CN114396355B - 一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机 - Google Patents

一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，包括：上端板、下端板、对风弯轴、折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II；折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II分别安装于位于上端板的上滑槽Ⅰ、上滑槽II和位于下端板的下滑槽Ⅰ、下滑槽II中，组成折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II的折叠片可通过滑动轴沿上滑槽Ⅰ、下滑槽Ⅰ和上滑槽II、下滑槽II运动；通过对风弯轴的自动对向调节，实现凸轮的定位，进而通过折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II的最远离对风弯轴垂直段的折叠片所连接的滑动轴调控折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II，使其在凸面迎风时产生最大程度的折叠，减小迎风面积，进而减小阻力矩的产生；在凹面迎风时最大程度的铺开，具有最大迎风面积，进而提高风能利用率，改善风力机性能。

Description

一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机
技术领域
本发明属于垂直轴风力机领域，尤其涉及一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机。
背景技术
随着人类社会的发展和科技的进步，环境问题和能源需求面临着巨大挑战。风能作为可再生的清洁能源，其资源储备量丰富，分布范围广，可以缓和由于传统能源造成的温室效应，得到了各国的重视。
风能的利用形式较为多样，随着电力工业的发展，目前的主要利用形式为风力发电。风力机根据转动轴的布置方式可分为水平轴风力机和垂直轴风力机，其中Savonius风力机是一种典型的阻力型垂直轴风力机，具有结构简单、自启动特性好、运行噪声小以及造价低等优点，且运行过程中不需要对风；但Savonius风力机的工作范围较小，不能在较高转速下运行，其有效风能利用率偏低，抑制了发电效率。
针对Savonius风力机，国内外研究人员对其基本结构参数、叶片的几何形状特性等进行了大量研究，也提出了具有导流作用的附加装置以及组合型叶片设计等，以提高风力机运转稳定性、提升风力机扭矩性能和效率。但已有的技术方法并没有解决Savonius风力机因叶片凸面迎风时产生阻力矩而效率降低的问题。
本发明所提出的一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机基于目前垂直轴风力机技术所存在的问题，提出了一种可自适应调节的Savonius风力机叶片，通过自动对向调节，实现减小风力机叶片凸面迎风时的阻力矩，提高风能利用率的目的。具有结构简单，自适应调节的特点，可有效改善风力机性能，具有很好的市场推广前景。
发明内容
本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，目的在于通过自动对向调节，自适应地实现减小风力机叶片凸面迎风时的阻力矩，有效提高了风能利用率，改善了风力机性能。
