專利名稱：流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體動力裝置，具體地涉及通過葉片將流體的能量轉(zhuǎn)化成動力 的流體動力裝置。本發(fā)明還涉及一種包含有這種流體動力裝置的流體發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
能源短缺已經(jīng)成為世界各國最關(guān)注的問題之一。據(jù)預(yù)測，作為最主要使用的能 源，世界范圍內(nèi)的可供開采和利用的石油儲量僅夠繼續(xù)使用四十年左右。同時，剩余石 油儲量的開發(fā)難度也越來越大，到一定限度就會失去繼續(xù)開采的價值。因此，大力發(fā)展 可再生能源是世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。流體能量如風(fēng)能和潮汐能是一種潛力很大的替代能源。由于資源豐富且相對便 宜，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)引起了人們廣泛的興趣。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能 的設(shè)備，其原理是利用風(fēng)力帶動葉片旋轉(zhuǎn)，再利用傳動機(jī)構(gòu)將該旋轉(zhuǎn)的動力輸出給發(fā)電 機(jī)，從而促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電既不存在燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射危害或空氣污 染，因此對環(huán)境也十分安全。現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常采用兩個以上的葉片以提高效率。然而，各個葉片在轉(zhuǎn) 動時將分別處于不同的位置和方位，這容易在彼此之間產(chǎn)生相互干擾。例如，在設(shè)計(jì)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的葉片布置時如果將多個普通的平板式葉片與傳動軸直接相連，那么會產(chǎn)生這 樣一種情況，即順風(fēng)運(yùn)動的葉片以最大的面積承受風(fēng)力，而徑向上與之相對(或者大致 相對)的逆風(fēng)運(yùn)動的葉片同樣也以最大的面積承受風(fēng)力，從而導(dǎo)致這兩個葉片產(chǎn)生相同 大小但方向相反的力矩。顯然，這兩個力矩會互相沖突，這不僅將嚴(yán)重影響葉片轉(zhuǎn)動的 穩(wěn)定性和持續(xù)性，還會顯著降低風(fēng)能的利用率。即使僅采用一個葉片，這種轉(zhuǎn)動失穩(wěn)的 情況也同樣會存在。為此，現(xiàn)有技術(shù)中的葉片大多采用特定的翼型設(shè)計(jì)，例如具有流線形的葉片前 緣和后緣。這種流線形的葉片能夠?qū)崿F(xiàn)空氣動力學(xué)上的優(yōu)化，使得葉片在順風(fēng)運(yùn)動時盡 可能利用風(fēng)的動能，同時在逆風(fēng)運(yùn)動時不會顯著阻礙風(fēng)的流動。然而，這種特定的翼型 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，對葉片制造工藝的要求很高，因此相應(yīng)地提高了生產(chǎn)成本。同時，仍然 存在一定程度上的不同葉片之間的干擾。這些因素都不利于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的普及。因此，需要這樣一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其中不需要對葉片的形狀進(jìn)行特別設(shè)計(jì)， 甚至當(dāng)采用普通平板形式的葉片時也能使得順風(fēng)運(yùn)動的葉片保持以最大的面積面對風(fēng) 向，同時逆風(fēng)運(yùn)動的葉片不會阻礙風(fēng)的流動，使得葉片的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)能的充分 利用并提高發(fā)電裝置的性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于轉(zhuǎn)化并輸出流體能量的流體動力裝 置，其包括第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)，它們均包括位于中心的固定的太陽齒輪以及設(shè)置在 所述太陽齒輪周圍并與之形成嚙合關(guān)系的行星齒輪，所述第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)的太陽齒輪分別安裝在一用來輸出能量的輸出軸上的不同位置處；與所述第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)中 的行星齒輪均剛性連接的行星齒輪軸；與所述行星齒輪軸剛性連接的葉片，所述葉片布 置在第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)之間，并用來承受流體能量以帶動所述行星齒輪軸轉(zhuǎn)動；以及 第一和第二連接件，其相互平行地固定設(shè)置在所述輸出軸上的不同位置處且分別位于所 述葉片的兩側(cè)，并且均與所述行星齒輪軸剛性地相連，從而將所述行星齒輪軸的轉(zhuǎn)動傳 遞給所述輸出軸。