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技术领域

本实用新型涉及风力发电装置，特别是涉及一种利用汽车尾流的风力发电装置。 

背景技术

高速公路目前作为各国交通运输的主要途径，发展迅速。针对其将附带产生的巨大潜在能源，国内外已投入大量资金进行研究，此类系统研究在一定程度上取得了成功。对高速行驶车辆引起的非自然风能的开发利用，欧美一些国家已开展相关研究，例如德国专利DE4232186公开了一种安装在公路或铁路旁的水平轴式风力发电机，但会引起“对风损失”，并且存在安全隐患，故不易推广。 

目前国内外对汽车尾流发电的相关研究较为少见，并且大多数风力发电机都不存在用于稳速的机构，这不论是对发电机的使用寿命还是对发电的不均匀性都会产生很大的影响。 

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种能高效利用高速公路上的风能并进行稳定发电的汽车尾流发电装置。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的： 

包括机架、风能收集与输入机构、齿轮传动与变速机构、单向超越离合机构、向心摆球机构以及低速风力发电机构；风能收集与输入机构的双S形叶轮安装于叶轮轴上，单向超越离合机构、向心摆球机构分别安装于高速轴上，而齿轮传动与变速机构则直接固定在机架上。

上述技术方案中，所述的风能收集与输入机构包括短导风板和长导风板、双S形垂直轴叶轮、叶轮轴、固定销、低速轴、轴承与低速级主动轮。短导风板和长导风板固定在地面上，双S形垂直轴叶轮通过螺栓联接固定在叶轮轴上，叶轮轴通过销孔与销和低速轴连接，低速级主动轮与低速轴通过键联接，低速轴两端通过圆锥滚子轴承、深沟球轴承、推力球轴承分别固定在机架的低速轴上轴承座和低速轴下轴承座内。低速轴通过销与叶轮轴连接。 

上述技术方案中，所述的齿轮传动与变速机构包括相互啮合的低速级主动齿轮和低速级从动齿轮、增速箱以及相互啮合的高速级从动齿轮和高速级主动齿轮。低速级主动齿轮通过键联接固定在低速轴上，增速箱通过螺栓联接竖直固定在增速箱底板上，而增速箱底板与机架上分别设有相互垂直的槽，增速箱底板通过螺栓与机架固定。 

上述技术方案中，所述的单向超越离合机构包括高速级从动齿轮、超越离合器以及高速轴；高速级从动齿轮内孔通过过盈配合与超越离合器外圈连接，超越离合器内圈通过过盈配合与高速轴连接。高速轴的上端固定于高速轴上轴承座内,高速轴的下端通过深沟球轴承、推力球轴承固定于高速轴下轴承座内。深沟球轴承过盈配合于高速轴下轴承座的上部，推力球轴承间隙配合于高速轴下轴承座的下部。 

上述技术方案中，所述的向心摆球机构包括高速轴、四根弹簧、两个摆球以及上下固定架，每个摆球直接钩在上下两根弹簧上，通过弹簧的预拉力悬在空中，弹簧两端分别钩住上固定架和下固定架，上固定架和下固定架通过螺栓联接在高速轴上。 

上述技术方案中，所述的低速风力发电机构包括高速轴、相互啮合的锥齿轮与低速风力发电机。其中，锥齿轮主动轮和锥齿轮从动轮分别通过键联接固定在高速轴和低速风力发电机轴上，低速风力发电机通过螺栓联接固定在机架底板上。 

上述技术方案中，所述的低速风力发电机为永磁直驱同步发电机。 

上述技术方案中，所述的机架由标准方钢焊接而成。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于： 

（1）本实用新型将导风板与双S型叶轮有机地结合起来，这样可以有效地提高风能的收集率。

（2）本实用新型采用齿轮和超越离合器传递运动，实现了子运动的单向平稳传递，当低速轴转速降低时，高速轴在超越离合器的作用下受其影响减弱，从而使能量损失减小到最低。 

（3）本实用新型采用向心摆球的自适应调节，实现动、势能的相互转化，开始转动时转矩较小，增加发电机转速的稳定性，适用于尾流为间歇性的高速公路，延长了发电机的使用寿命，使风力发电更加平稳。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为本实用新型的俯视图。 

图3为本实用新型单向超越离合机构与向心摆球机构的结构示意图。 

图4为本实用新型轴承座的内部剖视图。 

图中：1.双S形垂直轴叶轮，2.叶轮轴，3.低速轴上轴承座，4.低速级主动轮，5.低速级从动轮，6.高速轴上轴承座，7.机架，8.增速箱，9.增速箱底板，10.高速级从动轮，11.高速级主动轮，12.高速轴，13.锥齿轮主动轮，14.锥齿轮从动轮，15.高速轴下轴承座，16.低速风力发电机，17.低速轴下轴承座，18.低速轴，19.短导风板，20.长导风板，21.上固定架，22.超越离合器，23.弹簧，24.摆球，25.下固定架，26.深沟球轴承，27.推力球轴承。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详述，但不限于本实施例所叙述的具体结构。 

