CN106121912A - 一种垂直轴可变翼风力发电机 - Google Patents

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郑梅生
吕美琪
王兆伍
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南京林业大学
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    • Y02E10/70Wind energy
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Abstract

本发明公开了一种垂直可变翼风力发电机,包括机座,机座上设置有能转动的垂直空心轴和固定的偏心轴,偏心轴偏心空套在空心轴中。空心轴上安装有数个风翼装置,每个风翼装置包括连接杆、曲柄、偏心杆和风翼框。每个风翼框固定在曲柄上;连接杆一端固定在空心轴上,另一端与曲柄铰接;偏心杆一端与曲柄铰接,另一端与偏心轴铰接并可围绕偏心轴转动。风翼由风翼框、多个扇叶和离心装置组成,扇叶通过离心装置可转动地设置在风翼框中,风速过快时,可变翼能安全有效地保护风力发电机。本发明利用可变翼装置减少风阻,具有高效利用风能、结构合理等优点,微风启动即可发电,超速风自动停机或慢速转动,安全可靠。

Description

一种垂直轴可变翼风力发电机
技术领域
[0001] 本发明属于发电机的技术领域,具体涉及一种风力发电机,具体的说,是一种垂直轴可变翼风力发电机。背景技术
[0002] 风力发电作为一种洁净无污染的可再生能源,其开发利用是近期内才趋于成熟, 开始大规模发展,潜力巨大。在未来有可能成为世界重要的替代能源。水平轴风力机是目前技术最成熟,占据市场主流的产品,单水平轴风力机由于结构原因,具有占据空间大、需要用尾舵调整风向,只能用在大型风力机上的缺陷。垂直轴风力机的设计方法较为先进,具有风能利用率高,占据空间较小,启动风速低,基本不产生噪声等优点。现有的垂直轴风力机可分为两种主要类型:一类是利用空气动力阻力做功,典型结构是S型风轮。另一类是利用翼形升力做功的达里厄风力机,具有多种形式如H形、®形等。但是现有的垂直轴风力机的叶翼受风面积与方向是不可变化的,其叶翼均为固定式,受风面积为一定值,当风速超大时,还需要用刹车装置将叶翼制动锁死,使其不能超速旋转,即使这样,还是有可能因为风力过大将叶翼折断或风塔损坏。本发明对现有的海上渔船的垂直轴风力机调查发现,当海风过大时,渔民们在叶翼高速旋转的状态下,必须将风力机卸下,不让其损坏,因而很不安全,如果不拆卸轻则机毁人伤,重则影响渔船的安全,这是中小型风力发电机亟待解决的难题。发明内容
[0003] 本发明目的在于克服以上现有技术的不足,提供一种风力利用合理、效率高、风速过快时不必拆卸的垂直轴可变翼风力发电机。
[0004] 为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为:一种垂直轴可变翼风力发电机,包括机座,机座上设置有能转动的垂直空心轴,垂直空心轴上安装有数个风翼装置,其中:每个风翼装置包括连接杆、曲柄、偏心杆以及风翼,连接杆一端固定在垂直空心轴上,另一端与曲柄的一端铰接,风翼固定在曲柄上,机座上还设置有能转动的偏心轴,偏心轴的轴心和垂直空心轴的轴心不在同一竖直线上,偏心杆一端与偏心轴铰接,另一端与曲柄或风翼铰接,风翼由风翼框和多个扇叶组成,扇叶可转动地设置在风翼框中。
[0005] 为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:上述的偏心轴设置在垂直空心轴的空心中。
[0006] 上述的风翼包括工作状态和收拢状态,当风翼处于工作状态时,扇叶与风翼框的平面齐平,当风翼处于收拢状态时,扇叶与风翼框垂直。
[0007] 上述的扇叶通过转动轴与风翼框连接,转动轴与一传动带传动连接,传动带运作时,带动转动轴转动,转动轴带动扇叶在与风翼框平面齐平和垂直之间转换状态。
[0008] 上述的风翼包括连杆机构,连杆机构包括推拉杆和多个拨叉,推拉杆一端通过归位弹簧与风翼框柔性连接,另一端通过钢索连接有离心重力球,推拉杆上设置有多个拨叉限位轴,所述拨叉的一端与拨叉限位轴滑动连接,拨叉的另一端与扇叶的转动轴固定连接, 推拉杆可在风翼框中平移滑动,当推拉杆被离心重力球拉动,拨叉与推拉杆连接的一端位移,导致拨叉另一端带动扇叶转动,进而带动扇叶在与风翼框平面齐平和垂直之间转换状〇
[0009] 上述的扇叶的转动轴转动角度为0°至90°。
