CN102063828A - 用于玩具与教学的小型风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种用于玩具与教学的小型风力发电机，包括有底座、支柱、发电机、叶片及风轮机。叶片包括有叶片本体和叶片根部，在叶片根部上安装有一个L型杠杆；风轮机包括有与发电机的轴连接固定的风轮基座，在风轮基座没有与轴连接的一端的中间部位形成连接柱，在连接柱的外缘凸台上形成有用于连接设置叶片的凹槽；叶片桨距调整装置包括有配合风轮基座能固定安装所有叶片的叶片固定层和与所有叶片的L型杠杆结合的桨距角调整层，在桨距角调整层转动的同时能带动所有叶片的L型杠杆一起转动，并在同一时间内改变所有叶片的桨距角；锁紧装置包括有用于锁定所述叶片桨距调整装置的叶片锁定层和用于进一步锁定叶片锁定层而防止松脱的安全锁定层。

Description

用于玩具与教学的小型风力发电机
技术领域
本发明关于一种玩具或教学用具，更具体地说，关于一种用于玩具与教学的小型风力发电机。
背景技术
风力发电机的工作原理是将叶片经过扫掠到的面积内的风能转换成电能，为此，叶片的各个参数对风力发电机起着关键性的作用。用于玩具或教学的模具，其主要目的是为了方便学生了解叶片的各个参数与风力发电机功率之间的关系，为此需要一种方便组装、容易改变各个参数的风力发电机。与实际用于发电的风力发电机有所不同。而目前用于玩具或教学的风了发电机的功能简单，不能有效地改变叶片的桨距角，存在组装、改变各个参数不够方便的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于组装、容易改变各个参数的用于玩具或教学的小型风力发电机。
本发明中用于玩具与教学的小型风力发电机包括有底座、支柱、发电机、叶片及风轮机，所述风轮机包括有用于安装所述叶片并能同步调整所述叶片角度的风轮基座、叶片桨距调整装置和锁紧装置；
所述叶片包括有叶片本体和叶片根部，所述叶片根部上安装有一个L型杠杆；
所述风轮基座包括有与所述发电机的轴连接固定的基座本体，在所述基座本体没有与所述发电机的轴连接的一端的中间部位形成用于与所述锁紧装置连接固定的连接柱，在所述连接柱的外缘凸台上形成有用于连接设置所述叶片的凹槽；
所述叶片桨距调整装置包括有配合所述风轮基座能固定安装所有叶片的叶片固定层和与所有叶片的L型杠杆结合的桨距角调整层，在所述桨距角调整层转动的同时能带动所有叶片的L型杠杆一起转动，并在同一时间内改变所有叶片的桨距角；
所述锁紧装置包括有用于锁定所述叶片桨距调整装置的叶片锁定层和用于进一步锁定叶片锁定层而防止松脱的安全锁定层。
所述基座本体在与所述发电机的轴连接的一端形成有便于所述轴插入的轴孔，在所述轴孔的内壁形成有三个用于紧固所述轴的弹臂，这三个弹臂为从轴孔内壁至与所述锁紧装置连接的所述连接柱内壁的塑料墙结构。
所述三个弹臂中有一个弹臂与所述的轴接触的一面呈平面状，并在所述三个弹臂之间形成一个便于所述轴插入并紧密固定的内孔，所述内孔的直径比所述发电机的轴的直径小。
所述叶片固定层为一个环形本体，并在本体的一侧形成有与所述风轮基座凸台上所设的凹槽数量、方位一致的定位凹槽，所述叶片安装在所述风轮基座的凹槽与所述叶片固定层的定位凹槽之间，并能自由转动。
所述桨距角调整层为一个环形本体，并沿环形壁设置有与所述定位凹槽数量、方位一致的用于穿过所述叶片的L型杠杆的窗口，使叶片的L型杠杆随桨距调整层一起转动。
本发明中用于玩具与教学的小型风力发电机可以让学生观察叶片的参数对风力发电机功率输出的影响，可借用一台风扇，在相同风速下，通过改变叶片的数量和桨距角，评估对风力发电机输出的功率影响，调整桨距角可使发电机在正常情况下得到最大的输出功率和在风量过大时减低输出，以保护发电机。
另，本发明中的小型风力发电机具有快速插拔结构，具有更换风轮机简便的优点。
附图说明
图1为本发明中风力发电机的立体示意图；
图2为本发明中风力发电机的部分立体分解示意图；
图3为本发明中机身壳体的立体分解示意图，该图中示出了发电机的安装结构；
图4为本发明中风轮机的立体分解示意图；
图5为本发明中风轮基座的俯视立体示意图；
图6为本发明中风轮基座的仰视立体示意图；
图7为本发明中三个弹性臂结构的主视示意图；
图8为本发明中风轮基座的剖视示意图；
图9为图5中所示风轮基座的俯视示意图；
图10为图9中所示风轮基座沿A-A线的剖视示意图；
图11为本发明中叶片固定层的主视示意图；
图12为本发明中叶片固定层的俯视示意图；
图13为本发明中桨距调整层的立体示意图一；
