并將葉片12受到的轉矩傳遞到軸。固定支架的低速軸5上設有銑去兩個小平面的圓柱形攻有外螺紋的軸。如圖2所示，相應的在第一葉片支架11和第二葉片支架13處有對應形狀的軸孔，用以將葉片支架收到的力矩傳遞到軸上。防止支架的上下震動導致的不穩定，螺母與低速軸5上的外螺紋采用螺旋副連接。
[0028]變速傳動部分負責將低速軸5的轉動加速后傳遞到電機I，其主體部分為箱體中的齒輪組。箱體可拆卸呈下箱體7和上箱體9進行組裝。齒輪組中低速齒輪8與高速齒輪2被鍵連接分別固定在低速軸5與高速軸4上。低速軸5與高速軸4被第一角接觸軸承3、第二角接觸軸承6固定在下箱體7、上箱體9上。
[0029]齒輪組部分負責從葉片12的低轉速過渡為電機I的高轉速，已達到高功率、平穩發電的效果。齒輪組由高速齒輪2和低速齒輪8兩級減速組成，其中低速齒輪8模數為0.8，齒數為71，通過鍵連接被固定在低速軸5上。高速齒輪2為雙層齒輪，其中上層齒數為15，模數為
0.8，下層齒數為59，模數為0.6，被固定在高速軸4上。
[0030]兩級齒輪互相配合，形成了 1:39的加速比，讓葉片12組能夠通過高速齒輪2驅動電機I達到其額定的發電轉速，使本設計能夠使用相對廉價的高速電機I取代昂貴的低速電機I進行發電。
[0031]本發明裝置的安裝流程如圖3所示，具體為:
[0032]1.在攜帶中，第一葉片支架11和第二葉片支架13，葉片12與主體部分分開放置以節省空間；
[0033]2.在使用中，用戶需要先將支架11套到低速軸5上，與低速軸5形狀對齊，安裝第一螺母I O。
[0034]3.安裝5枚葉片12，葉片將被插入支架上對應的孔中，由于鉚釘部分輪廓線大于孔的輪廓，葉片12將會被鉚釘初步支撐在第一葉片支架11上
[0035]4.安裝第二葉片支架13，中心孔與低速軸5形狀對齊，同時由于第一葉片支架11在對應5片葉片處有開口，支架將被套到5片葉片上，同樣由于鉚釘部分輪廓線大于開口部分輪廓線，第一葉片支架11被葉片12所支撐，同時葉片12被完全限制在固定位置，安裝第二螺母14，安裝完成。
[0036]運行流程如下:
[0037]1.風吹過葉片12，為葉片12提供轉矩；
[0038]2.葉片將轉矩傳遞到第一葉片支架11和第二葉片支架13;
[0039]3.第一葉片支架11和第二葉片支架13將轉矩傳遞到低速軸5上；
[0040]4.低速軸5將帶動低速齒輪8;
[0041 ] 5.低速齒輪8帶動高速齒輪2;
[0042]6.高速齒輪2帶動電機I，完成發電流程。
[0043]拆卸流程如下:
[0044]1.卸下第二螺母14;
[0045]2.取下第一葉片支架11和葉片12;
[0046]3.卸下第一螺母10;
[0047]4.取下第二葉片支架13;
[0048]5.此時拆卸完成，小型風機可在占用很小體積的情況下被攜帶。
[0049]以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發明。有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種小型便攜風力發電機，其特征在于，包括電機、高速齒輪、高速軸、低速軸、低速齒輪、葉片支架和葉片;所述的葉片通過葉片支架安裝與低速軸上，低速軸和高速軸上分別鍵連接固定有低速齒輪和高速齒輪，低速齒輪和高速齒輪之間配合連接進行傳動；高速齒輪驅動電機旋轉發電。2.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的葉片垂向設置，數量為5片且呈等距環形陣列分布于以低速軸為軸心的柱面上;在葉片的兩個三等分點處，分別用水平的葉片支架與低速軸進行連接固定;葉片與葉片支架之間的連接方式為可拆卸式夾持固定。3.如權利要求2所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的葉片支架通過螺母固定于低速軸上，螺母與低速軸上的外螺紋采用螺旋副連接。4.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的葉片由鋁合金構成，且采取鏤空的結構。5.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的葉片為升力型葉片。6.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的低速齒輪模數為0.8，齒數為71;高速齒輪為雙層齒輪，其中上層齒數為15，模數為0.8，下層齒數為59，模數為0.6；低速齒輪和高齒輪形成I:39的加速比。7.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的低速軸的下半部及高速齒輪、高速軸、低速齒輪均設置于下箱體和上箱體可拆卸式組合而成的內部空間中。8.如權利要求7所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的低速軸與高速軸均由被角接觸球軸承固定在箱體上。9.如權利要求1所述的小型便攜風力發電機，其特征在于，所述的電機為高速電機。
【文檔編號】F03D15/00GK106014867SQ201610561543
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發明人】羅坤, 李翰卿, 張涵聰, 朱挺
【申請人】浙江大學