本发明采用的技术方案如下：一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，包括上端板、下端板、对风弯轴、折叠叶片Ⅰ和折叠叶片II；其中所述对风弯轴由对风弯轴水平段和对风弯轴垂直段组成，所述对风弯轴水平段连接有尾舵，所述对风弯轴垂直段穿过所述上端板和所述下端板，并在上端板和下端板之间固定有凸轮；所述对风弯轴垂直段与所述上端板之间布置有轴承Ⅰ，所述对风弯轴垂直段与所述下端板之间布置有轴承II；
所述上端板与所述折叠叶片Ⅰ之间布置有上滑槽Ⅰ，所述下端板与所述折叠叶片Ⅰ之间布置有下滑槽Ⅰ，且所述上滑槽Ⅰ固定在上端板上，所述下滑槽Ⅰ固定在下端板上；所述上滑槽Ⅰ与所述下滑槽Ⅰ均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且所述下滑槽Ⅰ的内侧开设有连杆槽Ⅰ，所述连杆槽Ⅰ的开口为170°；所述折叠叶片Ⅰ具有9个折叠片结构，相邻折叠片之间是可折叠的连接关系，每个折叠片通过滑动轴垂直安装于所述上滑槽Ⅰ与所述下滑槽Ⅰ之间，所述滑动轴的数目与折叠片的数目对应，且所述上滑槽Ⅰ与所述下滑槽Ⅰ的垂直位置对应；
所述上端板与所述折叠叶片ⅠⅠ之间布置有上滑槽ⅠⅠ，所述下端板与所述折叠叶片ⅠⅠ之间布置有下滑槽ⅠⅠ，且所述上滑槽ⅠⅠ固定在上端板上，所述下滑槽ⅠⅠ固定在下端板上；所述上滑槽ⅠⅠ与所述下滑槽ⅠⅠ均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且所述下滑槽ⅠⅠ的内侧开设有连杆槽ⅠⅠ，所述连杆槽ⅠⅠ的开口为170°；所述折叠叶片ⅠⅠ具有9个折叠片结构，相邻折叠片之间是可折叠的连接关系，每个折叠片通过滑动轴垂直安装于所述上滑槽ⅠⅠ与所述下滑槽ⅠⅠ之间，所述滑动轴的数目与折叠片的数目对应，且所述上滑槽ⅠⅠ与所述下滑槽ⅠⅠ的垂直位置对应；
所述上滑槽Ⅰ在垂直于上端板的方向具有上滑槽Ⅰ首端面和上滑槽Ⅰ尾端面，所述上端板的圆心到所述上滑槽Ⅰ首端面和上滑槽Ⅰ尾端面的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述上滑槽Ⅰ的半径值R的1/8；所述上滑槽ⅠⅠ在垂直于上端板的方向具有上滑槽ⅠⅠ首端面和上滑槽ⅠⅠ尾端面，所述上端板的圆心到所述上滑槽ⅠⅠ首端面和上滑槽ⅠⅠ尾端面的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述上滑槽ⅠⅠ的半径值R的1/8；所述上滑槽Ⅰ首端面和上滑槽Ⅰ尾端面的连线与所述上滑槽ⅠⅠ首端面和上滑槽ⅠⅠ尾端面的连线平行；
所述下滑槽Ⅰ在垂直于下端板的方向具有下滑槽Ⅰ首端面和下滑槽Ⅰ尾端面，所述下端板的圆心到所述下滑槽Ⅰ首端面和下滑槽Ⅰ尾端面的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述下滑槽Ⅰ的半径值R的1/8；所述下滑槽ⅠⅠ在垂直于下端板的方向具有下滑槽ⅠⅠ首端面和下滑槽ⅠⅠ尾端面，所述下端板的圆心到所述下滑槽ⅠⅠ首端面和下滑槽ⅠⅠ尾端面的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述下滑槽ⅠⅠ的半径值R的1/8；所述下滑槽Ⅰ首端面和下滑槽Ⅰ尾端面的连线与所述下滑槽ⅠⅠ首端面和下滑槽ⅠⅠ尾端面的连线平行；
