CN103161661A - 机械式自动变矩风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械式自动变矩风机，主要包括叶片(18)，机壳(6)，左右端盖(10、1)，风机轴(2)，机壳(6)上有一组圆柱形凸台(6c)，其上连接有装有平面轴承(14)和轴套(15)的平面轴承座(6a)，叶片轴(16)自机壳(6)内腔穿过平面轴承(14)中心通孔及轴套(15)与叶片(18)连接，叶片轴(16)底端固定偏心摇臂(13)，左端盖(10)内壁固定离心摇架座(9)，并在其轻臂顶端铰接滚轮(12)，风机轴(2)上套有滑套(7)、回位弹簧(4)，叶片轴(16)上套有扭弹簧(19)，两个弹簧的弹力使偏心摇臂(13)一端与滑套(7)右端大头右端面接触，左端小头左端面与滚轮(12)接触。在风力大小变化时，本发明能自动转动叶片轴(16)，调整叶片(18)转矩，稳定转速。

Description

机械式自动变矩风机

技术领域：本发明涉及一种利用风能的风机，尤其是能自动变矩的风机。

背景技术：风能作为一种可再生能源越来越受到重视。但是，风力大小变化无常，给风机的稳定工作带来了困难。因此，能根据风力大小自动调整风机叶片输出转矩的技术应运而生。但现有的自动调整叶片转矩的风机，有采用电脑控制的，电磁控制的，即便是机械式的，如专利号为90101941.0名称为一种机械式浆叶变矩器的发明专利，采用行星齿轮差动控制变矩装置，结构十分复杂，增加了风机的制造、维修成本。

发明内容：本发明的目的是提供一种机械式自动变矩风机，能根据风力大小自动调整叶片的输出转矩，使风机稳定工作，且结构简单，制造、维修成本相对较低。

为此，本发明提出的技术解决方案是，一种机械式自动变矩风机，主要包括风机轴及连接在风机轴左端的靠背轮，叶片，机壳及其左右端盖，穿套在左右端盖中的风机轴与至少一个端盖的中心通孔之间有平键连接，机壳偏右部位的圆周上均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台，各个圆柱形凸台的中心线位于与风机轴垂直的同一平面上，圆柱形凸台的数目与风机叶片的数目相同，每个圆柱形凸台上均复盖并连接一个圆盘状的平面轴承座，平面轴承座面向机壳内腔的一面有一个圆柱形凸起插在机壳圆柱形凸台的中心通孔内，该圆柱形凸起的外径明显小于平面轴承座圆盘部分的直径，平面轴承座内有一个阶梯形中心通孔，即圆柱形凸起部分与机壳内腔连通的开口直径大而圆盘部分与外部连通的通孔直径小，所以平面轴承座内有一个凹坑和环形平台，每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承，且平面轴承的高度略大于凹坑的深度，平面轴承座圆盘部分直径较小的通孔内静配合置有一个中空的轴套。中底部位有个圆环形凸肩的叶片轴自机壳内腔穿过各自平面轴承的中心通孔及轴套外露于各自的平面轴承座外面，叶片轴与轴套为动配合，叶片轴的圆环形凸肩面向平面轴承的那个端面与平面轴承的端面接触，其直径与平面轴承的直径相同。叶片轴的底端套一个长条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂，其两端均为圆弧，并由摇臂销钉将偏心摇臂与叶片轴连接成一体。在左端盖内壁适当直径的圆周上以风机轴轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座，每个离心摇架座上均铰接一个曲尺形的离心摇架，每个离心摇架重量较轻的这一臂的顶端铰接一个滚轮。一个哑铃状的空心滑套空套在风机轴上，其右端圆盘直径较大的为大头，左端圆盘直径较小的为小头。在滑套大头右端面与右端盖内壁之间的风机轴上套有回位弹簧。外露于轴承座外的叶片轴顶部由叶片销钉将各个叶片与各自的叶片轴连接成一体，且叶片的迎风面与其同轴的偏心摇臂的中心平面垂直，该偏心摇臂中心平面与叶片轴的轴线重合。在每个叶片的底端与平面轴承座顶面之间的叶片轴上套有扭弹簧，各个扭弹簧一端连接在各自叶片的小通孔中，另一端则插在平面轴承座顶面小孔中。在叶片静止状态下，回位弹簧的弹力使滑套小头左端面与各个滚轮接触，并使离心摇架重量较轻的这一臂处在与风机轴垂直的位置，而重量较重的这一臂则处在与风机轴平行的位置。同样，在叶片静止状态下，扭弹簧的弹力使偏心摇臂离叶片轴较远的一端与滑套大头右端面接触，偏心摇臂与叶片轴轴线重合的那个中心平面与风机轴的轴线之间的夹角为α，α的范围为20°-70°。

