CN106246462A - 一种可变翼垂直轴阻力型风力机 - Google Patents

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曹伟
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Abstract

本发明涉及一种可变翼垂直轴阻力型风力机,由叶片、摆杆、摆杆销轴、连杆、销轴、机架筒、顶盖、输出轴、限位挡块等组成。两个摆杆与连杆以及机架筒组成一组四连杆机构;各摆杆外端固定连接风力叶片;机架筒上下共布置8组叶片,各叶片组相互均匀错开;当风吹向叶片时,机架筒上迎风侧叶片在风力的作用下绕其与机架筒组成的转轴旋转张开,同理背风侧叶片旋转收缩,两摆杆的运动在连杆的联动作用下相互助力;限位档块限定了叶片的张开与收缩角度。以上风力叶片在机架筒旋转过程中,随着其受风角度的变化而自动调整姿态,使迎风侧叶片受风面积增大,背风侧叶片受风面积减小,有效减小了背风侧叶片的阻力,从而提高了风力机的风能利用率。

Description

一种可变翼垂直轴阻力型风力机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种垂直轴风力机领域,尤其涉及一种可变翼垂直轴阻力型风力机。
背景技术
[0002] 垂直轴风力机按照风力机叶片的工作原理可以分为升力型和阻力型两种。升力型风力机是依靠升力来工作的风力机,它虽然风能利用率高,但是其启动的风速高,只适合在风能资源丰富的地区使用,不适合微风情况下发电;而阻力型风力机是依靠阻力来工作的风力机,它虽然风能利用率低,但是其启动风速小,适合在南方等风能资源不丰富的地区使用,能够在微风情况下发电,市场广阔。
[0003] 传统垂直轴阻力型风力机风能利用率低的主要原因是当来流冲击风轮时,在其迎风一侧受到的是有效推力矩,但另一侧受到的是阻力矩,其合力矩才是推动风轮旋转做功的有效力矩。显然,由于背风侧阻力矩的存在,其风能利用率大大降低。
发明内容
[0004] 技术问题:针对垂直轴阻力型风力机普遍存在的风能利用率低的问题,本发明设计了一种可变翼风力机,当风吹向叶片时,迎风侧一侧叶片在风力的作用下推动摆杆绕其转轴旋转张开,同理背风面一侧叶片旋转收缩,两摆杆的运动在连杆的联动作用下相互助力,使得阻碍风轮旋转做功的阻力矩大大减小,从而提高风力机风能利用率。
[0005] 技术方案:本发明一种可变翼垂直轴阻力型风力机由叶片、摆杆、摆杆销轴、连杆、机架筒、顶盖、输出轴、销轴、限位挡块等组成。其特征在于顶盖与圆筒固定连接;两个摆杆与连杆以及机架筒组成一组四连杆机构;机架筒内总共设有四组上述机构,沿机架筒轴向分上下两层各两组布置,上层两组机构的叶片圆周上相隔90°布置,下层两组布置方式同上,但与上层叶片相互错开45°角,且上下两层叶片间留有足够的空间,以免造成叶片转动时的相互干涉;在机架筒外部的各摆杆外端固定连接上风力叶片;当风吹向叶片时,机架筒上迎风侧一侧叶片在风力的作用下推动摆杆绕其与机架筒组成的转轴旋转张开,同理背风侧一侧叶片旋转收缩,两摆杆的运动在连杆的联动作用下相互助力完成。
[0006] 进一步地,所述的四连杆机构中各构件的连接方式是:两个摆杆通过处于摆杆中部的摆杆销轴与机架筒组成可相互转动的连接,并以此摆杆销轴为界把摆杆分为机架筒外和机架筒内两部分,两摆杆机架筒内部分的端部通过销轴与连杆的两端部组成可相互转动的连接,由此形成由两摆杆、连杆和机架筒组成的四连杆机构。
[0007] 进一步地,所述的可变翼垂直轴阻力型风力机,其叶片的个数为8个,叶片与各摆杆外端固定连接。
[0008] 进一步地,所述的限位档块在迎风侧叶片完全张开后限定摆杆的继续转动;同时也限定了背风侧叶片的收缩角度,以防叶片收缩过度,影响下一个周期的正常张开。
[0009] 进一步地,所述的风力叶片在机架筒旋转过程中,随着其受风角度的变化而自动调整姿态,使迎风侧叶片受风面积增大,背风侧叶片受风面积减小,有效减小了背风侧叶片的阻力,从而提高了风力机的风能利用率。
[0010] 有益效果:本发明的有益效果是:
[0011] 1.设计了一种新型可变翼垂直轴阻力型风力机,通过四连杆机构,使得风在吹向叶片时,其迎风一侧叶片张开,背风一侧叶片收起,减小了叶片在旋转过程中背风一侧叶片上的阻力矩,大大提高了风力机的风能利用率。
