多向风力发电机 【技术领域】
本发明涉及风力发电机，更具体地，涉及一种多向风力发电机，其能够最大限度地使用风力和有效地发电，而与风向无关。
背景技术
一般地，发电机可以分为利用水位差的水力发电机，利用燃料燃烧获得电能的热力发电机，利用原子核裂变获得电能的核电站和利用风力的风力发电机。要正确使用发电机发电，应该考虑季节和地理条件的影响。
在上述发电设备中，风力发电机是利用自然界的风力发电，与其它发电设备不同，其优势在于安装费用低廉，并且可以家庭或乡村为单位独立发电。
图8为普通风力发电机的正视图。
如图8所示，普通风力发电机包括可以在风力作用下转动的叶片501，可以利用叶片的旋转力发电的发电机500以及用于支撑发电机500和叶片501的支架600。
上述风力发电机具有多个径向叶片，每个径向叶片距离其旋转轴具有一定长度。当风力作用在每个旋转叶片上，驱动旋转叶片转动时，由于叶片本身重力的影响，一部分旋转叶片会阻碍旋转叶片的旋转运动。每个旋转叶片从一端到另一端的转动距离是不同的。因此，对于以相同角度旋转的叶片整体而言，其旋转能被抵消了，进而降低了风力发电机的效率。
此外，只有当风力作用于叶片的前面时叶片才能旋转。然而，由于风向是不定的，这就需要增加一个独立的机构，根据风向来旋转叶片，给制造带来不便。
【发明内容】
为了解决上述问题而提出本发明，所以本发明的目的是提供一种多向风力发电机，不论风向如何都可以发电，并且对风的阻力降到最小，进而提高其工作效率。
根据本发明的一个方面，提供一种多向风力发电机，其包括：具有中心轴并支撑于地面上地机架，机架围绕中心轴以一定半径限定了一个空间；装在机架中心轴上可转动的第一级旋转轴；多个第一级上/下支架，它们从第一级旋转轴的上下外缘以预定半径延伸；第一级旋转叶片，其两端分别铰接在上/下支架的末端；第一级防转棒，其分别布置在第一级上/下支架上，防止第一级旋转叶片的旋转，从而使第一级旋转叶片与第一级上/下支架保持平行；第一级控制装置，其布置在第一级上/下支架中以控制第一级旋转叶片的旋转；旋转能传动装置，其围绕机架中心轴的下部布置，通过齿轮组合改变的回转速率传输第一级旋转轴的旋转能；以及在由旋转能传输装置输出的旋转能的作用下发电的发电机。
优选地，本发明的多向风力发电机可以进一步包括：辅助旋转叶片，其两端分别铰接于上/下支架的末端以便在风力作用下旋转；辅助限位突起，其分别布置在上/下支架的末端，在辅助旋转叶片的转动过程中与辅助旋转叶片的一侧相接触。
在本发明的多向风力发电机中，旋转控制装置是分别固定在每对防转棒与叶片之间的钢丝，用于调节旋转叶片的旋转角度。此外，旋转控制装置为限位突起，其分别布置在上/下支架的末端两侧，在辅助旋转叶片的转动过程中与辅助旋转叶片的一侧相接触。
在本发明的多向风力发电机中，旋转能传动装置包括：，围绕中心轴的下部布置并有一个内部空间的齿轮箱；从齿轮箱的底面向下突出一定高度的内螺纹部分，用于匹配调节螺栓；设置在调节螺栓上，用于支撑中心轴的中心轴支撑元件；主动齿轮，其安装于旋转轴的一端，该旋转轴套装在中心轴上并伸入到齿轮箱中；从动齿轮轴，其具有与主动齿轮啮合并在齿轮箱内转动的从动齿轮；传动齿轮，其安装在从动齿轮轴的一端并穿过齿轮箱的底部伸出；以及与传动齿轮啮合，用于将旋转能传递给发电机的发电机齿轮。
优选地，本发明的多向风力发电机，可以进一步包括第一至第三级旋转轴，它们按照从第一至第三级旋转轴的顺序安装在第一级旋转轴上；多个第一至第三级上/下支架，它们分别从第一至第三级旋转轴的上下外缘以各自预定的回转半径延伸；第一至第三级旋转叶片，其两端分别铰接于第一至第三级上/下支架的末端，以便在风力作用下旋转；第一至第三级防转棒，其分别布置在第一至第三级上/下支架上，以防止第一至第三级旋转叶片在各自的位置转动；第一至第三级控制装置，其分别布置在第一至第三级上/下支架上，以控制第一至第三级旋转叶片的转动；第一至第三级主动齿轮，其分别与第一至第三级旋转轴伸入齿轮箱的一端接合；以及第一至第三级从动齿轮，其分别以各自的回转速率与第一至第三级主动齿轮相啮合。
在本发明的多向风力发电机中，上/下支架和防转棒优选地由截面形状为V形的型钢制造。
