CN101598107A - 一种垂直轴风机的风力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直轴风机的风力驱动系统，属于风力驱动系统结构技术领域。一种垂直轴风机的风力驱动系统，包括沿主轴外围360度均匀分布的可以独自旋转的叶片，叶片分别活动连接于沿主轴外围360度均匀分布的各组轴臂内，轴臂分别固定于主轴的侧壁上，各组轴臂处于相同的水平高度，主轴的下端与支架之间通过轴承活动连接。本发明结构设计合理，节约能源，制造工艺简单，能使发电机获得较大的扭矩，发电效率高、成本低，无噪声污染。

Description

一种垂直轴风机的风力驱动系统
一、技术领域
本发明涉及一种垂直轴风机的风力驱动系统，属于风力驱动系统结构技术领域。
二、背景技术
目前，现有风力发电机包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两大类。水平轴风力发电机是目前技术最成熟，占据主流市场的产品，但由于其结构因素，决定了水平轴风力发电机的风能利用率不会太高。随着计算机技术的发展，通过计算流体力学为垂直轴风力发电机的研究提供了基础。其中H型垂直轴风力发电机是其中一个成熟的代表，具有效率高，无噪音的特点。最近又出现了可变攻角叶片式垂直轴风机，从而达到最大的风能利用率。但不论是技术成熟的水平轴风力发电机，还是先进的垂直轴风力发电机，其风力驱动系统制造工艺都比较复杂，从而使发电成本高，因而不利于普遍推广。
三、发明内容
本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足之处，提供一种结构设计合理，制造工艺简单，发电效率高、成本低的垂直轴风机的风力驱动系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种垂直轴风机的风力驱动系统，特殊之处在于包括沿主轴4外围360度均匀分布的可以独自旋转的叶片，叶片分别活动连接于沿主轴4外围360度均匀分布的各组轴臂内，轴臂分别固定于主轴4的侧壁上，各组轴臂处于相同的水平高度，主轴4的下端与支架3之间通过轴承活动连接。
所述叶片的形状是长方形，或者是厚度逐渐减小的对称流线形，叶片的一侧安装有固定于叶片内的销轴10；
所述均匀分布的叶片为3-8个，相邻两组轴臂之间呈45-120度；
为了避免风力过大导致叶片变形，所述叶片是采用刚性材料制成的叶片；
所述轴臂包括与主轴4固定连接的下臂5和上臂2，下臂5和上臂2之间安装有与旋转叶片配合使用、能够挡住叶片的横梁11，横梁11离销轴10的距离小于等于叶片的宽度；
所述轴臂的下臂5是一字型横臂与带有滚轮7的扭臂的组合，滚轮7卡接在支架3上部所设导轨盘12的圆形导槽6内；
所述叶片销轴10的上端通过滚动轴承9与上臂2活动连接，下端通过滚动轴承8与下臂5活动连接，或直接与下臂5刚性连接。
本发明结构设计合理，制造工艺简单，发电效率高、成本低，无噪声污染。
四、附图说明
图1：为本发明一种垂直轴风机的风力驱动系统实施例1的结构示意图；
图2：为本发明一种垂直轴风机的风力驱动系统实施例2的结构示意图；
图3：滚轮沿着导槽滑动轨迹示意图。
图中：1、叶片，2、上臂，3、支架，4、主轴，5、下臂，6、导槽，7、滚轮，8、滚动轴承，9、滚动轴承，10、销轴，11、横梁，12、导轨盘，13、叶片，14、叶片。
五、具体实施方式
以下参照附图给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成做进一步的说明。
实施例1
本实施例的一种垂直轴风机的风力驱动系统参考附图1，包括沿主轴4外围360度均匀分布的可以独自旋转的叶片，叶片分别活动连接于沿主轴4外围360度均匀分布的各组轴臂内，轴臂分别固定于主轴4的侧壁上，各组轴臂处于相同的水平高度，主轴4的下端与支架3之间通过轴承活动连接。所述均匀分布的叶片为3个，相邻两组轴臂之间成120度；所述叶片的形状是长方形，其厚度在保证其刚度要求的情况下应尽量的薄，叶片的一侧安装有固定于叶片的销轴10；为了避免风力过大导致叶片变形，所述叶片是采用刚性材料制成的叶片；所述轴臂包括与主轴4固定连接的下臂5和上臂2，下臂5和上臂2之间安装有与旋转叶片配合使用、能够挡住叶片的横梁11，横梁11离销轴10的距离小于等于叶片的宽度，所述叶片销轴10的上端通过滚动轴承9与上臂2活动连接，下端通过滚动轴承8与下臂5活动连接，所述下臂5是一字型横臂。
工作过程：当垂直轴风机受到如图所示风向的风场吹动时，主轴4一侧的叶片1、叶片13绕销轴10转动，贴附在轴臂间的横梁11上，其平面与风向成某一角度，叶片1、叶片13受到风的作用力，通过轴臂给主轴4以扭矩；主轴4另一侧叶片14沿着风的方向，仅受到风对叶片的摩擦力，这样主轴4在合扭矩作用下沿逆时针方向旋转。随着主轴4的转动，叶片13当该轴臂转到与风向相同方向时，叶片13绕销轴10旋转180°至与风向相同的方向，不再向主轴提供扭矩。而叶片14当其轴臂转至与风向相同位置时，叶片14绕销轴10转动，贴靠到轴臂的横梁11上，随着主轴4的转动，叶片14与风向成某一角度，受风力作用给主轴4一扭矩。这样风机就不停的旋转，通过主轴4将能量传送给发电机。
实施例2
本实施例的一种垂直轴风机的风力驱动系统参考附图2-3，与实施例1的不同之处在于：所述叶片是厚度逐渐减小的对称流线形，叶片销轴10的上端通过滚动轴承9与上臂2活动连接，下端与下臂5刚性连接，下臂5是底部带有滚轮7的扭臂，滚轮7卡接在支架3上部所设导轨盘12的圆形导槽6内。
工作过程：当垂直轴风机受到如附图2所示风向的风场吹动时，首先调整导轨盘12，使叶片1，叶片13，叶片14受风力及导槽6共同作用，发生如下变化，叶片1、叶片13与风向成某一角度，这样由机翼原理可知，叶片1、叶片13对主轴4产生扭矩，叶片14其截面中心线与风向一致，不产生升力，而仅受风的磨擦力，这样三个叶片对主轴4作用一合扭矩，使主轴4沿逆时针方向转动。随着主轴4的转动，叶片受风力作用在导槽6及轴臂端所限定的范围内绕销轴10转动以改变叶片与风向的夹角，风能以扭矩的形式传递给发电机。
实施例3
本实施例的一种垂直轴风机的风力驱动系统，与实施例1或实施例2的不同之处在于：所述叶片为8个，相邻两个轴臂之间成45度角。
上述三种实施例结构设计合理，节约能源，制造工艺简单，能使发电机获得较大的扭矩，发电效率高、成本低，无噪声污染。

