CN102367781B - 一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，包括一对叶片支撑盘和支撑轴，所述支撑轴为圆柱形，所述一对叶片支撑盘为圆环形，所述圆环形内圆与所述支撑轴匹配，所述一对叶片支承盘相隔预定距离套在所述支撑轴上；所述一对叶片支撑盘之间设有风轮叶片，所述风轮叶片多于一片，所述风轮叶片为柱形体，所述柱形体包括上下端面和柱面，所述上下端面形状及大小相同，并各自与相邻的所述支撑盘连接，且使所述柱形体与所述一对支撑盘垂直。本发明的有益效果是：风轮叶片可打开，可合上，合上后呈圆柱形，受风面积小，在风力过大时可保护风轮。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机风轮叶片结构，尤其是一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构。
背景技术
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染，是一种环保的能源获得方式。公知的风力发电机一般分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，水平轴风力发电机受风向变化影响较大，一般要加装风轮转向装置才能适应风向变化，使其机械结构复杂，且有能量损耗在风轮转向过程中。垂直轴风力发电机受风向变化影响较小，风能利用率较高，但是由于其风能利用率较高造成对风轮结构强度的要求较高，在风力过大时容易损坏。
发明内容
针对现有垂直轴风力发电机风轮叶片存在的上述问题，本发明提供一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构。
本发明解决技术问题所采用的技术手段为：
一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，包括一对叶片支撑盘和支撑轴，所述支撑轴为圆柱形，所述一对叶片叶片支撑盘为圆环形，所述圆环形内圆与所述支撑轴匹配，所述一对叶片支撑盘相隔预定距离套在所述支撑轴上；
所述一对叶片支撑盘之间设有风轮叶片，所述风轮叶片多于一片，所述风轮叶片为柱形体，所述柱形体包括上下端面和柱面，所述上下端面形状及大小相同，并各自与相邻的所述叶片支撑盘连接，且使所述柱形体与所述一对叶片支撑盘垂直；
所述圆环形叶片支撑盘以多条连接其外圆和内圆的等分线分成与所述风轮叶片数相同个等分，取其中一条等分线称为当前等分线，所述当前等分线与所述圆环形叶片支撑盘外圆的交点称为所述当前等分线的外节点，所述圆环形叶片支撑盘外圆上所述当前等分线的外节点的逆时针方向的前一个由其他等分线与所述外圆相交形成的外节点称为所述当前等分线的前节点；
所述柱形体任一端面包括头部和尾部，所述头部为圆形，所述圆形头部直径等于所述圆环形叶片支撑盘的外圆半径减去内圆半径之差，所述圆形头部的圆心位于一条所述等分线中点，称一端面圆形头部位于所述当前等分线中点的柱形体为当前柱形体，该端面为当前端面，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘逆时针方向的第一个所述柱形体为第二柱形体，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘逆时针方向的第二个所述柱形体为第三柱形体，所述当前等分线的外节点通过一条圆弧与所述当前等分线的前节点相连称为外圆弧，做一圆形，使该圆形与所述当前端面的所述圆形头部外切，与所述第二柱形体的与所述当前端面同一平面内的端面的所述圆形头部内切，并与所述第三柱形体的与所述当前端面同一平面内的端面的所述圆形头部外切，以该圆形与所述当前端面的所述圆形头部的切点至所述当前等分线的前节点截取圆弧，称该段圆弧为内圆弧，所述外圆弧与所述内圆弧于所述当前等分线的前节点处相交形成所述当前端面的尾部，所述外圆弧半径与所述圆环形叶片支撑盘外圆半径相等，所述外圆弧与所述内圆弧及所述圆形头部自所述当前等分线外节点顺时针至所述内圆弧与所述圆形头部切点处截取的圆弧围成所述当前端面；
任一所述柱形体上下端面的圆形头部圆心与相邻的所述叶片支撑盘铰接，任一所述柱形体以其所述上下端面的圆形头部的圆心连线为轴枢转。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片的柱形体的上下端面的圆形头部与相邻的所述叶片支撑盘之间有定位装置，所述定位装置锁定所述柱形体的枢转角度。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片有2片。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片有3片。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片有4片。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片有5片。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片有6片。