此外，在本发明的多向风力发电机中，主动齿轮与被动齿轮的传动比分别为2.5，1.7，1.25和1，相应顺序是主动齿轮与被动齿轮之比，第二级主动齿轮与被动齿轮之比，第三级主动齿轮与被动齿轮之比和第四级主动齿轮与被动齿轮之比。
【附图说明】
结合附图，从下面的详细描述中，将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。在附图中：
图1是表示本发明多向风力发电机的透视图；
图2是表示本发明多向风力发电机的分解透视图；
图3是表示本发明多向风力发电机的纵截面图；
图4是表示本发明多向风力发电机的横截面图；
图5是表示本发明多向风力发电机的部分透视图；
图6是表示本发明多向风力发电机旋转叶片替代结构的透视图；
图7是表示本发明多向风力发电机旋转叶片另一种替代结构的透视图；
图8是表示普通风力发电机的正视图。
<视图中主要部件代号说明>
10：机架 11：中心轴
20：齿轮箱 30：调节螺栓
40：内螺纹部分 50：中心轴支撑元件
60：旋转轴 70：上/下支架
80：旋转叶片 90：防转棒
100：钢丝 110：主动齿轮
120：从动齿轮 130：从动齿轮轴
140：传动齿轮 150：发电机齿轮
160：发电机 170：限位突起
【具体实施方式】
下面将参照附图更详细地描述本发明的多向风力发电机。
图1是表示本发明的多向风力发电机的透视图，图2是表示本发明多向风力发电机的分解透视图，图3是表示本发明多向风力发电机的纵截面图，图4是表示本发明多向风力发电机的横截面图，图5是表示本发明多向风力发电机的部分透视图，图6是表示本发明多向风力发电机旋转叶片替代结构的透视图，以及图7是表示本发明多向风力发电机旋转叶片另一种替代结构的透视图。
如图1至7所示，本发明的多向风力发电机包括中心轴11和支撑于地面上的机架10，其围绕中心轴11以一定半径限定一个空间。
齿轮箱20位于机架10内，中心轴11下半部分伸入其中，内螺纹部分40从齿轮箱20的底面向下凸出一定高度，调节螺栓30啮合到内螺纹部分40内，中心轴支撑元件50放置在调节螺栓30上以实现与中心轴11底面的点对点接触从而支撑中心轴。
旋转轴60可旋转地安装在机架10的中心轴11上，多个上/下支架70从旋转轴60的上下外缘以预定半径延伸。
旋转叶片80的两端分别铰接在上/下支架70的末端，使得旋转叶片80可以在风力作用下旋转。
防转棒90垂直连接在上/下支架70之间，位于上/下支架70的特定部位，以防止旋转叶片80在特定位置转动。
优选地，上/下支架70和防转棒90均由截面形状为V形的型钢制造。除叶片80以外，风力还作用在上/下支架70和防转棒90上以增大力矩。
钢丝100固定连接在每对防转棒90与旋转叶片80之间，以调节旋转叶片80的转角。
可替换地，限位突起170布置在每个上/下支架70末端的两侧，以调节每个旋转叶片80的转角。在旋转叶片80的旋转过程中，限位突起170与旋转叶片80的一侧相接触以阻挡旋转叶片80的旋转。
除了用限位突起170阻挡旋转叶片80以外，优选地，旋转叶片80伸出上/下支架70的末端以增大旋转叶片80的面积，进而提高风力的作用效果。
可替换地，辅助旋转叶片80a的两端铰接在每一上/下支架70的末端，与每个旋转叶片80的一端紧邻，其中辅助旋转叶片80a的一侧被旋转叶片80的一侧阻挡，从而通过旋转叶片80的这一侧阻挡辅助旋转叶片80a的旋转。此外，辅助限位突起170a布置在上/下支架70的末端以调节辅助旋转叶片80a的转角。
旋转轴60套装在中心轴11上并延伸到齿轮箱20中。在齿轮箱20中，主动齿轮110与旋转轴60的下端接合，从动齿轮120与主动齿轮110相啮合。
在齿轮箱20中，从动齿轮轴130在从动齿轮120的驱动下旋转，并穿过齿轮箱20的底面伸出。传动齿轮140与从动齿轮轴130的下端接合，并与发电机160上的发电机齿轮150相啮合。
优选地，第一至三级旋转轴60a，60b和60c套装在装于中心轴11上的旋转轴60上，第一至三级上/下支架70a，70b和70c分别从第一至三级旋转轴60a至60c的上下外缘延伸预定半径。