[0012] 2.叶片数量为8个,风力机运行过程中转矩值波动较小,风力机运行比较稳定。
[0013] 3.风力机8个叶片采用上下两层各四个布置,且上下两层叶片错开45°,一方面增大了风力机叶片受风面积,提高了风力机输出功率;另一方面使得风力机适应于不同方向的风。
[0014] 4.风力机上方采用锥形顶盖,一方面可以挡雨,保护机架筒内部元件,使其免受风吹雨打,提高风力机零件的使用寿命;另一方面顶盖下方与风力机叶片间距较小,减少了风从叶片上端流走,最大程度把风收集起来,提高风力机风能利用率。
附图说明
[0015] 图1为可变翼垂直轴阻力型风力机去除顶盖后的俯视图;
[0016] 图2为可变翼垂直轴阻力型风力机四连杆机构张开收缩图;
[0017] 图3为可变翼垂直轴阻力型风力机立体图;
[0018] 图4为可变翼垂直轴阻力型风力机机架筒内部四连杆机构主视图;
[0019] 图5为可变翼垂直轴阻力型风力机机架筒内部四连杆机构俯视图;
[0020] 图中:1-叶片,2-摆杆,3-摆杆销轴,4-连杆,5-机架筒,6_顶盖,7_输出轴,8_销轴,9-限位挡块
具体实施方式
[0021] 本发明实施例中提供了一种可变翼垂直轴阻力型风力机,通过四连杆机构,使得风在吹向叶片时,其迎风一侧叶片张开,背风一侧叶片收起,减小了叶片旋转过程中背风一侧叶片的阻力矩,从而提高了风力机的风能利用率。
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清晰地描述,显然,描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例,都属于本发明的保护范围。
[0023] 结合图1〜5,本发明一种可变翼垂直轴阻力型风力机由叶片1,摆杆2,摆杆销轴3,连杆4,机架筒5,顶盖6,输出轴7,销轴8,限位档块9等组成,其中叶片1、摆杆2和与通过连杆4连接的对应位置的摆杆和叶片结构是中心对称结构。风力机叶片I与摆杆2通过固定连接方式按图1所示连接为一体,限位档块9限制摆杆2绕其摆杆销轴3摆动的角度为叶片闭合到完全张开所对应的摆动角度。
[0024] 如图1所示,两个摆杆2,连杆4以及机架筒5(摆杆2通过摆杆销轴3与机架筒5形成铰链连接)组成了一个四连杆机构,叶片I与摆杆2固定连接。当风吹向风力机叶片时,叶片上的受力将使摆杆2产生绕其摆杆销轴3的转动力矩。风力在机架筒5的左右面叶片上产生压力的作用效果是一致的,都是使受力叶片绕其摆杆销轴的旋转运动,不同的是一面叶片被收缩以减小了受风面积的同时,另一面的叶片则会通过其摆杆的旋转增大了受风面积,且两叶片的运动通过连杆4互相助力,共同协调完成。如图2所示,对称摆杆相互运动的结果使得迎风侧叶片的摆杆绕其摆杆销轴3转动张开,并受到限位档块9的阻挡停止在与圆筒切线成90°位置,图2所示迎风侧叶片在此位置能获得最大的受风面积,从而可获得最大的正向驱动力矩;同时背风侧摆杆也受到限位挡块9的阻挡,转动到与圆筒切线约成45°位置(使背风侧叶片最大限度闭合),使背风侧叶片的受风面积减小到最小,从而使反向阻力矩减小到最小程度。因此,提高了风力机的合转矩,从而提高了风力机风能利用率。
[0025] 如图2所示,在风的作用下,迎风侧叶片张开的角度为90°,背风侧叶片收缩的角度约为45°,显然叶片张开和收缩的实际角度是可以根据风力机实际结构和使用效果在一定范围内调整的,对于不同张开收缩角度的可变翼垂直轴阻力型风力机,都属于本发明专利的保护范围。
[0026] 如图1和图3所示,风力机叶片的数量为8个,这样布置可以提高风力机运行稳定性;如图1和图3所示,风力机的四组机构,沿机架筒5轴向分上下两层各两组布置,上层两组机构的叶片圆周上相隔90°布置,下层两组布置方式同上,但与上层叶片相互错开45°角,且上下两层叶片间留有足够的空间,以免造成叶片转动时的相互干涉。风力机叶片采用上下布置的方式,可以增加风力机的受风面积,在风能利用率一定的情况下,提高风力机输出功率。
[0027] 如图3所示,风力机叶片在风的作用下,叶片I带动机架筒5旋转,机架筒5通过输出轴7将风力机获得的动能输出到后续发电机中,以获得电能。