[0010] 上述的转动轴可转动地连接在风翼框的左和/或右侧框上。
[0011] 上述的转动轴可转动地连接在风翼框的上和/或下侧框上。
[0012] 上述的扇叶与风翼框的平面齐平时,扇叶之间密封贴合,最上侧的扇叶与风翼框的上侧框密封贴合,最下侧的扇叶与风翼框的下侧框密封贴合。
[0013] 当某一风翼处于垂直于风向状态时,与其180°对应的风翼处于平行于风向状态。
[0014] 本发明的垂直轴可变翼风力发电机,具有风翼,风翼又由多个更小的扇叶组成,本发明通过偏心结构使风翼在转到不同位置时风翼的角度不同,当某一风翼处于垂直于风向状态时,与其180°对应的风翼处于平行于风向状态。风力使风翼装置转动,风吹到垂直风翼时,垂直风翼顺着风向转动,且受风面积最大,而与垂直风翼180°对应的风翼此时正平行于风向运动,该风翼此时受风面积最小,通过这样设置能极大地提高风力的利用效率。当风速过快时,本发明的风翼可以转换为收拢状态,而无需拆除发电装置。风翼在收拢状态下,扇叶与风翼框垂直,吹到风翼上的风都从扇叶之间的空隙吹过,对扇叶做功极小,风翼装置的转速会很低,不会出现过载的情况。附图说明
[0015] 图1是本发明的结构实体图;图2是图1的俯视图;图3是转动轴接在风翼框的下侧框上的风翼在工作状态时的示意图;图4是转动轴接在风翼框的下侧框上的风翼在收拢状态时的示意图;图5是转动轴接在风翼框的左侧框上的风翼在工作状态时的示意图;图6是转动轴接在风翼框的左侧框上的风翼在收拢状态时的示意图;图7是采用连杆机构的风翼在工作状态时的示意图;图8是采用连杆机构的风翼在收拢状态时的示意图。[〇〇16]图9是风吹向风翼装置的示意图。[〇〇17]其中的附图标记为:机座1、垂直空心轴11、偏心轴12、风翼装置2、连接杆21、曲柄 22、偏心杆23、风翼3、风翼框31、扇叶32、传动带33、离心重力球34、推拉杆35、拨叉36、归位弹簧37、钢索38。具体实施方式
[0018]下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明:第一实施例:如图1至图4、图9所示,一种垂直轴可变翼风力发电机,包括机座1,机座1上设置有能转动的垂直空心轴11,垂直空心轴11上安装有数个风翼装置2,其中:每个风翼装置2包括连接杆21、曲柄22、偏心杆23以及风翼3,连接杆21—端固定在垂直空心轴11上,另一端与曲柄22的一端铰接,风翼3固定在曲柄22上,机座1上还设置有能转动的偏心轴12,偏心轴12的轴心和垂直空心轴11的轴心不在同一竖直线上,偏心杆23—端与偏心轴12铰接,另一端与曲柄22或风翼3铰接,风翼3 由风翼框31和多个扇叶32组成,扇叶32可转动地设置在风翼框31中。[0〇19] 实施例中,偏心轴12设置在垂直空心轴11的空心中。
[0020]实施例中,风翼3包括工作状态和收拢状态,当风翼3处于工作状态时,扇叶32与风翼框31的平面齐平,当风翼3处于收拢状态时,扇叶32与风翼框31垂直。[0021 ]实施例中,扇叶32通过转动轴与风翼框31连接,转动轴与一传动带33传动连接,传动带33运作时,带动转动轴转动,转动轴带动扇叶32在与风翼框31平面齐平和垂直之间转换状态。[〇〇22]实施例中,扇叶32的转动轴转动角度为0°至90°。[〇〇23]实施例中,转动轴可转动地连接在风翼框31的下侧框上。
[0024]实施例中,扇叶32与风翼框31的平面齐平时,扇叶32之间密封贴合,最上侧的扇叶 32与风翼框31的上侧框密封贴合,最下侧的扇叶32与风翼框31的下侧框密封贴合。[〇〇25]实施例中,当某一风翼3处于垂直于风向状态时,与其180°对应的风翼3处于平行于风向状态。
[0026] 第二实施例:如图5和图6所示,实施例中,扇叶32通过转动轴与风翼框31连接,转动轴与一传动带33传动连接,传动带 33运作时,带动转动轴转动,转动轴带动扇叶32在与风翼框31平面齐平和垂直之间转换状〇
[0027] 实施例中,转动轴可转动地连接在风翼框31的左侧框上。[0〇28] 未述部分同第一实施例。
[0029] 第一实施例和第二实施例的区别在于转动轴连接在风翼框31的下侧框还是左侧框上。如果连接在风翼框31的下侧框或上侧框上,虽然垂直于风向的风翼装置2中的扇叶32 都是与风向平行的,但是其他方位的风翼装置2中的扇叶32还是与风向具有一定角度,所以这种设置能降低风力作用在风翼装置2上的强度,但是不能减小到很小,而扇叶32连接在风翼框31的左侧框或右侧框上,则所有方位的风翼装置2中的扇叶32都是与风向平行的,能有效降低风力作用在风翼装置2上的强度。