Claims (7)

1、一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于包括沿主轴(4)外围360度均匀分布的可以独自旋转的叶片，叶片分别活动连接于沿主轴(4)外围360度均匀分布的各组轴臂内，轴臂分别固定于主轴(4)的侧壁上，各组轴臂处于相同的水平高度，主轴(4)的下端与支架(3)之间通过轴承活动连接。
2、按照权利要求1所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述叶片的形状是长方形，或者是厚度逐渐减小的对称流线形，叶片的一侧安装有固定于叶片内的销轴(10)。
3、按照权利要求1或2所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述均匀分布的叶片为3-8个，相邻两个轴臂之间呈45-120度。
4、按照权利要求1或2所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述叶片是采用刚性材料制成的叶片。
5、按照权利要求1所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述轴臂包括与主轴(4)固定连接的下臂(5)和一字形上臂(2)，下臂(5)和上臂(2)之间安装有与旋转叶片配合使用、能够挡住叶片的横梁(11)，横梁(11)离销轴(10)的距离小于等于叶片的宽度。
6、按照权利要求1所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述轴臂包括与主轴(4)固定连接的下臂(5)和一字形上臂(2)，下臂(5)是一字型横臂与带有滚轮(7)的扭臂的组合，滚轮(7)卡接在支架(3)上部所设导轨盘(12)的圆形导槽(6)内。
7、按照权利要求2所述一种垂直轴风机的风力驱动系统，其特征在于所述叶片销轴(10)的上端通过滚动轴承(9)与上臂(2)活动连接，下端通过滚动轴承(8)与下臂(5)活动连接，或直接与下臂(5)刚性连接。
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CN104595104A (zh) * 2014-11-21 2015-05-06 西北工业大学 一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮

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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091209