[0028] 如图4和图5所示,摆杆2与连杆4通过销轴8相连,显然也可以采用其他连接方式,本发明实施例不作限定。为了防止在同一水平安装的两组机构的连杆4在同一高度发生运动干涉,其中一组机构的连杆4安装在销轴8的上半部,另一组的连杆4则安装在销轴8的下半部(图4中没有标出)。摆杆2与摆杆销轴3铰链连接,摆杆销轴3与机架筒5可通过轴承形成铰链方式连接。
[0029] 以上对本发明所提供的一种可变翼垂直轴阻力型风力机进行了详细的介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可变翼垂直轴阻力型风力机,包括叶片、摆杆、摆杆销轴、连杆、销轴、机架筒、顶盖、输出轴、定位挡块等;其中顶盖与机架筒固定连接;两个摆杆与连杆以及机架筒组成一组四连杆机构;四连杆机构中各构件的连接方式是:两个摆杆通过处于摆杆中部的摆杆销轴与机架筒组成可相互转动的连接,并以此摆杆销轴为界把摆杆分为机架筒外和机架筒内两部分,两摆杆机架筒内部分的端部通过销轴与连杆的两端部组成可相互转动的连接,由此形成由两摆杆、连杆和机架筒组成的四连杆机构;在机架筒外部的各摆杆外端固定连接上风力叶片;机架筒内总共设有四组上述机构,分上下两层各两组布置在机架筒圆周上;上层两组机构的叶片圆周上相隔90°布置,下层两组布置方式同上,但与上层叶片相互错开45°角,且上下两层叶片间留有足够的空间,以免造成叶片转动时的相互干涉;风吹向叶片时,机架筒上迎风侧一侧叶片在风力的作用下推动摆杆绕其与机架筒组成的转轴旋转张开,同理背风面一侧叶片旋转收缩,两摆杆的运动在连杆的联动作用下相互助力完成;限位档块在迎风侧叶片完全张开后限定摆杆的继续转动,同时也限定了背风侧叶片的收缩角度,以防叶片收缩过度,影响下一个周期的正常张开。
2.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述的两个摆杆与连杆以及机架筒组成一组四连杆机构,其中两个摆杆通过处于摆杆中部的摆杆销轴与机架筒组成可相互转动的连接,并以此摆杆销轴为界把摆杆分为机架筒外和机架筒内两部分;两摆杆机架筒内部分的端部通过销轴与连杆的两端部组成可相互转动的连接。
3.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述机架筒外部的各摆杆外端固定连接上风力叶片。
4.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述的机架筒内总共设有四组上述机构,分上下两层各两组布置在机架筒圆周上,上层两组机构的叶片圆周上相隔90°布置,下层两组布置方式同上,但与上层叶片相互错开45°角,且上下两层叶片间留有足够的空间,以免造成叶片转动时的相互干涉。
5.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述的摆杆绕摆杆销轴摆动的角度受限位档块的限制,限位档块在迎风侧叶片完全张开后限定摆杆的继续转动;同时也限定了背风侧叶片的收缩角度,以防叶片收缩过度,影响下一个周期的正常张开。
6.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于在风的作用下,迎风侧叶片张开的角度为90°,背风侧叶片收缩的角度约为45°,显然叶片张开和收缩的实际角度是可以根据风力机实际结构和使用效果在一定范围内调整的,对于不同张开收缩角度的可变翼垂直轴阻力型风力机,都属于本发明专利的保护范围。
7.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述的风力叶片数量为8个。
8.根据权利要求6所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,具体实施中,可以根据实际结构的要求在机架筒上布置不同组数、不同层数上述机构的叶片组。
9.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直轴阻力型风力机,其特征在于所述的风力叶片在机架筒旋转过程中,随着其受风角度的变化而自动调整姿态,使迎风侧叶片受风面积增大,背风侧叶片受风面积减小,有效减小了背风侧叶片的阻力,从而提高了风力机的风能利用率。
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