由上可见，本发明的结构主要有机壳及其端盖、风机轴、叶片，变矩装置有离心摇架及其滚轮、滑套和回位弹簧、偏心摇臂和扭弹簧等。能根据风力大小自动转动风机轴，调整叶片的有效迎风面，改变叶片的输出转矩，稳定风机的转速。本发明结构简单，工作可靠，制造和维修成本相对较低。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明：图1是本发明的剖视结构示意图；

图2是图1中只限风机轴2、滑套7、偏心摇臂13、叶片轴16部分的俯视图；

图3是应用本发明的风机及发电机组的结构示意图。

具体实施方式：实施例1如图1至图3所示。卧式的圆筒形机壳6两端分别连接左端盖10和右端盖1，各由一组端盖连接螺钉5连接成一体。左、右端盖10、1中央均有向外凸起的有中心通孔的圆柱形平台，两个端盖中心通孔同轴线。左端连接有靠背轮11的风机轴2穿套在左、右端盖10、1中的中心通孔中可以自由转动，如图1所示，两个端盖的中心通孔处均有平键3将风机轴2与左、右端盖10、1相互连接，但也可以只有一个端盖有平键3连接。机壳6偏右部位均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台6c，各个圆柱形凸台6c的中心线位于与风机轴2垂直的同一个平面上，圆柱形凸台6c数目与风机叶片18的数目相同，实施例1为4叶，但也可以是3叶或更多叶。每个圆柱形凸台6c上均复盖并由一组平面轴承座连接螺钉6b连接一个圆盘状平面轴承座6a，平面轴承座6a面向机壳6内腔的一面有一个圆柱形凸起插在机壳6圆柱形凸台6c的中心通孔内，该圆柱形凸起的外径明显小于平面轴承座6a圆盘部分的直径，平面轴承座6a内有一个阶梯形的中心通孔，即圆柱形凸起部分与机壳6内腔连通的开口直径大，而圆盘部分与外部连通的通孔直径小，所以每个平面轴承座6a内都有一个凹坑和环形平台，每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承14，且平面轴承14的高度略大于凹坑的深度，而平面轴承座6a圆盘部分直径较小的通孔中静配合置有一个中空的轴套15。中底部位有个圆环形凸肩16a的叶片轴16自机壳6内腔穿过各自的平面轴承14的中心通孔及轴套15外露于各自的平面轴承座6a外面，叶片轴16与轴套15为动配合。圆环形凸肩16a面向平面轴承14的那个端面与平面轴承14的端面接触，其直径则与平面轴承14的直径相同。叶片轴16底端套一个长条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂13，其两端均为圆弧，并由摇臂销钉20将偏心摇臂13与叶片轴16连接成一体。在左端盖10内壁适当直径的圆周上，也就是略大于左端盖10二分之一直径部位的圆周上，以风机轴2轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座9，一般也是用连接螺钉连接在左端盖10的内壁上。每个离心摇架座9均铰接一个曲尺形的离心摇架8，离心摇架8重量较轻的这一臂的顶端又铰接一个滚轮12。实施例1如图1所示，离心摇架座9为一对，但也可以是2对、3对甚至更多对。一个哑铃状的空心滑套7空套在风机轴2上，其右端圆盘直径较大的为大头，而左端圆盘直径较小的为小头。在滑套7大头右端面与右端盖1内壁之间的风机轴2上套有回位弹簧4，在叶片18静止状态下，回位弹簧4的弹力使滑套7小头左端面与滚轮12接触，并使离心摇架8重量较轻的这一臂处在与风机轴2垂直的位置，而重量较重的这一臂处在与风机轴2平行的位置。外露于平面轴承座6a外的叶片轴16顶部由叶片销钉17将各个叶片18与各自的叶片轴16连接成一体，每个叶片18上至少有2个叶片销钉17，且叶片18与偏心摇臂13相互有位置关系，如图2所示，叶片18的迎风面B与其同轴的偏心摇臂13中心平面P垂直。摇臂13在厚度上也有个中心平面，但中心平面P是与叶片轴16轴线重合的那个中心平面；所谓叶片18的迎风面B，就是叶片18曲面的最大投影面，也就是叶片18中两条边线所在的平面。在每个叶片18底端与平面轴承座6a顶面之间的叶片轴16上套有扭弹簧19，各个扭弹簧19一端连接在各自叶片18底部的小通孔中，而另一端则插在各自的平面轴承座6a顶面的小孔中。在叶片18静止状态下，扭弹簧19的弹力使偏心摇臂13离叶片轴16较远的一端与滑套7大头右端面接触，偏心摇臂13中心平面P与风机轴2轴线之间的夹角α为45°。

