CN102367785B - 一种垂直轴风力发电机风轮叶片自动开合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，包括风轮，所述风轮包括叶片，所述叶片有多片，所述多片叶片与所述风轮铰接，其中，所述叶片与所述风轮铰接部位设有旋转装置和定位装置，所述旋转装置使所述叶片以其与所述风轮铰接部位为轴旋转，所述定位装置锁定所述叶片的旋转角度，还包括控制装置，所述控制装置与所述旋转装置和所述定位装置分别连接。本发明的有益效果是：可根据风速自动打开或者合上风力发电机的风轮叶片，风轮叶片合上后风轮称为一圆柱体，受风面积小，保护风轮不会在风速过大时损坏。

Description

一种垂直轴风力发电机风轮叶片自动开合装置
技术领域
本发明涉及一种垂直轴风力发电机风轮叶片控制装置，尤其是一种垂直轴风力发电机风轮叶片自动开合装置。
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
针对现有的垂直轴风力发电机存在的上述问题，本发明提供一种垂直轴风力发电机风轮叶片自动开合装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，包括风轮，所述风轮包括叶片，所述叶片有多片，所述多片叶片与所述风轮铰接，其中，所述叶片与所述风轮铰接部位设有旋转装置和定位装置，所述旋转装置使所述叶片以其与所述风轮铰接部位为轴旋转，所述定位装置锁定所述叶片的旋转角度，还包括控制装置，所述控制装置与所述旋转装置和所述定位装置分别连接。
上述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其中，所述风轮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叶片，所述叶片多于一片，所述叶片为柱形体，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；
所述圆环形支撑盘以多条连接其外圆和内圆的等分线分成与所述叶片数相同个等分，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；
还包括多条叶片转轴，所述叶片转轴于所述叶片柱形体上下端面的圆形头部的圆心贯穿所述柱形体并与所述叶片相邻的所述支撑盘铰接，所述叶片转轴两端伸出所述支撑盘，所述叶片转轴两端设有从动齿轮，所述支撑轴设有驱动齿轮，所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合。 
上述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其中，还包括驱动装置，所述驱动装置与所述驱动齿轮连接，所述驱动装置驱动所述驱动齿轮。
上述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其中，所述从动齿轮上设有定位销孔，所述支撑盘上设有定位销子，所述定位销孔与所述定位销子匹配，还包括伸缩装置，所述伸缩装置与所述定位销子连接，所述伸缩装置与所述控制装置连接。
上述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其中，所述定位销孔有多个，所述多个定位销孔呈以所述叶片转轴为圆心的圆环状分布于所述从动齿轮上。
上述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其中，还包括风速感应装置，所述风速感应装置与所述控制装置连接。
本发明的有益效果是：
可根据风速自动打开或者合上风力发电机的风轮叶片，风轮叶片合上后风轮称为一圆柱体，受风面积小，保护风轮不会在风速过大时损坏。
附图说明
图1是本发明一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置的结构示意图；
图2是本发明一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置的俯视结构示意图；
图3是本发明一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置定位销孔和定位销轴的剖面结构示意图。
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、图2和图3所示，本发明一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，包括风轮1，风轮包括叶片11，叶片有多片，多片叶片11与风轮1铰接，其中，叶片11与风轮铰接部位设有旋转装置和定位装置，旋转装置使叶片11以其与风轮1铰接部位为轴旋转，定位装置锁定叶片11的旋转角度，还包括控制装置，控制装置与旋转装置和定位装置分别连接。本发明实现的原理是，控制装置控制旋转装置旋转，进而带动叶片11发生旋转，从而改变叶片11相对于风轮1的开合角度，同时通过定位装置锁定叶片11相对于风轮1的开合角度，使风叶11相对于风轮1的开合角度不会引外力改变。通过本发明可根据风力大小改变叶片相对于风轮的开合角度，在风力较小时加大叶片与风轮的相对角度，从而有效利用风能，在风力过大时减小叶片与风轮的相对角度，从而保护风轮。
进一步的，本发明可以如下方式实施，风轮1包括一对叶片支撑盘12和支撑轴13，支撑轴13为圆柱形，一对叶片支撑盘12为圆环形，圆环形内圆121与支撑轴13匹配，一对叶片支承盘12相隔预定距离套在支撑轴13上；
一对叶片支撑盘12之间设有叶片11，叶片11多于一片，叶片11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，并各自与相邻的支撑盘12连接，且使柱形体与一对支撑盘12垂直；
圆环形支撑盘12以多条连接其外圆122和内圆121的等分线分成与叶片11数相同个等分，取其中一条等分线称为当前等分线123，当前等分线123与圆环形支撑盘12外圆122的交点称为当前等分线的外节点1231，圆环形支撑盘12外圆122上当前等分线123的外节点1231的逆时针方向的前一个由其他等分线与外圆122相交形成的外节点称为当前等分线123的前节点1232；
柱形体任一端面包括头部311和尾部312，头部311为圆形，圆形头部311直径等于圆环形支撑盘12的外圆122半径减去内圆121半径之差，圆形头部311的圆心位于一条等分线中点，称一端面圆形头部311位于当前等分线123中点的柱形体为当前柱形体3，该端面为当前端面31，称当前柱形体3沿圆环形支撑盘12逆时针方向的第一个柱形体为第二柱形体4，称当前柱形体3沿圆环形支撑盘12逆时针方向的第二个柱形体为第三柱形体5，当前等分线123的外节点1231通过一条圆弧与当前等分线123的前节点1232相连称为外圆弧313，做一圆形，使该圆形与当前端面31的圆形头部311外切，与第二柱形体4的与当前端面31同一平面内的端面的圆形头部311内切，并与第三柱形体5的与当前端面31同一平面内的端面的圆形头部311外切，以该圆形与当前端面31的圆形头部311的切点1233至当前等分线123的前节点1232截取圆弧，称该段圆弧为内圆弧314，外圆弧313与内圆弧314于当前等分线123的前节点1232处相交形成当前端面31的尾部312，外圆弧313半径与圆环形支撑盘12外圆122半径相等，外圆弧313与内圆弧314及圆形头部311自当前等分线123外节点1231顺时针至内圆弧314与圆形头部311切点1233处截取的圆弧围成当前端面31；
还包括多条叶片转轴111，叶片转轴111于叶片柱形体上下端面的圆形头部311的圆心贯穿柱形体并与叶片相邻的支撑盘12铰接，叶片转轴111两端伸出支撑盘12，叶片转轴111两端设有从动齿轮112，支撑轴13设有一对驱动齿轮131，从动齿轮112与驱动齿131轮啮合，从动齿轮112可以设在支撑盘12外侧也可以设在支撑盘12内侧。 
以上实施方式可以通过支撑轴13旋转带动驱动齿轮131，进而带动从动齿轮112转动，从动齿轮112带动叶片转轴111使叶片11开合，由于叶片转轴111两端都设有从动齿轮112，这样可以使叶片11开合时受力均匀，在叶片11纵向尺寸很大时也能平稳开合。
进一步的，上述实施方式还可以改进成，以一个额外的驱动装置连接并驱动驱动齿轮131连接，以额外的驱动装置驱动驱动齿轮131，使得支撑轴13不须旋转，即可实现叶片11开合，由于风力发电机一般高度较大，支撑轴13通常都较长，驱动支撑轴13旋转会消耗较多能源，设置额外的驱动装置驱动驱动齿轮131可节省能源同时避免支撑轴13因旋转产生磨损。
进一步的，从动齿轮112上设有定位销孔1121，支撑盘12上设有定位销子1201，定位销孔1121与定位销子1201匹配，还包括伸缩装置，伸缩装置与定位销子1201连接，伸缩装置与控制装置连接。伸缩装置控制定位销子1201伸出或者缩回，定位销子1201伸出时插入从动齿轮112上的定位销孔1121中，使从动齿轮112无法旋转，进而锁定叶片转轴111使其无法旋转以实现叶片11定位的功能，定位销子1201缩回时动齿轮112解除锁定使叶片转轴111得以带动叶片11转动，由控制装置控制伸缩装置动作使得叶片11的锁定与解除锁定可以远程实现。
进一步的，定位销孔1121可以设置多个，多个定位销孔1121呈以叶片转轴111为圆心的圆环状分布于从动齿轮112上。设置圆环状分布的多个定位销孔1121使叶片11可以呈多种角度定位，定位销子1201也可以设置多个，多个定位销子1201可以在叶片11定位时受力均匀分配，延长单个定位销子1201的使用寿命。
进一步的，定位销子1201为圆柱形，圆柱形插入从动齿轮112上的定位销孔1121中，定位销子1201的纵向截面可制成梯形，或者将圆柱形插入定位销孔1121的部分制成半球形，这样可以方便定位销孔1121与定位销子1201对位，以避免从动齿轮112与驱动齿轮131使用时间过长出现偏移的情况下定位销子1201无法伸入定位销孔的情况发生。
进一步的，本发明还可以包括风速感应装置，风速感应装置与控制装置连接。控制装置通过风速感应装置感应到风力大小变化来调节控制叶片11的开合角度，以保护风轮1在风力过大时不致损坏，或者在风力较小时充分利用风能。
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 (5)