所述上滑槽Ⅰ首端面和上滑槽Ⅰ尾端面的连线与所述下滑槽Ⅰ首端面和下滑槽Ⅰ尾端面的连线平行；所述上滑槽ⅠⅠ首端面和上滑槽ⅠⅠ尾端面的连线与所述下滑槽ⅠⅠ首端面和下滑槽ⅠⅠ尾端面的连线平行；
所述下端板的中心处平行于所述下滑槽Ⅰ首端面和下滑槽Ⅰ尾端面的连线布置有滚轮滑槽，所述滚轮滑槽固定在下端板上，与下端板同步运动；所述滚轮滑槽的中心开设有滑槽中心圆孔，所述滑槽中心圆孔的直径大于所述对风弯轴垂直段的直径，所述对风弯轴垂直段位于所布置的凸轮下方的部分穿过滑槽中心圆孔，且与所述滑槽中心圆孔无接触；
所述滚轮滑槽在所述凸轮的两侧布置有滚轮Ⅰ和滚轮ⅠⅠ，所述滚轮Ⅰ和所述滚轮ⅠⅠ与所述凸轮接触，且所述滚轮Ⅰ和所述滚轮ⅠⅠ与所述凸轮位于同一高度位置；所述滚轮Ⅰ的中心布置有滚轮轴Ⅰ，所述滚轮ⅠⅠ的中心布置有滚轮轴ⅠⅠ，所述滚轮Ⅰ可以绕滚轮轴Ⅰ转动，所述滚轮ⅠⅠ可以绕滚轮轴ⅠⅠ转动；所述滚轮轴Ⅰ远离滚轮Ⅰ的一侧连接有滑块Ⅰ，且所述滑块Ⅰ嵌套于所述滚轮滑槽内部，所述滑块Ⅰ与所述滚轮滑槽的中心设有弹簧Ⅰ连接，且所述滑块Ⅰ可沿所述滚轮滑槽直线运动；在所述弹簧Ⅰ的张紧作用下，所述滚轮Ⅰ紧贴所述凸轮运动；所述滚轮轴ⅠⅠ远离滚轮ⅠⅠ的一侧连接有滑块ⅠⅠ，且所述滑块ⅠⅠ嵌套于所述滚轮滑槽内部，所述滑块ⅠⅠ与所述滚轮滑槽的中心设有弹簧ⅠⅠ连接，且所述滑块ⅠⅠ可沿所述滚轮滑槽直线运动；在所述弹簧ⅠⅠ的张紧作用下，所述滚轮ⅠⅠ紧贴所述凸轮运动；
所述折叠叶片Ⅰ的最远离对风弯轴垂直段的折叠片所连接的滑动轴在下滑槽Ⅰ内铰接有转动连杆Ⅰ和滑动连杆Ⅰ；在所述下端板上固定安装有转动连杆支座I，所述转动连杆Ⅰ穿过连杆槽Ⅰ与所述转动连杆支座I铰接；所述滑动连杆Ⅰ穿过连杆槽Ⅰ与所述滚轮轴Ⅰ铰接，所述滑动连杆Ⅰ与所述滚轮轴Ⅰ铰接的位置位于所述滚轮Ⅰ与所述滑块Ⅰ之间；
所述折叠叶片ⅠⅠ的最远离对风弯轴垂直段的折叠片所连接的滑动轴在下滑槽ⅠⅠ内铰接有转动连杆ⅠⅠ和滑动连杆ⅠⅠ；在所述下端板上固定安装有转动连杆支座ⅠⅠ，所述转动连杆ⅠⅠ穿过连杆槽ⅠⅠ与所述转动连杆支座ⅠⅠ铰接；所述滑动连杆ⅠⅠ穿过连杆槽ⅠⅠ与所述滚轮轴ⅠⅠ铰接，所述滑动连杆ⅠⅠ与所述滚轮轴ⅠⅠ铰接的位置位于所述滚轮ⅠⅠ与所述滑块ⅠⅠ之间。
本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，通过自动对向调节，实现匹配实时风向的叶片调节功能，有效减小了风力机叶片凸面迎风时的阻力矩；叶片调节过程具有风向自适应性，无需引入额外的传感装置以及能量，克服了现有风力机所面临的叶片凸面迎风产生较大阻力矩进而降低效率问题，有效提高了风能利用率，改善了风力机性能。
附图说明
图1为本发明的一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机的整体示意图；
图2为本发明的一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机的侧视图；
图3为本发明的对风弯轴示意图；
图4为本发明的上端板的内侧示意图；
图5为本发明的下端板的内侧示意图；
图6为本发明的下端板及其连接件的示意图；
图7为本发明的滚轮滑槽、对风弯轴及滚轮的示意图；
图8为本发明的转动连杆、滑动连杆的示意图；
图9为本发明的滚轮滑槽的示意图；
图10为本发明的滚轮滑槽的俯视图；
图11为本发明的滚轮滑槽的剖视图；
图1至图11中所示附图标记分别表示为，1：上端板；2：下端板；3：对风弯轴；4：折叠叶片Ⅰ；5：折叠叶片Ⅱ；6：对风弯轴水平段；7：对风弯轴垂直段；8：尾舵；9：凸轮；10：轴承Ⅰ；11：轴承II；12：上滑槽Ⅰ；13：下滑槽Ⅰ；14：连杆槽Ⅰ；15：折叠片；16：滑动轴；17：上滑槽Ⅱ；18：下滑槽Ⅱ；19：连杆槽Ⅱ；20：上滑槽Ⅰ首端面；21：上滑槽Ⅰ尾端面；22：上滑槽Ⅱ首端面；23：上滑槽Ⅱ尾端面；24：下滑槽Ⅰ首端面；25：下滑槽Ⅰ尾端面；26：下滑槽Ⅱ首端面；27：下滑槽Ⅱ尾端面；28：滚轮滑槽；29：滑槽中心圆孔；30：滚轮Ⅰ；31：滚轮Ⅱ；32：滚轮轴Ⅰ；33：滚轮轴Ⅱ；34：滑块Ⅰ；35：弹簧Ⅰ；36：滑块Ⅱ；37：弹簧Ⅱ；38：转动连杆Ⅰ；39：滑动连杆Ⅰ；40：转动连杆支座Ⅰ；41：转动连杆Ⅱ；42：滑动连杆Ⅱ；43：转动连杆支座Ⅱ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2所示，一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，包括上端板1、下端板2、对风弯轴3、折叠叶片Ⅰ4和折叠叶片II5；如图2、图3所示，对风弯轴3由对风弯轴水平段6和对风弯轴垂直段7组成，对风弯轴水平段6连接有尾舵8，对风弯轴垂直段7穿过上端板1和下端板2，并在上端板1和下端板2之间固定有凸轮9；对风弯轴垂直段7与上端板1之间布置有轴承Ⅰ10，对风弯轴垂直段7与下端板2之间布置有轴承II11；
如图4、图5、图6所示，上端板1与折叠叶片Ⅰ4之间布置有上滑槽Ⅰ12，下端板2与折叠叶片Ⅰ4之间布置有下滑槽Ⅰ13，且上滑槽Ⅰ12固定在上端板1上，下滑槽Ⅰ13固定在下端板2上；上滑槽Ⅰ12与下滑槽Ⅰ13均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且下滑槽Ⅰ13的内侧开设有连杆槽Ⅰ14，连杆槽Ⅰ14的开口为170°；折叠叶片Ⅰ4具有9个折叠片15结构，相邻折叠片15之间是可折叠的连接关系，每个折叠片15通过滑动轴16垂直安装于上滑槽Ⅰ12与下滑槽Ⅰ13之间，滑动轴16的数目与折叠片15的数目对应，且上滑槽Ⅰ12与下滑槽Ⅰ13的垂直位置对应；上端板1与折叠叶片ⅠⅠ5之间布置有上滑槽ⅠⅠ17，下端板2与折叠叶片ⅠⅠ5之间布置有下滑槽ⅠⅠ18，且上滑槽ⅠⅠ17固定在上端板1上，下滑槽ⅠⅠ18固定在下端板2上；上滑槽ⅠⅠ17与下滑槽ⅠⅠ18均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且下滑槽ⅠⅠ18的内侧开设有连杆槽ⅠⅠ19，连杆槽ⅠⅠ19的开口为170°；折叠叶片ⅠⅠ5具有9个折叠片15结构，相邻折叠片15之间是可折叠的连接关系，每个折叠片15通过滑动轴16垂直安装于上滑槽ⅠⅠ17与下滑槽ⅠⅠ18之间，滑动轴16的数目与折叠片15的数目对应，且上滑槽ⅠⅠ17与下滑槽ⅠⅠ18的垂直位置对应；
如图4所示，上滑槽Ⅰ12在垂直于上端板1的方向具有上滑槽Ⅰ首端面20和上滑槽Ⅰ尾端面21，上端板1的圆心到上滑槽Ⅰ首端面20和上滑槽Ⅰ尾端面21的连线的垂直距离为d，距离d取值为上滑槽Ⅰ12的半径值R的1/8；上滑槽ⅠⅠ17在垂直于上端板1的方向具有上滑槽ⅠⅠ首端面22和上滑槽ⅠⅠ尾端面23，上端板1的圆心到上滑槽ⅠⅠ首端面22和上滑槽ⅠⅠ尾端面23的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述上滑槽ⅠⅠ17的半径值R的1/8；上滑槽Ⅰ首端面20和上滑槽Ⅰ尾端面21的连线与上滑槽ⅠⅠ首端面22和上滑槽ⅠⅠ尾端面23的连线平行；
如图6所示，下滑槽Ⅰ13在垂直于下端板2的方向具有下滑槽Ⅰ首端面24和下滑槽Ⅰ尾端面25，下端板2的圆心到下滑槽Ⅰ首端面24和下滑槽Ⅰ尾端面25的连线的垂直距离为d，距离d取值为下滑槽Ⅰ13的半径值R的1/8；下滑槽ⅠⅠ18在垂直于下端板2的方向具有下滑槽ⅠⅠ首端面26和下滑槽ⅠⅠ尾端面27，下端板2的圆心到下滑槽ⅠⅠ首端面26和下滑槽ⅠⅠ尾端面27的连线的垂直距离为d，距离d取值为下滑槽ⅠⅠ18的半径值R的1/8；下滑槽Ⅰ首端面24和下滑槽Ⅰ尾端面25的连线与下滑槽ⅠⅠ首端面26和下滑槽ⅠⅠ尾端面27的连线平行；上滑槽Ⅰ首端面20和上滑槽Ⅰ尾端面21的连线与下滑槽Ⅰ首端面24和下滑槽Ⅰ尾端面25的连线平行；上滑槽ⅠⅠ首端面22和上滑槽ⅠⅠ尾端面23的连线与下滑槽ⅠⅠ首端面26和下滑槽ⅠⅠ尾端面27的连线平行；
如图6所示，下端板2的中心处平行于下滑槽Ⅰ首端面24和下滑槽Ⅰ尾端面25的连线布置有滚轮滑槽28，滚轮滑槽28固定在下端板2上，与下端板2同步运动；滚轮滑槽28的中心开设有滑槽中心圆孔29，滑槽中心圆孔29的直径大于对风弯轴垂直段7的直径，对风弯轴垂直段7位于所布置的凸轮9下方的部分穿过滑槽中心圆孔29，且与滑槽中心圆孔29无接触；
如图7、图8所示，滚轮滑槽28在凸轮9的两侧布置有滚轮Ⅰ30和滚轮ⅠⅠ31，滚轮Ⅰ30和滚轮ⅠⅠ31与凸轮9接触，且滚轮Ⅰ30和滚轮ⅠⅠ31与凸轮9位于同一高度位置；滚轮Ⅰ30的中心布置有滚轮轴Ⅰ32，滚轮ⅠⅠ31的中心布置有滚轮轴ⅠⅠ33，滚轮Ⅰ30可以绕滚轮轴Ⅰ32转动，滚轮ⅠⅠ31可以绕滚轮轴ⅠⅠ33转动；如图9、图10所示，滚轮轴Ⅰ32远离滚轮Ⅰ30的一侧连接有滑块Ⅰ34，且滑块Ⅰ34嵌套于滚轮滑槽28内部，滑块Ⅰ34与滚轮滑槽28的中心设有弹簧Ⅰ35连接，且滑块Ⅰ34可沿滚轮滑槽28直线运动；在弹簧Ⅰ35的张紧作用下，滚轮Ⅰ30紧贴凸轮9运动；滚轮轴ⅠⅠ33远离滚轮ⅠⅠ31的一侧连接有滑块ⅠⅠ36，且滑块ⅠⅠ36嵌套于滚轮滑槽28内部，滑块ⅠⅠ36与滚轮滑槽28的中心设有弹簧ⅠⅠ37连接，且滑块ⅠⅠ36可沿滚轮滑槽28直线运动；在弹簧ⅠⅠ37的张紧作用下，滚轮ⅠⅠ31紧贴凸轮9运动；
如图6、图8所示，折叠叶片Ⅰ4的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16在下滑槽Ⅰ13内铰接有转动连杆Ⅰ38和滑动连杆Ⅰ39；在下端板2上固定安装有转动连杆支座I40，转动连杆Ⅰ38穿过连杆槽Ⅰ14与转动连杆支座I40铰接；滑动连杆Ⅰ39穿过连杆槽Ⅰ14与滚轮轴Ⅰ32铰接，滑动连杆Ⅰ39与滚轮轴Ⅰ32铰接的位置位于滚轮Ⅰ30与滑块Ⅰ34之间；折叠叶片ⅠⅠ5的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16在下滑槽ⅠⅠ18内铰接有转动连杆ⅠⅠ41和滑动连杆ⅠⅠ42；在下端板2上固定安装有转动连杆支座ⅠⅠ43，转动连杆ⅠⅠ41穿过连杆槽ⅠⅠ19与转动连杆支座ⅠⅠ43铰接；滑动连杆ⅠⅠ42穿过连杆槽ⅠⅠ19与滚轮轴ⅠⅠ33铰接，滑动连杆ⅠⅠ42与滚轮轴ⅠⅠ33铰接的位置位于滚轮ⅠⅠ31与滑块ⅠⅠ36之间。
下面结合本发明的具体工作过程对本发明作进一步解释：