[0030] 第三实施例:如图7至图9所示,一种垂直轴可变翼风力发电机,包括机座1,机座1上设置有能转动的垂直空心轴11,垂直空心轴11上安装有数个风翼装置2,其中:每个风翼装置2包括连接杆21、曲柄22、偏心杆 23以及风翼3,连接杆21—端固定在垂直空心轴11上,另一端与曲柄22的一端铰接,风翼3固定在曲柄22上,机座1上还设置有能转动的偏心轴12,偏心轴12的轴心和垂直空心轴11的轴心不在同一竖直线上,偏心杆23—端与偏心轴12铰接,另一端与曲柄22或风翼3铰接,风翼3 由风翼框31和多个扇叶32组成,扇叶32可转动地设置在风翼框31中。
[0031] 实施例中,偏心轴12设置在垂直空心轴11的空心中。
[0032] 实施例中,风翼3包括工作状态和收拢状态,当风翼3处于工作状态时,扇叶32与风翼框31的平面齐平,当风翼3处于收拢状态时,扇叶32与风翼框31垂直。[〇〇33]实施例中,风翼3包括连杆机构,连杆机构包括推拉杆35和多个拨叉36,推拉杆35一端通过归位弹簧37与风翼框31柔性连接,另一端通过钢索38连接有离心重力球34,推拉杆35上设置有多个拨叉限位轴,所述拨叉36的一端与拨叉限位轴滑动连接,拨叉36的另一端与扇叶32的转动轴固定连接,推拉杆35可在风翼框31中平移滑动,当推拉杆35被离心重力球34拉动,拨叉36与推拉杆35连接的一端位移,导致拨叉36另一端带动扇叶32转动,进而带动扇叶32在与风翼框31平面齐平和垂直之间转换状态。[〇〇34]实施例中,扇叶32的转动轴转动角度为0°至90°。[〇〇35]实施例中,当某一风翼3处于垂直于风向状态时,与其180°对应的风翼3处于平行于风向状态。
[0036]以下以第三实施例作为例子详细讲述本发明的结构:本发明的扇叶32布置于风翼框31中,在微风和不超风速的情况下,扇叶32相互叠加形成一完整的挡风面,当风翼装置2 在超风速的状态下运作,风翼装置2高速转动,这时重力离心球在离心力作用下拉动推拉杆 35,使曲柄36与推拉杆35连接的一端位移,导致曲柄36另一端以扇叶32的转动轴为轴转动, 进而带动转动轴转动,转动轴带动扇叶32向与风翼框31平面垂直的状态转换,由于扇叶32 的角度变化,会导致风翼装置2转动速度下降,进而使重力离心球的离心力降低,最终在一个平衡点稳定下来。当风力减小时,风翼装置2转动速度下降,离心重力球34的拉力降低,归位弹簧37拉回推拉杆35,使扇叶32回归位置。[〇〇37]以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例, 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直轴可变翼风力发电机,包括机座(1),所述的机座(1)上设置有能转动的垂 直空心轴(11),所述的垂直空心轴(11)上安装有数个风翼装置(2),其特征是:每个所述的 风翼装置(2)包括连接杆(21)、曲柄(22)、偏心杆(23)以及风翼(3),所述的连接杆(21)—端 固定在垂直空心轴(11)上,另一端与曲柄(22)的一端铰接,所述的风翼(3)固定在曲柄(22) 上,所述的机座(1)上还设置有能转动的偏心轴(12),所述的偏心轴(12)的轴心和垂直空心 轴(11)的轴心不在同一竖直线上,所述的偏心杆(23)—端与偏心轴(12)铰接,另一端与曲 柄(22)或风翼(3)铰接,所述的风翼(3)由风翼框(31)和多个扇叶(32)组成,所述的扇叶 (32)可转动地设置在风翼框(31)中。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的偏心轴(12) 设置在垂直空心轴(11)的空心中。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的风翼(3)包 括工作状态和收拢状态,当风翼(3)处于工作状态时,所述的扇叶(32)与风翼框(31)的平面 齐平,当风翼(3)处于收拢状态时,所述的扇叶(32)与风翼框(31)垂直。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的扇叶(32)通 过转动轴与风翼框(31)连接,所述的转动轴与一传动带(33)传动连接,所述的传动带(33) 运作时,带动转动轴转动,转动轴带动扇叶(32)在与风翼框(31)平面齐平和垂直之间转换 状态。