上述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，所述风轮叶片的数目为360大于6的约数。
本发明的有益效果是：
风轮叶片可打开，可合上，合上后呈圆柱形，受风面积小，在风力过大时可保护风轮。
附图说明
图1是本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构的剖面结构示意图；
图2是本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构叶片打开时的剖面结构示意图；
图3是本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构叶片为两片时闭合情况下的剖面结构图；
图4是本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构叶片为两片时开启情况下的剖面结构图；
图5是本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构叶片为三片时开启情况下的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1和图5所示，本发明一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其中，包括一对叶片支撑盘1和支撑轴2，支撑轴2为圆柱形，一对叶片支撑盘1为圆环形，圆环形内圆11与支撑轴1匹配，一对叶片支撑盘1相隔预定距离套在支撑轴2上；
一对叶片支撑盘1之间设有风轮叶片3，风轮叶片3多于一片，风轮叶片3为柱形体，柱形体包括上下端面和柱面，上下端面形状及大小相同，并各自与相邻的叶片支撑盘1连接，且使柱形体与一对叶片支撑盘1垂直；
圆环形叶片支撑盘1以多条连接其外圆12和内圆11的等分线分成与风轮叶片3数相同个等分，取其中一条等分线称为当前等分线4，当前等分线4与圆环形叶片支撑盘1外圆12的交点称为当前等分线4的外节点41，圆环形叶片支撑盘1外圆12上当前等分线4的外节点41的逆时针方向的前一个由其他等分线与外圆12相交形成的外节点称为当前等分线4的前节点43；
柱形体任一端面包括头部31和尾部32，头部31为圆形，圆形头部直径等于圆环形叶片支撑盘1的外圆12的半径减去内圆11的半径之差，圆形头部31的圆心位于一条所述等分线中点，称一端面圆形头部31位于当前等分线4中点的柱形体为当前柱形体，该端面为当前端面，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘1逆时针方向的第一个柱形体为第二柱形体，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘1逆时针方向的第二个柱形体为第三柱形体，当前等分线4的外节点41通过一条圆弧与当前等分线4的前节点43相连称为外圆弧33，做一圆形，使该圆形与当前端面的圆形头部31外切，与第二柱形体的与当前端面同一平面内的端面的圆形头部31内切，并与第三柱形体的与当前端面同一平面内的端面的圆形头部31外切，以该圆形与当前端面的圆形头部31的切点42至当前等分线4的前节点43截取圆弧，称该段圆弧为内圆弧34，外圆弧33与内圆弧34于当前等分线4的前节点43处相交形成当前端面的尾部32，外圆弧33半径与圆环形叶片支撑盘1外圆12的半径相等，外圆弧33与内圆弧34及圆形头部31自当前等分线4外节点41顺时针至内圆弧34与圆形头部31切点42处截取的圆弧围成当前端面；
任一柱形体上下端面的圆形头部31的圆心与相邻的叶片支撑盘1铰接，任一柱形体以其上下端面的圆形头部31的圆心连线为轴枢转。
如图1和图2所示，本发明的原理是，风轮叶片3收起时每片叶片3的柱形体上下端面的外圆弧33围成圆形，且由于外圆弧33的的半径与圆环形叶片支撑盘1的外圆12半径相等，使得外圆弧33围成的圆形与叶片支撑盘1大小相同，且每片叶片3的柱形体上下端面的内圆弧34与所属端面的圆形头部31外切，与逆时针方向前一个叶片的柱形体端面的圆形头部内切，使所有叶片3收起后形成圆柱体，减少了受风面积，可在风力过大时保护风力发电机风轮。在所有风轮叶片3打开时，每个风轮叶片3的柱形体上下端面的外圆弧33和内圆弧34形成内凹的迎风面，使风轮随风以支撑轴2为轴转动。同时叶片3的柱形体结构对上下两个叶片支撑盘1起到支撑作用，尤其是柱形体上下端面的圆形头部31的部位形成的圆柱体形状，可以有效的支撑上下两个叶片支撑盘1，分担支撑轴2的受力，延长支撑轴2的使用寿命，且在设计成外转子的场合风轮为转子，支撑轴2为定子，可在支撑轴2中设置线圈或者永磁体，由于柱形体分担了支撑轴2的受力，使支撑轴2在强度上的要求降低，使整个发电机的设计更加灵活方便。