当有来流风存在时，尾舵8在风力的作用下，调整方向为与风向一致，对风弯轴3与尾舵8同步绕对风弯轴垂直段7的中轴线，即风力机中心轴旋转，实现对与对风弯轴垂直段7固定连接的凸轮9的位置定位。折叠叶片I4和折叠叶片II5在风力的作用下绕对风弯轴垂直段7所在的中心轴线旋转，上端板1、下端板2以及固定在上端板1上的上滑槽Ⅰ12、上滑槽Ⅱ17，固定在下端板2上的下滑槽Ⅰ13、下滑槽Ⅱ18与折叠叶片I4和折叠叶片II5同步旋转，固定在下端板2上的滚轮滑槽28随下端板2旋转。上端板1与对风弯轴垂直段7之间设置有轴承I10，下端板2与对风弯轴垂直段7之间设置有轴承Ⅱ11，对风弯轴垂直段7随风向运动，上端板1、下端板2与对风弯轴垂直段7间存在相对旋转运动。
如图5至图10所示，在弹簧Ⅰ35、弹簧Ⅱ37的张力作用下，与滑块Ⅰ34同滚轮轴Ⅰ32连接的滚轮Ⅰ30具有向中心轴运动的趋势，与滑块Ⅱ36同滚轮轴Ⅱ33连接的滚轮Ⅱ31具有向中心轴运动的趋势。由于凸轮9的存在，对滚轮Ⅰ30、滚轮Ⅱ31具有沿径向的排挤作用。滚轮轴Ⅰ32、滚轮轴Ⅱ33在滚轮滑槽28中随滑块Ⅰ34、滑块Ⅱ36沿滚轮滑槽28直线运动，由于滚轮滑槽28固定在下端板2上，故滚轮滑槽28在风力的作用下随下端板2同步旋转。在滚轮滑槽28、弹簧Ⅰ35、弹簧Ⅱ37以及凸轮9的共同作用下，滚轮Ⅰ30、滚轮Ⅱ31绕凸轮9旋转。凸轮9对滚轮Ⅰ30、滚轮Ⅱ31的排挤作用，使得风力机旋转的过程中，滚轮轴Ⅰ32、滚轮轴Ⅱ33相对风力机中心轴的位置发生了变化，滚轮轴Ⅰ32、滚轮轴Ⅱ33的运动带动了滑动连杆Ⅰ39、滑动连杆Ⅱ42运动，进而带动与折叠叶片Ⅰ4的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16沿下滑槽Ⅰ13滑动，带动与折叠叶片Ⅱ5的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16沿下滑槽Ⅱ18滑动。位于下滑槽Ⅰ13中的滑动轴16同时连接有转动连杆Ⅰ38，转动连杆Ⅰ38的一端穿过连杆槽Ⅰ14与滑动轴16连接，另一端通过转动连杆支座Ⅰ40铰接在下端板2上。位于下滑槽Ⅱ18中的滑动轴16同时连接有转动连杆Ⅱ41，转动连杆Ⅱ41的一端穿过连杆槽Ⅱ19与滑动轴16连接，另一端通过转动连杆支座Ⅱ43铰接在下端板2上。
转动连杆Ⅰ38、滑动连杆Ⅰ39、转动连杆支座Ⅰ40、滚轮轴Ⅰ32与折叠叶片I4的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16共同形成一套曲柄连杆机构，以受风向作用采用尾舵8及对风弯轴3自适应定位的凸轮9为基准，对最远离对风弯轴垂直段7的折叠叶片Ⅰ4的折叠片15的位置进行调整，使得折叠叶片Ⅰ4在凸面迎风时产生最大程度的折叠，减小迎风面积，进而减小阻力矩的产生；在凹面迎风时最大程度的铺开，具有最大迎风面积，进而提高风能利用率，改善风力机性能。
同样地，转动连杆Ⅱ41、滑动连杆Ⅱ42、转动连杆支座Ⅱ43、滚轮轴Ⅱ33与折叠叶片Ⅱ5的最远离对风弯轴垂直段7的折叠片15所连接的滑动轴16共同形成一套曲柄连杆机构，以受风向作用采用尾舵8及对风弯轴3自适应定位的凸轮9为基准，对最远离对风弯轴垂直段7的折叠叶片Ⅱ5的折叠片15的位置进行调整，使得折叠叶片Ⅱ5在凸面迎风时产生最大程度的折叠，减小迎风面积，进而减小阻力矩的产生；在凹面迎风时最大程度的铺开，具有最大迎风面积，进而提高风能利用率，改善风力机性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自适应调节的高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，包括上端板(1)、下端板(2)、对风弯轴(3)、折叠叶片I(4)和折叠叶片II(5)；其中所述对风弯轴(3)由对风弯轴水平段(6)和对风弯轴垂直段(7)组成，所述对风弯轴水平段(6)连接有尾舵(8)，所述对风弯轴垂直段(7)穿过所述上端板(1)和所述下端板(2)，并在上端板(1)和下端板(2)之间固定有凸轮(9)；所述对风弯轴垂直段(7)与所述上端板(1)之间布置有轴承I(10)，所述对风弯轴垂直段(7)与所述下端板(2)之间布置有轴承II(11)；
