CN102062048B - 大压差阻力型风力机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大压差阻力型风力机，包括旋转主轴，旋转主轴上安设有叶片，其不同之处在于，所述叶片活动安设在所述旋转主轴上，通过变换位置以降低正面迎风阻力。本发明的每一个叶片主要在受风推动的半周迎风，而在另半周时通过位置变换避开迎风的阻力，大大降低了叶片引起的反向扭矩，提高了风力机的动力，也降低了风力机的启动风速。

Description

大压差阻力型风力机
技术领域
本发明涉及风能应用领域，尤其涉及一种阻力型风力机。
背景技术
目前风力发电用的风力机主要分为立轴式风力机和水平轴式风力机两类。立轴式风力机属于阻力型风力机，主要是通过叶片形状的特殊设计，使得主轴两边有风吹过时，产生正反向扭矩差来推动主轴旋转；在此过程中，在正向扭矩推动主轴旋转时，需要克服同样风力引起的反向扭矩。但是现有的阻力型风力机，回转阻力大，及需要克服较大的反向扭矩，需要较大的风速方能启动，而运行时能量转换效率也低。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种新型的阻力型风力机，启动时，大大降低了叶片引起的反向扭矩，提高了风力机的动力，也降低了风力机的启动风速。
为实现上述技术目的，本发明提供的新型的阻力型风力机采用如下技术方案：
一种大压差阻力型风力机，包括旋转主轴，旋转主轴上安设有叶片，其不同之处在于，所述叶片活动安设在所述旋转主轴上，通过变换位置以降低正面迎风阻力。
为进一步实现上述技术目的，所述叶片在旋转半周内通过沿旋转主轴的径向移动或转动，使得位置发生变换，以避开正面迎风(半周迎风)。
所述旋转主轴为立轴或者水平轴。
本发明中，叶片可通过沿主轴的径向移动或通过转动保持叶片始终主要在主轴的一侧，彻底去除了或者极大减小了叶片引起的反向扭矩，减小了正向扭矩因克服风叶的反向扭矩而耗功，从而避免了风叶在另半周的迎风阻力，使得该风力机具有更大的扭矩和低风速启动性能。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施例的原理及动作示意图；
图2是本发明的另一个优选实施例的原理及动作示意图；
图3是本发明的第三个优选实施例的原理及动作示意图；
图4是本发明的第四个优选实施例的原理示意图；
图5是图4所示实施例的一个运行位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。在本说明书中对于方位的内容描述均是按照去风方向进行描述的。本发明的基本原理及结构也适用于水轮机。当然，本发明在具体应用时，还应配合增设诸如力平衡机构、防台风机构、定向机构等，作为现有技术范畴，本说明书无需赘述。
图1是本发明的一个优选实施例的原理及动作示意图，是一种用于立轴式风力机的实施方式。
该立轴式风力机包括有叶片11、12，叶片框架21、22，旋转主轴3等部件。空间相交成直角的两个叶片框架21、22上下排布在旋转主轴3上，与其固连；两个叶片11、12分别位于叶片框架21、22内，称之为叶轮1。风向如图中直线箭头所示，叶轮1和旋转主轴2按图中所示箭头方向旋转。
如图所示，共包含4幅小图，(a)所示是叶轮1及叶片11、12的初始位置状态；(b)所示的是随后一个动作的结果示意，主轴2及两个叶片框架保持不动，上面的叶片11通过叶片驱动机构(图中未标示)移到叶片框架21的另一边；(c)所示的是再随后一个动作的结果示意，旋转主轴2在下面叶片12通过风力获得的动力矩下沿图示方向转动了90度；图(d)所示是接下来的又一个动作的结果示意，下面叶片12再通过叶片驱动机构移到叶片框架22的另一边。下一个动作，旋转主轴1又在上面叶片11提供的动力矩下沿图示旋转方向转到(a)的位置。重复上述过程，旋转主轴即可连续地转动。
本发明也可以是水平轴式风力机，图2是本发明的另一个优选实施例的原理及动作示意图；是采用水平轴式设计的一个实施例。
目前的水平轴式风力机大多是属于升力型风力机。工作时将主轴轴线对准风的来流方向，采用翼型截面的叶片，通过风力吹过翼型产生升力(沿旋转圆周切线方向)，从而驱动风轮转动。而本发明采用水平轴式时，也采用阻力型，即风的来流方向垂直于风力机的旋转主轴，通过来流风力直接吹向叶片而推动叶轮转动。
如图2所示，该阻力型风力机的结构与图1所示实施例大体相近，均包括有叶片11、12，叶片框架21、22、旋转主轴3，还进一步包括有发电机4和支架5。两个叶片11、12分别位于在空间相交成直角的两个叶片框架内21、22，分别安设在水平旋转主轴3的两端；叶片框架21、22与水平旋转主轴3连成一体。风向如图中直线箭头所示，叶轮和主轴按图中所示箭头方向旋转。