实施例2与实施例1的区别是，在叶片18静止状态下，偏心摇臂中心平面P与风机轴2轴线之间的夹角α为20°，其他均与实施例1相同，不再重复。实施例2的初始α比较小，偏心摇臂13和叶片18可转动范围大，适用于风力大小变动范围较大的场所。

实施例3与实施例1的区别是，在叶片18静止状态下，偏心摇臂13中心平面P与风机轴2轴线之间的夹角α为70°，其他均与实施例1相同，不再重复。实施例3的初始α比较大，偏心摇臂13与叶片18可转动范围小，适用于风力大小变化范围较小的场所。

本发明是这样工作的：应用本发明的风电机组如图3所示，与发电机30机壳连成一体的立轴32安装在塔架(未画)中可以转动，在风力作用下，连接在发电机30机壳左端的燕尾舵31使风机的机头对准风向，叶片18旋转，机壳6、左右端盖10、1同步旋转，通过平键3带动风机轴2同步转动，经靠背轮11带动发电机30工作。

当风力驱动叶片18旋转时：

机壳6和离心摇架8同步转动，在离心力作用下，离心摇架8克服回位弹簧4与扭弹簧19的阻力推动滑套7向右移，当离心摇架8的离心力与回位弹簧4及扭弹簧19的弹力平衡时，滑套7不再移动，叶片18在该平衡转速下工作。改变回位弹簧4的刚度，就能调整叶片18的平衡转速。当风力增大时，叶片18产生的转矩增加，转速升高，离心摇架8的离心力增加，滑套7再向右移，如图2所示，偏心摇臂13与叶片18逆时针转动，叶片18有效迎风面减小，叶片18产生的转矩减小，转速下降，直至离心摇架8的离心力与回位弹簧4及扭弹簧19的弹力重新平衡，偏心摇臂13与叶片18不再转动，叶片18又恢复到原来的平衡转速。当风力减小时，叶片18产生的转矩减小，叶片18转速下降，离心摇架8的离心力减小，滑套7左移，偏心摇臂13和叶片18顺时针转动，叶片18的有效迎风面增加，叶片18产生的转矩增大，叶片18转速增加，离心摇架8的离心力增加，直至离心摇架8的离心力与回位弹簧4及扭弹簧19的弹力重新平衡，偏心摇臂13与叶片18不再转动，叶片18恢复到原来的平衡转速。