5.根据权利要求3所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的风翼(3)包 括连杆机构,所述的连杆机构包括推拉杆(35)和多个拨叉(36),所述的推拉杆(35)—端通 过归位弹簧(37)与风翼框(31)柔性连接,另一端通过钢索(38)连接有离心重力球(34),所 述的推拉杆(35)上设置有多个拨叉限位轴,所述拨叉(36)的一端与拨叉限位轴滑动连接, 拨叉(36)的另一端与扇叶(32)的转动轴固定连接,推拉杆(35)可在风翼框(31)中平移滑 动,当推拉杆(35)被离心重力球(34)拉动,拨叉(36)与推拉杆(35)连接的一端位移,导致拨 叉(36)另一端带动扇叶(32)转动,进而带动扇叶(32)在与风翼框(31)平面齐平和垂直之间 转换状态。
6.根据权利要求5所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的扇叶(32)的 转动轴转动角度为0°至90°。
7.根据权利要求4所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的转动轴可转 动地连接在风翼框(31)的左和/或右侧框上。
8.根据权利要求4所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的转动轴可转 动地连接在风翼框(31)的上和/或下侧框上。
9.根据权利要求1所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:所述的扇叶(32)与 风翼框(31)的平面齐平时,扇叶(32)之间密封贴合,最上侧的扇叶(32)与风翼框(31)的上 侧框密封贴合,最下侧的扇叶(32)与风翼框(31)的下侧框密封贴合。
10.根据权利要求1所述的一种垂直轴可变翼风力发电机,其特征是:当某一风翼(3)处 于垂直于风向状态时,与其180°对应的风翼(3)处于平行于风向状态。
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Assignee: Chuzhou Monte tech Environmental Protection Technology Co., Ltd.

Assignor: Nanjing Forestry University

Contract record no.: 2019320000244

Denomination of invention: Vertical-axis changeable wing wind power generator

Granted publication date: 20180821

License type: Common License

Record date: 20190717

Application publication date: 20161116

Assignee: Chuzhou Monte tech Environmental Protection Technology Co., Ltd.

Assignor: Nanjing Forestry University

Contract record no.: 2019320000244

Denomination of invention: Vertical-axis changeable wing wind power generator

Granted publication date: 20180821

License type: Common License

Record date: 20190717

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20161116

Assignee: Nanjing Monte tech Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Assignor: NANJING FORESTRY University

Contract record no.: X2020320000111

Denomination of invention: A vertical axis variable wing wind turbine

Granted publication date: 20180821

License type: Common License

Record date: 20201105

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract