CN109931215A - 一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机 - Google Patents

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Abstract

一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，其中心转轴上固装有上下支架，支架间均布有若干叶片固定架，叶片固定架与支架铰接且可绕铰接点转动，铰接点处内置有复位弹簧；叶片固定架上和上支架上各自设有永磁铁，两处永磁铁正对设置且处于异性相吸状态，叶片固定架通过永磁铁的磁吸力和复位弹簧的弹簧力与上支架进行限位固定；每个叶片固定架上均安装有柔性叶片，柔性叶片展开成平面后的形状为等腰梯形，柔性叶片四个角点位于同一个竖直平面内，叶片长底边为自由端，叶片短底边为固定端；当叶片固定架与上支架处于限位固定状态时，柔性叶片四个角点所在竖直平面的安装角范围为±30°；柔性叶片的短底边:长底边:长短底边公垂线高度＝1:(1.01～1.1):(0.2～0.45)。

Description

一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机。
背景技术
风能作为一种清洁能源，其占传统能源的比重越来越大，而垂直轴风轮机便是一种使用范围比较广泛的风能发电设备。
目前，传统的垂直轴风轮机主要应用在小型离网的供电设施中，且传统的垂直轴风轮机普遍存在风能利用率较低的缺点。
再有，传统的垂直轴风轮机在超速控制方面也存在一定的局限性，不同于大型水平轴风轮机的变桨距或变攻角方式，垂直轴风轮机几乎只局限于机械刹车方式，而机械刹车方式并不能降低强风对风轮机的应力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，能够有效提高风能利用率，在强风下能够使全部叶片与风向保持平行，以释放大部分风能，保证垂直轴风轮机在强风下的安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，包括上支架、下支架、柔性叶片、叶片固定架、中心转轴、第一永磁铁及第二永磁铁；所述上支架水平固装在中心转轴顶端，所述下支架水平固装在中心转轴下端；所述叶片固定架竖直安装在上支架和下支架之间，叶片固定架顶端与上支架相铰接，叶片固定架底端与下支架相铰接，叶片固定架可绕铰接转动，且叶片固定架在铰接点处内置有复位弹簧；所述柔性叶片安装在叶片固定架上，柔性叶片数量若干，若干柔性叶片在圆周方向上均布设置；所述柔性叶片展开成平面后的形状为等腰梯形，当柔性叶片安装到叶片固定架后，呈等腰梯形的柔性叶片的四个角点位于同一个竖直平面内，呈等腰梯形的柔性叶片的长底边为自由端，呈等腰梯形的柔性叶片的短底边为固定端；所述第一永磁铁固装在叶片固定架上，所述第二永磁铁固装在上支架上，第一永磁铁与第二永磁铁正对设置，且第一永磁铁与第二永磁铁处于异性相吸状态；所述叶片固定架通过永磁铁的磁吸力和复位弹簧的弹簧力与上支架进行限位固定。
所述柔性叶片的数量均为4～16个。
当所述叶片固定架与上支架处于限位固定状态时，呈等腰梯形的柔性叶片的四个角点所在的竖直平面的安装角范围为±30°。
呈等腰梯形的所述柔性叶片的短底边、长底边、长短底边公垂线高度的比例关系均为：短底边:长底边:长短底边公垂线高度＝1:(1.01～1.1):(0.2～0.45)。
本发明的有益效果：
本发明的具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，能够有效提高风能利用率，在强风下能够使全部叶片与风向保持平行，以释放大部分风能，保证垂直轴风轮机在强风下的安全。
附图说明
图1为本发明的一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机(在安全风速下)的结构示意图；
图2为本发明的具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机在超过安全风速时的工作状态图；
图中，1—上支架，2—下支架，3—柔性叶片，4—叶片固定架，5—中心转轴，6—第一永磁铁，7—第二永磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，包括上支架1、下支架2、柔性叶片3、叶片固定架4、中心转轴5、第一永磁铁6及第二永磁铁7；所述上支架1水平固装在中心转轴5顶端，所述下支架2水平固装在中心转轴5下端；所述叶片固定架4竖直安装在上支架1和下支架2之间，叶片固定架4顶端与上支架1相铰接，叶片固定架4底端与下支架2相铰接，叶片固定架4可绕铰接转动，且叶片固定架4在铰接点处内置有复位弹簧；所述柔性叶片3安装在叶片固定架4上，柔性叶片3数量若干，若干柔性叶片3在圆周方向上均布设置；所述柔性叶片3展开成平面后的形状为等腰梯形，当柔性叶片3安装到叶片固定架4后，呈等腰梯形的柔性叶片3的四个角点位于同一个竖直平面内，呈等腰梯形的柔性叶片3的长底边为自由端，呈等腰梯形的柔性叶片3的短底边为固定端；所述第一永磁铁6固装在叶片固定架4上，所述第二永磁铁7固装在上支架1上，第一永磁铁6与第二永磁铁7正对设置，且第一永磁铁6与第二永磁铁7处于异性相吸状态；所述叶片固定架4通过永磁铁的磁吸力和复位弹簧的弹簧力与上支架1进行限位固定。
所述柔性叶片3的数量均为9个。
当所述叶片固定架4与上支架1处于限位固定状态时，呈等腰梯形的柔性叶片3的四个角点所在的竖直平面的安装角为0°。
呈等腰梯形的所述柔性叶片3的短底边、长底边、长短底边公垂线高度的比例关系均为：短底边:长底边:长短底边公垂线高度＝1:1.05:0.25。
当采用了本发明的帆翼式垂直轴风轮机后，在安全风速下，风作用在风轮机上，会使迎风侧的柔性叶片3的自由端摆向圆心侧，从而增大了叶片的迎风面积，并使叶片产生更大的正向扭矩，提高叶片做正功的能力，进而提高风能利用率。
当风速超过安全风速时，作用在叶片上的强风所施加给叶片的冲击力，将超过磁吸力和弹簧力的合力，此时第一永磁铁6与第二永磁铁7将脱离限位，在风力作用下，柔性叶片3随着叶片固定架4进行回转，直到柔性叶片3所在的竖直平面与风向平行(如图2所示)，此时作用到柔性叶片3的风能将大幅度降低，风轮机将停止转动，从而起到保护风轮机安全的目的。
当风速下降的安全风速时，在复位弹簧的弹簧力作用下，叶片固定架4会被拉回原位，此时第一永磁铁6与第二永磁铁7输出的磁吸力重新起效，叶片固定架4再次被固定，风轮机在安全风速下重新恢复转动。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，其特征在于：包括上支架、下支架、柔性叶片、叶片固定架、中心转轴、第一永磁铁及第二永磁铁；所述上支架水平固装在中心转轴顶端，所述下支架水平固装在中心转轴下端；所述叶片固定架竖直安装在上支架和下支架之间，叶片固定架顶端与上支架相铰接，叶片固定架底端与下支架相铰接，叶片固定架可绕铰接转动，且叶片固定架在铰接点处内置有复位弹簧；所述柔性叶片安装在叶片固定架上，柔性叶片数量若干，若干柔性叶片在圆周方向上均布设置；所述柔性叶片展开成平面后的形状为等腰梯形，当柔性叶片安装到叶片固定架后，呈等腰梯形的柔性叶片的四个角点位于同一个竖直平面内，呈等腰梯形的柔性叶片的长底边为自由端，且自由端位于圆周侧；呈等腰梯形的柔性叶片的短底边为固定端，且固定端位于圆心侧；所述第一永磁铁固装在叶片固定架上，所述第二永磁铁固装在上支架上，第一永磁铁与第二永磁铁正对设置，且第一永磁铁与第二永磁铁处于异性相吸状态；所述叶片固定架通过永磁铁的磁吸力和复位弹簧的弹簧力与上支架进行限位固定。
2.根据权利要求1所述的一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，其特征在于：所述柔性叶片的数量均为4～16个。
3.根据权利要求1所述的一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，其特征在于：当所述叶片固定架与上支架处于限位固定状态时，呈等腰梯形的柔性叶片的四个角点所在的竖直平面的安装角范围为±30°。
4.根据权利要求1所述的一种具有永磁限位功能的帆翼式垂直轴风轮机，其特征在于：呈等腰梯形的所述柔性叶片的短底边、长底边、长短底边公垂线高度的比例关系均为：短底边:长底边:长短底边公垂线高度＝1:(1.01～1.1):(0.2～0.45)。
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