1.一种垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，包括风轮，所述风轮包括叶片，所述叶片有多片，所述多片叶片与所述风轮铰接，其特征在于，所述叶片与所述风轮铰接部位设有旋转装置和定位装置，所述旋转装置使所述叶片以其与所述风轮铰接部位为轴旋转，所述定位装置锁定所述叶片的旋转角度，还包括控制装置，所述控制装置与所述旋转装置和所述定位装置分别连接；
所述风轮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叶片，所述叶片多于一片，所述叶片为柱形体，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；
所述圆环形支撑盘以多条连接其外圆和内圆的等分线分成与所述叶片数相同个等分，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；
还包括多条叶片转轴，所述叶片转轴于所述叶片柱形体上下端面的圆形头部的圆心贯穿所述柱形体并与所述叶片相邻的所述支撑盘铰接，所述叶片转轴两端伸出所述支撑盘，所述叶片转轴两端设有从动齿轮，所述支撑轴设有驱动齿轮，所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合。
2.如权利要求1所述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其特征在于，还包括驱动装置，所述驱动装置与所述驱动齿轮连接，所述驱动装置驱动所述驱动齿轮。
3.如权利要求1所述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其特征在于，所述从动齿轮上设有定位销孔，所述支撑盘上设有定位销子，所述定位销孔与所述定位销子匹配，还包括伸缩装置，所述伸缩装置与所述定位销子连接，所述伸缩装置与所述控制装置连接。
4.如权利要求2所述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其特征在于，所述定位销孔有多个，所述多个定位销孔呈以所述叶片转轴为圆心的圆环状分布于所述从动齿轮上。
5.如权利要求1-4中任一所述垂直轴风力发电机叶片自动开合装置，其特征在于，还包括风速感应装置，所述风速感应装置与所述控制装置连接。
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