根據(jù) 本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于轉(zhuǎn)化并輸出流體能量的流體動力裝 置，其包括第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)，它們均包括位于中心的可轉(zhuǎn)動的太陽齒輪、設(shè) 置在所述太陽齒輪周圍并與之形成嚙合關(guān)系的行星齒輪，以及固定不動的齒圈，其中， 所述第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽齒輪分別固定地安裝在一用來輸出動能的輸出軸上 的不同位置處；與所述第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星齒輪剛性連接的行星齒輪軸； 與所述行星齒輪軸剛性連接并且布置在第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)之間的葉片；以及第 一和第二連接件，其相互平行地可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述輸出軸上的不同位置處且分別位于 所述葉片的兩側(cè)，并且均與所述行星齒輪軸剛性地相連，其中，所述葉片承受流體的能 量，帶動所述行星齒輪軸轉(zhuǎn)動，并通過所述行星齒輪和太陽齒輪將該轉(zhuǎn)動傳遞給所述輸 出軸。在一個實(shí)施例中，設(shè)置了四個與太陽齒輪直接形成嚙合的行星齒輪。相應(yīng)地， 采用四個行星齒輪軸來將第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，同時，第一和第 二連接件在不同的位置處分別與這四個行星齒輪軸均連接。容易理解，在這種情況下該 流體動力裝置包括四個葉片。在一個優(yōu)選示例中，任意兩個的相鄰葉片成135度角。此 時，當(dāng)行星齒輪軸圍繞輸出軸旋轉(zhuǎn)一周即360度時，葉片旋轉(zhuǎn)了一周半，即540度。在上述實(shí)施例的一種變型中，四個行星齒輪分別通過四個中間齒輪與太陽齒輪 形成嚙合。在這種情況下，任意兩個的相鄰葉片成45度角。此時，當(dāng)行星齒輪軸圍繞 輸出軸旋轉(zhuǎn)一周即360度時，葉片僅旋轉(zhuǎn)了半周，即180度。在另一個實(shí)施例中，設(shè)置了六個行星齒輪。這六個行星齒輪分別通過六個中間 齒輪與太陽齒輪形成嚙合。相應(yīng)地，采用六個行星齒輪軸來將第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)中的 對應(yīng)行星齒輪相連，同時，第一和第二連接件在不同的位置處分別與這六個行星齒輪軸 均連接。容易理解，在這種情況下該流體動力裝置包括六個葉片。在一個優(yōu)選示例中， 任意兩個的相鄰葉片成30度角。此時，當(dāng)行星齒輪軸圍繞輸出軸旋轉(zhuǎn)一周即360度時， 葉片僅旋轉(zhuǎn)了半周，即180度。根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例，各行星齒輪與太陽齒輪的齒數(shù)比R均設(shè)定為 2 (2η+1),其中η為非負(fù)整數(shù)，即0、1、2、3......。在一個尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，R設(shè)
定為2 1。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種流體發(fā)電設(shè)備，其包括如上所述的流體動 力裝置和發(fā)電機(jī)，其中流體動力裝置的輸出軸連接到發(fā)電機(jī)上。在一個實(shí)施例中，流體動力裝置安裝在一回轉(zhuǎn)臺上，從而能夠根據(jù)流體的具體 流體方向而設(shè)定最佳的葉片方位，以便最優(yōu)化地利用流體的能量。為提高效率，可以將多個流體動力裝置垂直地疊加起來。此時，這些流體動力 裝置的輸出軸為一根整體式輸出軸。