在本实施例中，叶片的数量不应被限定。也可以只选用一个
如图所示，共包含4幅小图，初始的叶片位置如(a)所示，左端叶片11处于水平位置，右侧叶片12处于铅垂位置。当旋转主轴3从(a)位置沿图示方向旋转一个角度后，左端叶片11偏离水平位置，将在重力作用下沿叶片框架21滑动，滑向叶片框架21的另一端，到达(b)所示位置。随后旋转主轴3在右端叶片12从风力获得的动力矩及左端叶片11的重力矩作用下克服右端叶片12重力的反向阻力矩继续旋转到达图(c)所示位置，此时左端叶片11处于铅垂位置，右端叶片12处于水平位置。随着旋转主轴3继续沿图示方向转动，右边叶片12将在重力作用下沿叶片框架22滑向另一端，到达(d)所示位置。然后旋转主轴3又在左端叶片11提供的风力矩作用下继续旋转到(a)的状态，完成一个循环。重复上述旋转主轴3旋转和叶片11、12交替滑动运行的过程。该实例中的叶片在叶片框架中的滑动是通过叶片本身重力完成的，也可以通过其他方式来辅助实现。作为现有技术，不再赘述。
在本实施例中，其产生的转矩远大于叶片截面积大小相同的翼型风力机所产生的转矩。
图3所示是本发明的另外一个实施例，本实施例包括有叶片1、叶片转轴2、旋转主轴3、旋转主轴上的圆锥齿轮4、叶片转轴上的圆锥齿轮5、支架6，两个圆锥齿轮采用1∶1的转动比。本实施例为立轴式风力机，叶片1在绕垂直的旋转主轴3水平旋转(公转)的同时，还绕水平设置的叶片转轴2旋转(自转)。叶片转轴2与旋转主轴3通过斜齿轮形式连接。当然也可以采用其他相似方式来实现。
图3包括4幅小的分解图，分别显示了本实施例中旋转主轴3相对于风向每旋转90度所处的四个位置时的主视图和俯视图。
(a)是初始位置，叶片1位于旋转主轴3前面横向右侧，处于最大扭矩状态，受风力推动叶片1驱动旋转主轴1旋转，同时锥形齿轮对又驱动叶片1向下自转，旋转主轴3和叶片转轴2均转过90度后到达(b)的位置。此时叶片1位于旋转主轴3的右侧垂直向下；接下来叶片1在惯性作用下继续转动，同时接受风力推动给旋转主轴3提供动力矩，到达(c)的位置，此时叶片1位于旋转主轴3的后面位置横向右方，处于最大扭矩状态；接下来，在风力推动下叶片1继续转动，到达(d)的位置，此时叶片1位于旋转主轴3左侧，垂直向上；再接下来，叶片1在惯性作用下继续旋转，并在风力驱动的合力作用下又转到(a)所示的初始位置。
本实施例，可以通过齿轮间的传动比调整使得叶片主要在主轴的一侧，以提供更大的动力矩。并在实际应用时可根据需要加一个惯性轮，或沿主轴方向取不同角度多装几个叶片，以获得更大的动力矩同时使得动力矩比较连续和均匀。
图4所示是本发明的第四个实施例。旋转主轴采用立式设计，叶片采用变角度方式设计。如图4所示，本实施例包括有四个叶片1、通过固定支架4设置旋转主轴2上，叶片1可绕叶片轴3自转。叶片在随主轴支架旋转过程中同时还绕自身轴在旋转，其旋转角度保证该叶片在半周垂直来流风向，另半周平行来流风向，每转过180度时做一次调整。叶片调整结构或称为叶片驱动机构可通过采用连杆机构、凸轮机构、齿轮结构、链条结构或者曲线滑轨结构来实现。还可以采用电动方式来实现。还可以通过液压或气动的形式实现。以上均为现有技术，不再赘述。
本实施例中，叶片的设计是垂直于水平面的，也可倾斜于水平面设置，但倾角不宜过大。而叶片的迎风面可以是平面，也可以采用流线型的曲面。
图5所示是图4实施例的动作过程中的某个位置的主视图和俯视图示意。
本发明中，叶片可通过沿主轴的径向移动或通过转动保持叶片始终主要在主轴的一侧，彻底去除了或者极大减小了叶片引起的反向扭矩，减小了正向扭矩因克服风叶的反向扭矩而耗功，从而避免了风叶在另半周的迎风阻力，使得该风力机具有更大的扭矩和低风速启动性能。
以上仅为本发明的最佳实施方式而已，并不用以限制本发明。凡依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大压差阻力型风力机，包括立式旋转主轴及与该主轴垂直设置的叶片转轴，所述旋转主轴上活动安设有叶片，其特征在于，所述叶片转轴与立式旋转主轴固连，所述叶片固连在绕叶片转轴旋转的斜齿轮上，所述叶片转轴上的斜齿轮与所述旋转主轴上的斜齿轮配合连接。
2.根据权利要求1所述的风力机，其特征在于，所述斜齿轮齿轮对的传动比为1∶1。
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