图14为本发明中桨距调整层的立体示意图二；
图15为本发明中桨距调整层的侧视示意图；
图16为本发明中叶片的立体示意图；
图17为本发明中叶片的侧视示意图；
图18为本发明中叶片锁定层的剖视示意图；
图19为本发明中叶片锁定层的仰视示意图；
图20为本发明中安全锁定层的剖视示意图；
图21为本发明中安全锁定层的仰视示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明中的最佳实施例作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明中用于玩具或教学的小型风力发电机包括底座1、支柱2、发电机3、叶片40及风轮机4。其中：
底座1为塑料外壳内藏金属材料制作而成，为一个具有足够重量的圆形底盘(也可以是方形等其他形状)，能使整个风力发电机平稳地放置。
支柱2可以是一根中空的铝柱，下底端通过连接件10(如：塑料定位棒)与底座1中部的连接孔可拆卸地固定连接，另一端也通过连接件20(如：螺丝与螺母)与机身壳体可拆卸地固定连接，由于支柱2与机身壳体及底座1的连接对本领域的技术人员来说是容易实现的，因此不再详细说明。
发电机3采用市售成熟产品，同时底座1、支柱2也可以采用现有小型风力发电机中的结构，因此不再详细说明。
如图3所示，发电机3安装在机身壳体5内，机身壳体5包括有通过连接件50可以相互拆卸、固定的左壳体51与右壳体52，并在机身壳体内设置有用于固定安装发电机3的支架53及用于固定电路元器件的定位板54，由于支架53、定位板54及定位板上的各元器件均采用市售成熟产品，且组装与连接对本领域的技术人员来说也是容易实现的，因此不再另行说明。
桨距角的定义是叶片40弦线与三个叶片构成的风轮回转平面形成的角度，因此通过调整叶片40与风轮基座41的固定角度就可以实现桨距角的调整。
如图16和图17所示，叶片40包括有具特定形状的叶片本体400和叶片根部401，其中叶片本体400与现有叶片的形状相同，但在叶片根部401安装有一个L型杠杆402，由于L型杠杆402与叶片根部401固定连接，同时叶片根部401与叶片本体400固定连接，该固定连接可以是连接件连接，也可以是一体成形。因此在L型杠杆402转动的同时可以带动叶片本体400一起转动，从而可以调整叶片40与风轮回转平面形成的角度，即桨距角。
如图4所示，风轮机4包括有用于安装叶片40的风轮基座41、叶片桨距调整装置42、锁紧装置43，其中：
如图5和图6、图8、图9、图10所示，风轮基座41包括有通过模具一体成形的基座本体410，在基座本体410一端的中间部位形成有用于与锁紧装置43连接固定的连接柱411，在连接柱411的外缘凸台上形成有用于连接设置叶片40的凹槽412。基座本体410的另一端与发电机3的轴30连接固定，具体是在基座本体410的中间部位形成有方便发电机3的轴30插入的轴孔414，在轴孔414的内壁形成有三个用于紧固轴30的弹臂413、416，这三个弹臂413、416为从轴孔414内壁至用于连接锁紧装置43的连接柱411内壁的塑料墙结构，如图7所示，由于发电机3的轴30端部的截面呈D形，因此3个弹臂413中的一个弹臂416与轴30接触的一面呈平面状，可以配合发电机3的轴30的D形结构，由3个弹臂构成一个内孔415，该内孔415的直径比发电机3的轴30的直径小，当发电机3的轴30借助于外力插入内孔415时，将能量储存在这三个弹臂上，包括从轴孔414内壁至用于连接锁紧装置43的连接柱411内壁的塑料墙结构，与三个弹臂413、416紧密结合在一起，从而能将风轮基座41的能量转递给发电机的轴30。
如图4所示，叶片桨距调整装置42包括有叶片固定层420和桨距角调整层421。其中叶片固定层420用于固定安装所有叶片40，使所有叶片40的L型杠杆402与桨距角调整层421结合，而桨距角调整层421在转动的同时能带动所有叶片的L型杠杆402一起转动，同一时间改变所有叶片40的桨距角。
如图11和图12所示，叶片固定层420为一个环形本体，并在本体的一侧形成有与风轮基座4凸台上所设的凹槽412数量、方位一致的定位凹槽423，当叶片固定层420套入风轮基座41的连接柱411后与风轮基座41对合时可以使每个定位凹槽423与凹槽412之间形成一个可以使叶片40的叶片根部401卡入的通孔，从而3个叶片呈120度角平均分布在凹槽412与定位凹槽423形成的通孔内，将所有需要安装的叶片40固定在风轮基座41与叶片固定层420之间，并使各叶片40可以自由的转动。