根據(jù)本發(fā)明的流體動力裝置，當(dāng)行星齒輪圍繞太陽齒輪旋轉(zhuǎn)一圈時，葉片僅圍 繞太陽齒輪旋轉(zhuǎn)半圈。這樣，當(dāng)一個葉片以最大的面積承受風(fēng)力時，與之徑向上相對的 葉片以將最小的面積承受風(fēng)力。因此，葉片之間不會產(chǎn)生互相抵消或?qū)е聸_突的驅(qū)動力或力矩。這樣，葉片能夠以平穩(wěn)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，同時流體能量的利用率也最高。盡管采用一組齒輪機(jī)構(gòu)和連接件也能夠運(yùn)作，然而本發(fā)明的流體動力裝置和流 體發(fā)電設(shè)備采用了上、下兩組齒輪機(jī)構(gòu)和連接件，使得流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備的 運(yùn)行更加平穩(wěn)，動力的傳遞也更加有效。由于地理位置的特殊性，這種流體發(fā)電設(shè)備通 常安裝在定期監(jiān)控或維修比較困難的遙遠(yuǎn)場所，派人員去這些場所進(jìn)行維修及維護(hù)的費(fèi) 用很高。根據(jù)本發(fā)明的裝置和設(shè)備使用了兩組齒輪機(jī)構(gòu)和連接件，因此在其中一組部件 出現(xiàn)磨損時也能正常工作，因此大大節(jié)約了維護(hù)成本。根據(jù)本發(fā)明的流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備采用齒輪機(jī)構(gòu)來進(jìn)行傳動，其所引 起的能量損耗比其它的傳動方式低。因此，本發(fā)明能夠提供較高的能量轉(zhuǎn)換效率。在 本發(fā)明中使用的齒輪優(yōu)選地采用輕質(zhì)材料制造，可選的例子包括纖維或輕質(zhì)金屬，例如鋁。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備不僅能夠利用風(fēng)能，也 可以利用其它形式的流體能量。一個例子為水流能，例如海洋洋流或潮汐所產(chǎn)生的能量。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備；圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備中的齒輪 機(jī)構(gòu)的布置；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的流體動力裝置和流體發(fā)電設(shè)備；圖5是沿圖4中A-A線的剖視圖；圖6是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的流體動力裝置的行星齒輪機(jī)構(gòu)的剖視 圖；圖7顯示了水平放置的流體發(fā)電設(shè)備；以及圖8顯示了具有兩個垂直疊置的流體動力裝置的流體發(fā)電設(shè)備。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹。圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的流體動力裝置10。如圖1所示，該 流體動力裝置10大體上為圓柱形的籠式結(jié)構(gòu)，其外部輪廓由頂板20、底板30限定。為 了增強(qiáng)穩(wěn)定性并有利于流體從中穿過，設(shè)置了周向上的絲網(wǎng)40來將頂板20和底板30相 連。這樣，由頂板20、底板30和絲網(wǎng)40共同構(gòu)成了一個籠式結(jié)構(gòu)。在流體動力裝置10的中心設(shè)置了一根輸出軸50，其垂直于頂板20和底板30布 置，并且可以轉(zhuǎn)動以便向外輸出動力。沿著輸出軸50在兩個不同的位置處彼此平行地設(shè) 置了兩個齒輪機(jī)構(gòu)。為描述方便，將上方的齒輪機(jī)構(gòu)稱為第一齒輪機(jī)構(gòu)60，將下方的齒輪機(jī)構(gòu)稱為第二齒輪機(jī)構(gòu)70。上方的 第一齒輪機(jī)構(gòu)60包括安裝在輸出軸50上的太陽齒輪62，以及圍繞著太陽 齒輪62布置的至少一個行星齒輪65。在圖1和2所示的實(shí)施例中，太陽齒輪62是固定 不動的，其可通過軸承安裝在可轉(zhuǎn)動的輸出軸50上。同時，設(shè)置了四個與其嚙合的行星 齒輪65-1、65-2、65-3和65-4。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，僅使用一個行星齒輪或者 選擇其它數(shù)量的行星齒輪都是可以的。同樣，太陽齒輪和行星齒輪的具體尺寸可以根據(jù) 具體情況的需要而定。類似的，下方的第二齒輪機(jī)構(gòu)70也包括安裝在輸出軸50上的固定不動的太陽齒 輪72，以及圍繞著太陽齒輪72布置的至少一個行星齒輪75 (在本實(shí)施例中為四個行星齒 輪75-1、75-2、75-3和75-4)。下方的行星齒輪75_1到75_4與上方的行星齒輪65_1到 65-4形成一一對應(yīng)的關(guān)系。流體動力裝置10還包括四個行星齒輪軸80-1到80-4。這四個行星齒輪軸分別 與上、下對齊的四對行星齒輪剛性連接，即行星齒輪軸80-1與行星齒輪65-1和75-1剛 性連接，行星齒輪軸80-2與行星齒輪65-2和75-2剛性連接，等等。在各行星齒輪軸80-1到80-4上分別剛性地安裝有葉片85_1到85_4。這些葉片 能夠在流體的作用下產(chǎn)生運(yùn)動，從而帶動相應(yīng)的行星齒輪軸旋轉(zhuǎn)。流體動力裝置10還包括設(shè)置在輸出軸50上的上方連接件90和下方連接件91。 這些連接件優(yōu)選地構(gòu)造成圓盤的形式。