所述上端板(1)与所述折叠叶片I(4)之间布置有上滑槽I(12)，所述下端板(2)与所述折叠叶片I(4)之间布置有下滑槽I(13)，且所述上滑槽I(12)固定在上端板(1)上，所述下滑槽I(13)固定在下端板(2)上；所述上滑槽I(12)与所述下滑槽I(13)均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且所述下滑槽I(13)的内侧开设有连杆槽I(14)，所述连杆槽I(14)的开口为170°；所述折叠叶片I(4)具有9个折叠片(15)结构，相邻折叠片(15)之间是可折叠的连接关系，每个折叠片(15)通过滑动轴(16)垂直安装于所述上滑槽I(12)与所述下滑槽I(13)之间，所述滑动轴(16)的数目与折叠片(15)的数目对应，且所述上滑槽I(12)与所述下滑槽I(13)的垂直位置对应；
所述上端板(1)与所述折叠叶片II(5)之间布置有上滑槽II(17)，所述下端板(2)与所述折叠叶片II(5)之间布置有下滑槽II(18)，且所述上滑槽II(17)固定在上端板(1)上，所述下滑槽II(18)固定在下端板(2)上；所述上滑槽II(17)与所述下滑槽II(18)均为半径值为R的180°的半圆弧结构，且所述下滑槽II(18)的内侧开设有连杆槽II(19)，所述连杆槽II(19)的开口为170°；所述折叠叶片II(5)具有9个折叠片(15)结构，相邻折叠片(15)之间是可折叠的连接关系，每个折叠片(15)通过滑动轴(16)垂直安装于所述上滑槽II(17)与所述下滑槽II(18)之间，所述滑动轴(16)的数目与折叠片(15)的数目对应，且所述上滑槽II(17)与所述下滑槽II(18)的垂直位置对应；
所述上滑槽I(12)在垂直于上端板(1)的方向具有上滑槽I首端面(20)和上滑槽I尾端面(21)，所述上端板(1)的圆心到所述上滑槽I首端面(20)和上滑槽I尾端面(21)的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述上滑槽I(12)的半径值R的1/8；所述上滑槽II(17)在垂直于上端板(1)的方向具有上滑槽II首端面(22)和上滑槽II尾端面(23)，所述上端板(1)的圆心到所述上滑槽II首端面(22)和上滑槽II尾端面(23)的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述上滑槽II(17)的半径值R的1/8；所述上滑槽I首端面(20)和上滑槽I尾端面(21)的连线与所述上滑槽II首端面(22)和上滑槽II尾端面(23)的连线平行；