如图13、图14、图15所示，桨距角调整层421也为一个环形本体，可以套入风轮基座41的连接柱411，并位于叶片固定层420的外侧。桨距角调整层421沿环形壁设置有与定位凹槽423数量、方位一致的窗口422，使各叶片40的L型杠杆402插入对应的窗口422，从而要转动桨距角调整层421时可以带动各叶片40的L型杠杆402转动，同一时间改变所有叶片40的桨距角。
另在桨距角调整层421的外表面设有刻度线，对应刻在叶片固定层420上的桨距角刻度，从而可以直接读出桨距角。一盘桨距角的调整范围在0-55度之间，调整不同角度可使风力发电机输出最大功率或使风力发电机失速，减低输出，保护发电机在强风下不被损坏。
如图4所示，锁紧装置43包括有叶片锁定层430和安全锁定层431，其中叶片锁定层30为一个环形本体，可以套入风轮基座41的连接柱411，在环形本体的内壁面设有内螺纹432，与该内螺纹432对应，在连接柱411的外壁面对应设有外螺纹，如图18与图19所示，利用叶片锁定层430与连接柱411的连接可以对叶片固定层420和桨距调整层421固定在连接柱411上，并进一步对叶片40进行固定与定位。安全锁定层431是利用双螺母的功能，如图20和图21所示，使风轮机4的整个结构在振动的工作环境下不会松脱，这对本领域的技术人员来说是容易实现的，因此不再详细说明。
另，本发明中的风轮机4在机身壳体5的尾部安装有一个尾舵55，如图2和图3所示，利用该尾舵55可以使风力发电机自然地对准风向。
其中机身壳体5、尾舵55及风轮机4等均采用塑料制成，当然也可以采用其他材料。
本发明中的风力发电机在工作时，可以利用风扇作为风源，从而可以将风力发电实验带到中小学的实验室内。同时，本发明中的风力发电机利用风轮基座中心的3个弹臂，将滑入的发电机轴压紧固定，由于没有使用螺丝、螺母等结构，仅仅通过插入与拔出的结构，使得学生在更换风轮机上很容易，并且能够多次拔插，而在多次拔插后仍能紧密地与发电机轴结构。
另外，通过叶片桨距调整装置的设置，学生可以完全相同的一次性完成桨距角的调整，使各叶片的参数相同，从而在可控的环境下，作出各种与风力相关的实验，并且具有很高的可确定性与一致性，同时减低工作时风力发电机振动的强度。

Claims (5)

1.一种用于玩具与教学的小型风力发电机，包括有底座、支柱、发电机、叶片及风轮机，其特征在于，所述风轮机包括有用于安装所述叶片并能同步调整所述叶片角度的风轮基座、叶片桨距调整装置和锁紧装置；
所述叶片包括有叶片本体和叶片根部，所述叶片根部上安装有一个L型杠杆；
所述风轮基座包括有与所述发电机的轴连接固定的基座本体，在所述基座本体没有与所述发电机的轴连接的一端的中间部位形成用于与所述锁紧装置连接固定的连接柱，在所述连接柱的外缘凸台上形成有用于连接设置所述叶片的凹槽；
所述叶片桨距调整装置包括有配合所述风轮基座能固定安装所有叶片的叶片固定层和与所有叶片的L型杠杆结合的桨距角调整层，在所述桨距角调整层转动的同时能带动所有叶片的L型杠杆一起转动，并在同一时间内改变所有叶片的桨距角；
所述锁紧装置包括有用于锁定所述叶片桨距调整装置的叶片锁定层和用于进一步锁定叶片锁定层而防止松脱的安全锁定层。
2.根据权利要求1所述的用于玩具与教学的小型风力发电机，其特征在于，所述基座本体在与所述发电机的轴连接的一端形成有便于所述轴插入的轴孔，在所述轴孔的内壁形成有三个用于紧固所述轴的弹臂，这三个弹臂为从轴孔内壁至用于连接锁紧装置的所述连接柱内壁的塑料墙结构。
3.根据权利要求2所述的用于玩具与教学的小型风力发电机，其特征在于，所述三个弹臂中有一个弹臂与所述的轴接触的一面呈平面状，并在所述三个弹臂之间形成一个便于所述轴插入并紧密固定的内孔，所述内孔的直径比所述发电机的轴的直径小。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的用于玩具与教学的小型风力发电机，其特征在于，所述叶片固定层为一个环形本体，并在本体的一侧形成有与所述风轮基座凸台上所设的凹槽数量、方位一致的定位凹槽，所述叶片安装在所述风轮基座的凹槽与所述叶片固定层的定位凹槽之间，并能自由转动。
5.根据权利要求4所述的用于玩具与教学的小型风力发电机，其特征在于，所述桨距角调整层为一个环形本体，并沿环形壁设置有与所述定位凹槽数量、方位一致的用于穿过所述叶片的L型杠杆的窗口，使叶片的L型杠杆随桨距调整层一起转动。
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