當(dāng)然，非圓形的盤件也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。上 方連接件90與輸出軸50剛性地連接，同時還在上方與四個行星齒輪軸80-1到80-4剛性 地連接。同樣，下方連接件91也與輸出軸50剛性地連接，同時還在下方與四個行星齒 輪軸80-1到80-4剛性地連接。這樣，當(dāng)葉片被流體能量致動時，葉片便帶動行星齒輪 軸旋轉(zhuǎn)。行星齒輪軸的旋轉(zhuǎn)通過上方和下方連接件被傳遞到輸出軸上，從而導(dǎo)致輸出軸 也旋轉(zhuǎn)以輸出動力。這種雙連接件的構(gòu)造使得動力的傳遞非常平穩(wěn)。根據(jù)本發(fā)明，各行星齒輪65和太陽齒輪62之間的齒數(shù)比R可以選擇為 2 (2η+1),其中η為任意非負(fù)整數(shù)，即0、1、2、3...，等等。在如圖所示的例子中， R選定為2 1。優(yōu)選的是，四個葉片85-1到85-4中的任意兩個相鄰葉片之間的夾角設(shè) 定為135度。下面基于圖2以第一齒輪機(jī)構(gòu)60為例來介紹根據(jù)本發(fā)明的流體動力裝置10的工 作原理。為方便說明，假定流體(例如風(fēng))沿著圖中的從上至下的方向流動。在初始位 置，最右邊的葉片85-1呈水平地布置，其以最大的面積承受風(fēng)力。因此，最右邊的葉 片85-1將產(chǎn)生帶動行星齒輪軸轉(zhuǎn)動(從而帶動連接件和輸出軸轉(zhuǎn)動)的主要驅(qū)動力。此 時，上方葉片85-4和下方葉片85-2與水平方向呈45度角或135度角，它們也能產(chǎn)生帶 動行星齒輪軸轉(zhuǎn)動的部分驅(qū)動力。同時，最左邊的葉片85-3處于垂直的方位。這樣， 最左邊的葉片85-3以最小的面積承受風(fēng)力，其幾乎不產(chǎn)生任何驅(qū)動力，從而不會產(chǎn)生與 葉片85-1相沖突的驅(qū)動力。因此，葉片的運(yùn)行比較穩(wěn)定，同時風(fēng)力的利用率也很高。當(dāng)葉片受到風(fēng)力的作用而轉(zhuǎn)動時，它不僅帶動行星齒輪軸旋轉(zhuǎn)，同時也帶動行 星齒輪圍繞太陽齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)行星齒輪65-1圍繞太陽齒輪62轉(zhuǎn)動90度時，由于行星齒 輪65和太陽齒輪62之間的齒數(shù)比為2 1，因此行星齒輪65-1上的葉片85-1將旋轉(zhuǎn)135 度，即行星齒輪65-1和葉片85-1將進(jìn)入到如圖2中示出的行星齒輪65-2和葉片85_2所處的位置和方位。此時，行星齒輪65-2和葉片85-2進(jìn)入到如圖2中所示出的行星齒輪 65-3和葉片85-3所處的位置和方位，行星齒輪65-3和葉片85_3進(jìn)入到如圖2中所示出 的行星齒輪65-4和葉片85-4所處的位置和方位，而行星齒輪65-4和葉片85_4進(jìn)入到如 圖2中所示出的行星齒輪65-1和葉片85-1所處的位置和方位。因此，在這個位置，最右 邊的葉片(此時為葉片85-4)仍然處于水平的方位，而最左邊的葉片(此時為葉片85-2) 仍然處于垂直的方位。這樣，葉片之間仍然不會產(chǎn)生互相干擾，使得葉片的運(yùn)行比較穩(wěn) 定。容易理解，當(dāng)行星齒輪65-1圍繞太陽齒輪62轉(zhuǎn)動一周即360度時，葉片85_1 將旋轉(zhuǎn)540度。這樣，每當(dāng)最右邊的葉片處于水平方位時，最左邊的葉片必定處于垂直 方位，而上方和下方的葉片與水平方向均成45度或135度。因此，根據(jù)本發(fā)明的流體動 力裝置在其運(yùn)行期間各個葉片之間不會產(chǎn)生沖突性力矩，葉片的運(yùn)行穩(wěn)定，同時能夠最 大限度地利用流體(風(fēng)或水)的能量。另外，由于第一和第二連接件將各行星齒輪軸剛性地連接在一起，因此導(dǎo)致分 別與各行星齒輪軸剛性連接的各個葉片之間的轉(zhuǎn)動也能夠保持一致，從而使流體動力裝 置的工作更加穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明的這種設(shè)計(jì)，除傳動結(jié)構(gòu)非常簡單以外，另一優(yōu)點(diǎn)是無須為葉片采 用特殊的翼型設(shè)計(jì)。相反，由于各個葉片之間不會產(chǎn)生沖突性力矩，因此能夠采用最普 通的諸如平板形式的葉片。因此，根據(jù)本發(fā)明的流體動力裝置能夠顯著地降低成本，同 時提高能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明還提供了一種流體發(fā)電設(shè)備100，其包括如上所述的流體動力裝置10和 發(fā)電機(jī)92(如圖1所示)。其中，流體動力裝置10的輸出軸50與發(fā)電機(jī)92的輸入機(jī)構(gòu) 相連，從而將流體能量所產(chǎn)生的動力經(jīng)輸出軸50輸送給發(fā)電機(jī)92，以便進(jìn)行發(fā)電。在一個實(shí)施例中，該流體發(fā)電設(shè)備100還包括旋轉(zhuǎn)臺95，流體動力裝置10安裝 在該旋轉(zhuǎn)臺95上，如圖1所示。