CN106121912B - 一种垂直轴可变翼风力发电机 - Google Patents

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

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

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、Φ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

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。

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。

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。

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。

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。

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态。

上述的扇叶的转动轴转动角度为0°至90°。

上述的转动轴可转动地连接在风翼框的左和/或右侧框上。

上述的转动轴可转动地连接在风翼框的上和/或下侧框上。

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。

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。

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

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。

图9是风吹向风翼装置的示意图。

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

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21一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23一端与偏心轴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。

实施例中，偏心轴12设置在垂直空心轴11的空心中。

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。

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。

实施例中，扇叶32的转动轴转动角度为0°至90°。

实施例中，转动轴可转动地连接在风翼框31的下侧框上。

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。

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。

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态。

实施例中，转动轴可转动地连接在风翼框31的左侧框上。

未述部分同第一实施例。

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。

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21一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23一端与偏心轴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。

实施例中，偏心轴12设置在垂直空心轴11的空心中。

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。

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。

实施例中，扇叶32的转动轴转动角度为0°至90°。

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。

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。

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)一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)一端与偏心轴(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)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)，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。