如图1所示，包括机架7、风能收集与输入机构、齿轮传动与变速机构、单向超越离合机构、向心摆球机构以及低速风力发电机构。风能收集与输入机构的双S形垂直轴叶轮1通过螺栓联接固定在叶轮轴2上，单向超越离合机构、向心摆球机构分别安装于高速轴12上，而齿轮传动与变速机构则直接固定在机架7上。该机架7由标准方钢焊接而成。 

如图1、图2所示，风能收集与输入机构包括短导风板19和长导风板20、双S形垂直轴叶轮1、叶轮轴2、固定销、低速轴18、轴承与低速级主动轮4。短导风板19和长导风板20固定在地面上，叶轮轴2通过销孔与销和低速轴18连接，低速级主动齿轮4与低速轴18通过键联接来实现扭矩的传递，低速轴18两端通过圆锥滚子轴承、深沟球轴承、推力球轴承分别固定在机架7的低速轴上轴承座3和低速轴下轴承座17内。低速轴18由无缝钢与焊接在两端的实心部分经过车削加工制成。叶轮轴2和低速轴18通过销连接。 

齿轮传动与变速机构包括相互啮合的低速级主动齿轮4和低速级从动齿轮5、增速箱8以及相互啮合的高速级从动齿轮10和高速级主动齿轮11。低速级主动齿轮4通过键联接固定在低速轴18上，增速箱8通过螺栓联接竖直固定在其增速箱底板9上，而增速箱底板9与机架上分别设有相互垂直的槽，增速箱底板9通过螺栓与机架7固定。 

如图3所示，单向超越离合机构包括高速级从动齿轮10、超越离合器22和高速轴12，其中高速级从动齿轮10内孔通过过盈配合与超越离合器22外圈连接，超越离合器22内圈通过过盈配合与高速轴12连接。高速轴12的上端固定于高速轴上轴承座6内,高速轴12的下端通过深沟球轴承26、推力球轴承27固定于高速轴下轴承座15内。深沟球轴承26过盈配合于轴承座15 的上部，主要承受高速轴12的径向力；推力球轴承27间隙配合于轴承座15的下部，主要承受高速轴12的轴向力。 

如图3和图4所示， 向心摆球机构包括四根弹簧23、两个摆球24以及上固定架21和下固定架25。两个摆球24直接钩在上下两根弹簧23上，通过弹簧23的预拉力悬在空中，弹簧23两端分别钩住上固定架21和下固定架25，上固定架21和下固定架25通过螺栓联接在高速轴12上。低速风力发电机构包括相互啮合的锥齿轮主动轮13和锥齿轮从动轮14、低速风力发电机16。锥齿轮主动轮13和锥齿轮从动轮14分别通过键联接固定在高速轴12和低速风力发电机16的转轴上，低速风力发电机16通过螺栓联接固定在机架7底板上。根据高速公路发电的特点，低速风力发电机16采用永磁直驱同步发电机效果较好，其运行效率高，对电网波动的适应性好。 

本实用新型的工作过程如下： 

本实用新型安装于高速公路中间隔离带上。当高速行驶的车辆在行驶过程中所产生的尾流吹动双S型叶轮1旋转，动力经过与低速轴18相连的低速级主动轮4传递到低速级从动轮5，经由增速箱8增速后，由高速级主动齿轮11传递到高速级从动齿轮10。在高速级从动齿轮10内固定有超越离合器22，若高速级从动齿轮10的角速度大于高速轴12，则越离合器22内外圈将同向转动，进而高速轴12将受到动力矩；否则，超越离合器22内圈的转动将不受外圈影响，实现了高速轴的单向增速。摆球24与高速轴12的距离随着高速轴12转速的增大而增大，其转动惯量由小增大，因而，高速轴12的启动惯量较小，转动平稳，并可将部分风能转化为摆球24的动能和势能储存。当高速轴12减速时，旋转的摆球24在低速风力发电机16阻力矩作用下将暂时储存的动能和势能释放，转化为低速风力发电机16的电能输出。所以，此向心摆球24具有暂时储能与自适应稳速的功能，对于汽车尾流产生的非自然风的间断性，用该装置可维持发电机的持续运转。

高速级从动齿轮10通过高速轴12将动力传递到锥齿轮主动轮13，动力又通过锥齿轮主动轮13传递到锥齿轮从动轮14，最终带动低速风力发电机16工作。