這樣，根據(jù)流體運(yùn)動的具體方向(風(fēng)向、水流方向等)， 就可以通過旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)臺95來方便地將流體動力裝置10的方位布置成與圖2所示的相一 致，從而最大限度地利用流體的能量。作為一個優(yōu)選實(shí)施例，可以將旋轉(zhuǎn)臺95安裝在一 個底架98上以方便安裝和運(yùn)輸。在這種情況下，發(fā)電機(jī)92可以布置在底架98的凹腔 內(nèi)，以形成一個緊湊的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，當(dāng)行星齒輪圍繞太陽齒輪轉(zhuǎn)動一周即360度 時，葉片將旋轉(zhuǎn)一周半即540度。也就是說，各葉片在行星齒輪的一周旋轉(zhuǎn)中將旋轉(zhuǎn)超 過360度。因此，在從下方位置(圖2中的行星齒輪65-2所處的位置)朝向最左方位置 (圖2中的行星齒輪65-3所處的位置)的運(yùn)動期間以及在從最左方位置(圖2中的行星齒 輪65-3所處的位置)朝向上方位置(圖2中的行星齒輪65-4所處的位置)的運(yùn)動期間， 各葉片都會在某一瞬時呈現(xiàn)出處于水平的狀態(tài)。此時，因慣性方面的原因葉片能夠持續(xù) 性轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性將受到一定的影響。
本發(fā)明的第二實(shí)施例針對這一問題進(jìn)行了改進(jìn)。如圖3所示，第二實(shí)施例中的 齒輪機(jī)構(gòu)(以第一齒輪機(jī)構(gòu)120為例)包括固定在中心的太陽齒輪122和設(shè)置于太陽齒 輪122周圍的四個行星齒輪125-1到125-4，各行星齒輪與太陽齒輪之間的齒數(shù)比R仍為 2 1。在該實(shí)施例中不同的是，四個行星齒輪125-1到125-4分別通過四個中間齒輪124-1到124-4與太陽齒輪122形 成嚙合。其余設(shè)置與第一實(shí)施例中的大致相同，在此不 再重復(fù)并在圖3中也未示出。在該實(shí)施例中，由于中間齒輪的存在，當(dāng)行星齒輪125-1圍繞太陽齒輪122旋轉(zhuǎn) 90度時，其上的葉片135-1僅旋轉(zhuǎn)了 45度，即行星齒輪125-1和葉片135-1將進(jìn)入到如 圖3中示出的行星齒輪125-2和葉片135-2所處的位置和方位，而行星齒輪125-2和葉片 135-2、行星齒輪125-3和葉片135-3以及行星齒輪125-4和葉片135-4依次進(jìn)入到如圖 3中所示出的行星齒輪125-3和葉片135-3、行星齒輪125-4和葉片135-4以及行星齒輪
125-1和葉片135-1的位置和方位。此時，最右邊的葉片(此時為葉片125-4)仍然處于 水平的方位，而最左邊的葉片(此時為葉片125-2)仍然處于垂直的方位。這樣，葉片之 間仍然不會產(chǎn)生互相干擾的力矩，使得葉片的運(yùn)行十分穩(wěn)定。容易理解，在該實(shí)施例中，當(dāng)行星齒輪125-1圍繞太陽齒輪122轉(zhuǎn)動一周即360 度時，葉片135-1將僅僅旋轉(zhuǎn)180度。這樣，每當(dāng)最右邊的葉片處于水平方位時，最左 邊的葉片必定處于垂直方位，而上方和下方的葉片與水平方向成135度或45度。而且， 對于任一葉片來說，在與之相關(guān)的行星齒輪軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中，它只可能在最右邊的 位置呈現(xiàn)出水平狀態(tài)，而在其它任一位置都不會處于水平狀態(tài)。因此，根據(jù)該第二實(shí)施 例的流體動力裝置在其整個運(yùn)行期間完全不會產(chǎn)生任何沖突性力矩，葉片的運(yùn)行非常穩(wěn) 定，同時能夠最大限度地利用流體的能量。需要說明的是，在這一實(shí)施例中，四個中間齒輪僅起到中間傳動的作用，因此 它們的齒輪軸并不與任何一個連接件相連。這些中間齒輪的大小和齒數(shù)可由本領(lǐng)域的技 術(shù)人員根據(jù)具體情況而定。在上文中結(jié)合四個葉片、四個行星齒輪和四個行星齒輪軸的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn) 行了介紹。然而，本發(fā)明并不限于該實(shí)施例。容易理解，其它數(shù)量的葉片、行星齒輪和 行星齒輪軸也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖4和5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的流體動力裝置150。由于大部分結(jié)構(gòu) 與第一實(shí)施例中的類似，因此其具體介紹在此略去。下面僅介紹不同之處。如圖4所示，第三實(shí)施例中的齒輪機(jī)構(gòu)(以第一齒輪機(jī)構(gòu)160為例)包括固定在 中心的太陽齒輪162和設(shè)置于太陽齒輪162周圍的六個行星齒輪165-1到165-6，各行星 齒輪165-1到165-6與太陽齒輪162之間的齒數(shù)比R仍定為2 1。