由此可见，无论风力大小如何变化，本发明均能自动转动叶片轴16，调整叶片18产生的转矩，稳定叶片18的转速，从而保证风电机组稳定工作。

Claims (1)

1.一种机械式自动变矩风机，主要包括风机轴及连接在风机轴左端的靠背轮，叶片，圆筒形卧式机壳及其左右端盖，其特征是：穿套在左端盖(10)与右端盖(1)中的风机轴(2)与至少一个端盖的中心通孔之间有平键(3)连接；所述机壳(6)偏右部位均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台(6c)，各个圆柱形凸台(6c)的中心线位于与风机轴(2)垂直的同一个平面上，圆柱形凸台(6c)的数目与风机叶片(18)的数目相同，每个圆柱形凸台(6c)上均复盖并连接一个圆盘状的平面轴承座(6a)，平面轴承座(6a)面向机壳(6)内腔的一面有一个圆柱形凸起插在圆柱形凸台(6c)的中心通孔内，该圆柱形凸起的外径明显小于平面轴承座(6a)圆盘部分的直径，平面轴承座(6a)内有一个阶梯形中心通孔，即圆柱形凸起部分与机壳(6)内腔连通的开口直径大而圆盘部分与外部连通的通孔直径小，所以平面轴承座(6a)内有一个凹坑和环形平台，每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承(14)，且平面轴承(14)的高度略大于凹坑的深度，而平面轴承座(6a)圆盘部分直径较小的通孔内静配合的置有一个中空的轴套(15)；中底部位有个圆环形凸肩(16a)的叶片轴(16)自机壳(6)内腔穿过各自的平面轴承(14)的中心通孔及轴套(15)外露于各自的平面轴承座(6a)外面，叶片轴(16)与轴套(15)为动配合，叶片轴(16)上圆柱形凸肩(16a)面向平面轴承(14)的那个端面与平面轴承(14)的端面接触，其直径则与平面轴承(14)的直径相同，叶片轴(16)底端套一个长条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂(13)，其两端均为圆弧，并由摇臂销钉(20)将偏心摇臂(13)与叶片轴(16)连接成一体；在左端盖(10)内壁适当直径的圆周上以风机轴(2)轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座(9)，每个离心摇架座(9)上均铰接一个曲尺形的离心摇架(8)，离心摇架(8)重量较轻的这一臂的顶端铰接一个滚轮(12)；一个哑铃状的空心滑套(7)空套在风机轴(2)上，其右端圆盘直径较大的为大头，左端圆盘直径较小的为小头；在滑套(7)大头右端面与右端盖(1)内壁之间的风机轴(2)上套有回位弹簧(4)；外露于平面轴承座(6a)外的叶片轴(16)顶部由叶片销钉(17)将各个叶片(18)与各自的叶片轴(16)连接成一体，且叶片(18)的迎风面B与其同轴的偏心摇臂(13)中心平面P垂直，该中心平面P与叶片轴(16)的轴线重合；在每个叶片(18)底端与平面轴承座(6a)顶面之间的叶片轴(16)上套有扭弹簧(19)，各个扭弹簧(19)一端连接在各自叶片(18)的小通孔中，而另一端则插在各自的平面轴承座(6a)顶面的小孔中；在叶片(18)静止状态下，回位弹簧(4)的弹力使滑套(7)小头左端面与各个滚轮(12)接触，并使离心摇架(8)重量较轻的这一臂处在与风机轴(2)垂直的位置，而重量较重的这一臂则处在与风机轴(2)平行的位置；同样，在叶片(18)静止状态下，扭弹簧(19)的弹力使偏心摇臂(13)离叶片轴(16)较远的一端与滑套(7)大头右端面接触，而偏心摇臂(13)与叶片轴(16)轴线重合的那个中心平面P与风机轴(2)轴线之间的夹角为α，α的范围为20°-70°。

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