此外，旋转叶片80的两端分别铰接在第一至三级上/下支架70a至70c的末端，使得旋转叶片80能够在风力作用下旋转。防转棒90分别在特定位置阻挡旋转叶片80的旋转。钢丝100固定连接在每对防转棒90和旋转叶片80之间，以调节旋转叶片80的转角。
第二级上/下支架70a延伸一个预定长度，装在第二级支架70a上的旋转叶片80高度相等。第三级上/下支架70b延伸的预定长度大于第二级上/下支架70a延伸的预定长度，装在第三级支架70b上的旋转叶片80高度相等。第四级上/下支架70c延伸的预定长度大于第三级上/下支架70b延伸的预定长度，装在第四级支架70c上的旋转叶片80高度相等。这样，第一至三级上/下支架70a至70c就分别以彼此不同的回转半径旋转。
第一至三级旋转轴60a至60c延伸至齿轮箱20中。第一至三级主动齿轮110a，110b和110c分别与第一至三级旋转轴60a至60c的下端接合，第一至三级从动齿轮120a，120b和120c与从动齿轮轴130接合，并分别与第一至三级主动齿轮110a至110c相啮合。
利用本发明的上述结构，风力将会影响与固定在防转棒上的钢丝相连接的多个叶片。
此外，这些叶片也会受海水或潮汐影响，所以本发明也可用于潮汐发电站。
在风力或海水作用下的多个叶片，比如当风力作用在每一个安装在每个旋转轴外围的叶片的一侧的时候，相关的旋转叶片就会被对应的防转棒支撑而不转动。
这样，在风力作用下旋转叶片将会带动旋转轴转动。
此外，旋转叶片的一侧与相应的固定在防转棒上的钢丝连接以调节旋转叶片的转角。
根据本发明可供选择的方法，提供限位突起和辅助限位突起以调节旋转叶片的转角。当旋转叶片转到一个预定的角度之后，旋转叶片中的第一个叶片的一侧被布置在相应上/下支架末端的相应的限位突起挡住。同时，每一个辅助叶片在转到一个预定的角度之后，也会被相应的辅助限位突起挡住。
当风力作用在辅助旋转叶片上时，相应的辅助限位突起的一侧与辅助旋转叶片的一侧相接触以防止其转动，这样，辅助旋转叶片与旋转叶片一起带动旋转轴旋转。
当风力作用在远离第一级旋转叶片的第二级辅助叶片之一上时，相关的旋转叶片旋转以避免风力的影响，此时相应的防转棒布置在叶片的前面，即在向风的一侧。
因此，第一级旋转叶片在风力作用下将旋转能加在旋转轴上带动旋转轴旋转，在此过程中第二级旋转叶片逆风转动，第二级旋转叶片在不减少旋转轴旋转能的前提下转动以免受风力的影响，这样，就可以增强旋转轴的旋转能。
如图1所示，旋转轴随旋转叶片一起在风力作用下顺时针旋转，其中当旋转叶片位于旋转轴的下风方向时，每个旋转叶片的位置角度为零度。在0至180度的位置角度中，旋转叶片所受风力的影响逐渐加大，因此将旋转能加到旋转轴上。当通过180度的位置角度时，旋转叶片在风力作用下旋转。
当位置角度为180至270度时，旋转叶片受到风向的作用而倾斜，从而风力吹在倾斜的旋转叶片上，以增强旋转轴的旋转能。
当位置角度为270至360度时，旋转叶片与风向平行，因而不受风力影响，不会降低旋转轴的旋转能。
因此，旋转叶片可以在0至270度的角度范围内产生旋转能，以增强旋转轴的旋转能。
在增强的旋转能作用下旋转轴旋转，齿轮箱中主动齿轮将旋转能传递给从动齿轮，之后，通过传动齿轮，从动齿轮轴将旋转能传递给发电机使发电机发电。
同时，套装于旋转轴上的第一至三级旋转轴都会增强旋转轴的旋转能。
在齿轮箱中，第一至三级旋转轴的旋转能传递给从动齿轮的过程是，第一至三级主动齿轮分别与第一至三级主动齿轮轴的下部接合。第一至三级从动齿轮与从动齿轮轴接合，并分别与第一至三级主动齿轮以不同的回转速率相啮合。
在主动齿轮分别与从动齿轮啮合的过程中，第四级旋转轴具有最大旋转半径，旋转轴具有最小旋转半径。优选地，主动齿轮与从动齿轮的转速比为2.5，1.7，1.25和1，其顺序是主动齿轮与从动齿轮的转速比，第二级主动齿轮与从动齿轮的转速比，第三级主动齿轮与从动齿轮的转速比和第四级主动齿轮与从动齿轮的转速比。
工业适用性
综上所述，本发明的多向风力发电机，不论风向如何都可以发电，并且使对风的阻力降到最小，进而提高其工作效率。