在該實(shí)施例中，六 個行星齒輪165-1到165-6通過六個中間齒輪164-1到164-6與太陽齒輪162形成嚙合。在這一實(shí)施例中，由于行星齒輪的數(shù)量增加到六個，因此葉片的數(shù)量也相應(yīng)地 增加到六個。此時，任意兩個相鄰葉片之間的夾角應(yīng)當(dāng)設(shè)定30度。這種六個葉片的設(shè) 計(jì)能夠更加有效地利用風(fēng)能。容易理解，在根據(jù)第三實(shí)施例的流體動力裝置150中，每當(dāng)最右邊的葉片165-1 處于水平方位時，最左邊的葉片165-4必定處于垂直方位。中間的葉片處于與水平成30 度、60度、120度和150度角的位置。同樣，在這種結(jié)構(gòu)中，任何葉片只可能在與之相 關(guān)的行星齒輪處于最右端的位置(即圖5中的行星齒輪165-1所處的位置)時呈現(xiàn)出處于 水平的狀態(tài)，而在其余位置均不會處于水平狀態(tài)。因此，根據(jù)該實(shí)施例的流體動力裝置 在其整個運(yùn)行期間完全不會產(chǎn)生任何沖突性力矩，葉片的運(yùn)行非常穩(wěn)定。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的流體動力裝置200的截面圖。同樣，為避免重復(fù)，在下文中僅介紹其與第一實(shí)施例的不同之處。如圖所示，在該第四實(shí)施例中，齒輪機(jī)構(gòu)包括太陽齒輪、行星齒輪以及齒圈， 從而形成了一個行星齒輪機(jī)構(gòu)。以上方的第一齒輪機(jī)構(gòu)260為例，該齒輪機(jī)構(gòu)260包括 可以旋轉(zhuǎn)的 太陽齒輪262、圍繞著太陽齒輪262布置并與之嚙合的四個行星齒輪265-1到 265-4，以及固定不動的齒圈210。各行星齒輪265-1到265-4均與相應(yīng)的行星齒輪軸 280-1到280-4剛性相連。太陽齒輪262與輸出軸250剛性連接。在該流體動力裝置200中，流體的能量帶動葉片運(yùn)動，導(dǎo)致相應(yīng)的行星齒輪軸 也轉(zhuǎn)動。行星齒輪軸的轉(zhuǎn)動又導(dǎo)致與之剛性連接的行星齒輪沿著齒圈210轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶 動太陽齒輪262旋轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)致輸出軸250也旋轉(zhuǎn)，從而輸出動力。在該實(shí)施例中仍然設(shè)置了第一和第二連接件，但此時第一和第二連接件僅將各 行星齒輪軸280-1到280-4剛性地相連，卻不與輸出軸250剛性連接。也就是說，第一 和第二連接件布置在輸出軸250上并可圍繞其轉(zhuǎn)動。連接件用來使各葉片的轉(zhuǎn)動保持一 致，從而增強(qiáng)流體動力裝置的穩(wěn)定性。盡管未示出，然而容易理解，第二實(shí)施例和第三實(shí)施例所描述的行星齒輪通過 中間齒輪與太陽齒輪嚙合的結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用到該實(shí)施例中。這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在 閱讀了上述實(shí)施例之后容易得到的改進(jìn)，在此不再贅述。以上三個實(shí)施例中的流體動力裝置都以豎直的方式安裝，但這并不是唯一的。 圖7顯示了水平放置的流體發(fā)電裝置300，其中輸出軸350水平地布置。在這種情況下可 以不用設(shè)置絲網(wǎng)。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一流體發(fā)電設(shè)備，其包括沿豎直方向上疊置的兩個 流體動力裝置10。此時，這兩個流體動力裝置的輸出軸集成為一根輸出軸50，即利用同 一輸出軸50向一臺發(fā)電機(jī)92提供動力。顯然，在這種情況下能夠輸出以用來發(fā)電的動 力更大。容易理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而將任意數(shù)量的流體動 力裝置進(jìn)行任意形式的組裝。這都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，雖然在上文中以風(fēng)力為例具體描述了本發(fā)明的流體動力裝置和發(fā)電設(shè) 備，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其也能應(yīng)用在其它流體中，比如水流。特別地，本 發(fā)明的發(fā)電設(shè)備在水中能夠獲得更高的效率，這是因?yàn)樗鞯姆较蛳鄬Ω蛹校L(fēng) 向可能隨時發(fā)生改變。雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情 況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在 結(jié)構(gòu)沖突，本發(fā)明所披露的各種實(shí)施例和示例均可以任意方式相互結(jié)合起來使用，在此 說明書中未對這些情況進(jìn)行充分描述僅僅是出于省略篇幅的考慮。