上述描述是建立在风轮顺时针转动的基础上，逆时针转动的风轮只需将上述当前等分线4的前节点43定义成顺时针方向的前一条等分线于支撑圆盘1外圆12的交点，同时将第二柱形体和第三柱形体的方向定义在顺时针方向即可。
进一步的，风轮叶片3的柱形体的上下端面的圆形头部31与相邻的叶片支撑盘1之间有定位装置，定位装置锁定柱形体的枢转角度。设置定位装置可以控制风轮叶片3打开的角度，避免风轮叶片3的打开角度受到风力影响。
进一步的，如图3和图4所示，风轮叶片可以是2片，在此基础上也可以是3片、4片、5片、6片或者任何360除了1以外的约数片，只要是360除了1以外的约数都可以整除360，可将360度的圆环形叶片支撑盘分成若干个等分，每个等分中设置一个风轮叶片，如果风轮叶片数不是360的约数，就无法等分圆环形叶片支撑盘，造成风轮叶片之间间距不等，使风轮旋转时受力不均易造成旋转部位磨损。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，包括一对叶片支撑盘和支撑轴，所述支撑轴为圆柱形，所述一对叶片支撑盘为圆环形，所述圆环形内圆与所述支撑轴匹配，所述一对叶片支撑盘相隔预定距离套在所述支撑轴上；
所述一对叶片支撑盘之间设有风轮叶片，所述风轮叶片多于一片，所述风轮叶片为柱形体，所述柱形体包括上下端面和柱面，所述上下端面形状及大小相同，并各自与相邻的所述叶片支撑盘连接，且使所述柱形体与所述一对叶片支撑盘垂直；
所述圆环形叶片支撑盘以多条连接其外圆和内圆的等分线分成与所述风轮叶片数相同个等分，取其中一条等分线称为当前等分线，所述当前等分线与所述圆环形叶片支撑盘外圆的交点称为所述当前等分线的外节点，所述圆环形叶片支撑盘外圆上所述当前等分线的外节点的逆时针方向的前一个由其他等分线与所述外圆相交形成的外节点称为所述当前等分线的前节点；
所述柱形体任一端面包括头部和尾部，所述头部为圆形，所述圆形头部直径等于所述圆环形叶片支撑盘的外圆半径减去内圆半径之差，所述圆形头部的圆心位于一条所述等分线中点，称一端面圆形头部位于所述当前等分线中点的柱形体为当前柱形体，该端面为当前端面，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘逆时针方向的第一个所述柱形体为第二柱形体，称当前柱形体沿圆环形叶片支撑盘逆时针方向的第二个所述柱形体为第三柱形体，所述当前等分线的外节点通过一条圆弧与所述当前等分线的前节点相连称为外圆弧，做一圆形，使该圆形与所述当前端面的所述圆形头部外切，与所述第二柱形体的与所述当前端面同一平面内的端面的所述圆形头部内切，并与所述第三柱形体的与所述当前端面同一平面内的端面的所述圆形头部外切，以该圆形与所述当前端面的所述圆形头部的切点至所述当前等分线的前节点截取圆弧，称该段圆弧为内圆弧，所述外圆弧与所述内圆弧于所述当前等分线的前节点处相交形成所述当前端面的尾部，所述外圆弧半径与所述圆环形叶片支撑盘外圆半径相等，所述外圆弧与所述内圆弧及所述圆形头部自所述当前等分线外节点顺时针至所述内圆弧与所述圆形头部切点处截取的圆弧围成所述当前端面；
任一所述柱形体上下端面的圆形头部圆心与相邻的所述叶片支撑盘铰接，任一所述柱形体以其所述上下端面的圆形头部的圆心连线为轴枢转。
2.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片的柱形体的上下端面的圆形头部与相邻的所述叶片支撑盘之间有定位装置，所述定位装置锁定所述柱形体的枢转角度。
3.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片有2片。
4.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片有3片。
5.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片有4片。
6.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片有5片。
7.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片有6片。
8.如权利要求1所述可开合的垂直轴风力发电机风轮叶片结构，其特征在于，所述风轮叶片的数目为360大于6的约数。
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