另外，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，也可以進(jìn)行多種改變以使得特定的環(huán)境 或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括 落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)化并輸出流體能量的流體動力裝置，其包括第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)，它們均包括位于中心的固定的太陽齒輪以及設(shè)置在所述太陽 齒輪周圍并與之形成嚙合關(guān)系的行星齒輪，所述第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)的太陽齒輪分別安 裝在一用來輸出能量的輸出軸上的不同位置處；與所述第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)中的行星齒輪均剛性連接的行星齒輪軸； 與所述行星齒輪軸剛性連接的葉片，所述葉片布置在第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)之間，并 用來承受流體能量以帶動所述行星齒輪軸轉(zhuǎn)動；和第一和第二連接件，其相互平行地固定設(shè)置在所述輸出軸上的不同位置處且分別位 于所述葉片的兩側(cè)，并且均與所述行星齒輪軸剛性地相連，從而將所述行星齒輪軸的轉(zhuǎn) 動傳遞給所述輸出軸。
2.如權(quán)利要求1所述的流體動力裝置，其特征在于，各所述行星齒輪與所述太陽齒輪 的齒數(shù)比R均設(shè)定為2 (2η+1),其中η為非負(fù)整數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的流體動力裝置，其特征在于，所述齒數(shù)比R為2 1。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有四個行星齒 輪、四個行星齒輪軸和四個葉片，其中所述四個行星齒輪軸分別將所述第一和第二齒輪 機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，并且四個行星齒輪均與所述太陽齒輪直接嚙合。
5.如權(quán)利要求4所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成135度
6.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有四個行星齒 輪、四個行星齒輪軸和四個葉片，其中所述四個行星齒輪軸分別將所述第一和第二齒輪 機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，并且四個行星齒輪分別通過四個中間齒輪與所述太陽齒輪 形成嚙合。
7.如權(quán)利要求6所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成45度
8.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有六個行星齒 輪、相應(yīng)的六個行星齒輪軸和六個葉片，其中所述六個行星齒輪軸分別將所述第一和第 二齒輪機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，并且所述六個行星齒輪分別通過六個中間齒輪與所 述太陽齒輪形成嚙合。
9.如權(quán)利要求8所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成30度
10.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，所述流體動力裝 置還包括外殼，所述外殼包括頂板、底板和設(shè)置在周邊的絲網(wǎng)。
11.一種用于轉(zhuǎn)化并輸出流體能量的流體動力裝置，其包括第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)，它們均包括位于中心的可轉(zhuǎn)動的太陽齒輪、設(shè)置在所述 太陽齒輪周圍并與之形成嚙合關(guān)系的行星齒輪，以及固定不動的齒圈，其中，所述第一 和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽齒輪分別固定地安裝在一用來輸出動能的輸出軸上的不同位 置處；與所述第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星齒輪剛性連接的行星齒輪軸； 與所述行星齒輪軸剛性連接并且布置在第一和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)之間的葉片，以及第一和第二連接件，其相互平行地可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述輸出軸上的不同位置處且分 別位于所述葉片的兩側(cè)，并且均與所述行星齒輪軸剛性地相連，其中，所述葉片承受流體的能量，帶動所述行星齒輪軸轉(zhuǎn)動，并通過所述行星齒輪 和太陽齒輪將該轉(zhuǎn)動傳遞給所述輸出軸。
12.如權(quán)利要求11所述的流體動力裝置，其特征在于，各所述行星齒輪與所述太陽齒 輪的齒數(shù)比R均設(shè)定為2 (2η+1),其中η為非負(fù)整數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的流體動力裝置，其特征在于，所述齒數(shù)比R為2 1。
14.如權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有四個行 星齒輪、相應(yīng)的四個行星齒輪軸和四個葉片，其中所述四個行星齒輪軸分別將所述第一 和第二行星齒輪機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，并且四個行星齒輪均與所述太陽齒輪直接 嚙合。
15.如權(quán)利要求14所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成135度
16.如權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有四個行 星齒輪、四個行星齒輪軸和四個葉片，其中所述四個行星齒輪軸分別將所述第一和第二 齒輪機(jī)構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連，并且四個行星齒輪分別通過四個中間齒輪與所述太陽 齒輪形成嚙合。
17.如權(quán)利要求16所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成45度
18.如權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，包括有六個行 星齒輪、相應(yīng)的六個行星齒輪軸和六個葉片，其中所述六個行星齒輪分別通過六個中間 齒輪與所述太陽齒輪嚙合，其中所述六個行星齒輪軸分別將所述第一和第二行星齒輪機(jī) 構(gòu)中的對應(yīng)行星齒輪相連。
19.如權(quán)利要求16所述的流體動力裝置，其特征在于，任意兩個的相鄰葉片成30度
20.如權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的流體動力裝置，其特征在于，所述流體動力 裝置還包括外殼，所述外殼包括頂板、底板和設(shè)置在周邊的絲網(wǎng)。
21.一種流體發(fā)電設(shè)備，其包括發(fā)電機(jī)和如權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的流體動力 裝置，其中，所述流體動力裝置的輸出軸連接到所述發(fā)電機(jī)上。
22.如權(quán)利要求21所述的流體發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述流體動力裝置安裝在一回 轉(zhuǎn)臺上，以便根據(jù)流體的方向設(shè)定葉片的方位。
23.如權(quán)利要求21或22所述的流體發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述輸出軸垂直地布置 或水平地布置。
24.如權(quán)利要求21或22所述的流體發(fā)電設(shè)備，其特征在于，包括多個垂直疊加起來 的所述流體動力裝置，所述多個流體動力裝置的輸出軸為一根整體式輸出軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)化并輸出流體能量的流體動力裝置，其包括第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)，它們均包括位于中心的固定的太陽齒輪和設(shè)置在太陽齒輪周圍并與之形成嚙合關(guān)系的行星齒輪，第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)的太陽齒輪分別安裝在一用來輸出能量的輸出軸上的不同位置處；與第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)中的行星齒輪均剛性連接的行星齒輪軸；與行星齒輪軸剛性連接的葉片，其布置在第一和第二齒輪機(jī)構(gòu)之間并承受流體能量以帶動行星齒輪軸轉(zhuǎn)動；以及第一和第二連接件，其相互平行地固定設(shè)置在輸出軸上的不同位置處且分別位于葉片的兩側(cè)，并且均與行星齒輪軸剛性地相連以將行星齒輪軸的轉(zhuǎn)動傳遞給輸出軸。本發(fā)明還涉及一種包括有上述流體動力裝置的流體發(fā)電設(shè)備。
文檔編號F03B13/26GK102011684SQ200910171169
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者梁以德 申請人:梁以德