所述下滑槽I(13)在垂直于下端板(2)的方向具有下滑槽I首端面(24)和下滑槽I尾端面(25)，所述下端板(2)的圆心到所述下滑槽I首端面(24)和下滑槽I尾端面(25)的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述下滑槽I(13)的半径值R的1/8；所述下滑槽II(18)在垂直于下端板(2)的方向具有下滑槽II首端面(26)和下滑槽II尾端面(27)，所述下端板(2)的圆心到所述下滑槽II首端面(26)和下滑槽II尾端面(27)的连线的垂直距离为d，距离d取值为所述下滑槽II(18)的半径值R的1/8；所述下滑槽I首端面(24)和下滑槽I尾端面(25)的连线与所述下滑槽II首端面(26)和下滑槽II尾端面(27)的连线平行；
所述上滑槽I首端面(20)和上滑槽I尾端面(21)的连线与所述下滑槽I首端面(24)和下滑槽I尾端面(25)的连线平行；所述上滑槽II首端面(22)和上滑槽II尾端面(23)的连线与所述下滑槽II首端面(26)和下滑槽II尾端面(27)的连线平行；
所述下端板(2)的中心处平行于所述下滑槽I首端面(24)和下滑槽I尾端面(25)的连线布置有滚轮滑槽(28)，所述滚轮滑槽(28)固定在下端板(2)上，与下端板(2)同步运动；所述滚轮滑槽(28)的中心开设有滑槽中心圆孔(29)，所述滑槽中心圆孔(29)的直径大于所述对风弯轴垂直段(7)的直径，所述对风弯轴垂直段(7)位于所布置的凸轮(9)下方的部分穿过滑槽中心圆孔(29)，且与所述滑槽中心圆孔(29)无接触；
所述滚轮滑槽(28)在所述凸轮(9)的两侧布置有滚轮I(30)和滚轮II(31)，所述滚轮I(30)和所述滚轮II(31)与所述凸轮(9)接触，且所述滚轮I(30)和所述滚轮II(31)与所述凸轮(9)位于同一高度位置；所述滚轮I(30)的中心布置有滚轮轴I(32)，所述滚轮II(31)的中心布置有滚轮轴II(33)，所述滚轮I(30)可以绕滚轮轴I(32)转动，所述滚轮II(31)可以绕滚轮轴II(33)转动；所述滚轮轴I(32)远离滚轮I(30)的一侧连接有滑块I(34)，且所述滑块I(34)嵌套于所述滚轮滑槽(28)内部，所述滑块I(34)与所述滚轮滑槽(28)的中心设有弹簧I(35)连接，且所述滑块I(34)可沿所述滚轮滑槽(28)直线运动；在所述弹簧I(35)的张紧作用下，所述滚轮I(30)紧贴所述凸轮(9)运动；所述滚轮轴II(33)远离滚轮II(31)的一侧连接有滑块II(36)，且所述滑块II(36)嵌套于所述滚轮滑槽(28)内部，所述滑块II(36)与所述滚轮滑槽(28)的中心设有弹簧II(37)连接，且所述滑块II(36)可沿所述滚轮滑槽(28)直线运动；在所述弹簧II(37)的张紧作用下，所述滚轮II(31)紧贴所述凸轮(9)运动；
所述折叠叶片I(4)的最远离对风弯轴垂直段(7)的折叠片(15)所连接的滑动轴(16)在下滑槽I(13)内铰接有转动连杆I(38)和滑动连杆I(39)；在所述下端板(2)上固定安装有转动连杆支座I(40)，所述转动连杆I(38)穿过连杆槽I(14)与所述转动连杆支座I(40)铰接；所述滑动连杆I(39)穿过连杆槽I(14)与所述滚轮轴I(32)铰接，所述滑动连杆I(39)与所述滚轮轴I(32)铰接的位置位于所述滚轮I(30)与所述滑块I(34)之间；
所述折叠叶片II(5)的最远离对风弯轴垂直段(7)的折叠片(15)所连接的滑动轴(16)在下滑槽II(18)内铰接有转动连杆II(41)和滑动连杆II(42)；在所述下端板(2)上固定安装有转动连杆支座II(43)，所述转动连杆II(41)穿过连杆槽II(19)与所述转动连杆支座II(43)铰接；所述滑动连杆II(42)穿过连杆槽II(19)与所述滚轮轴II(33)铰接，所述滑动连杆II(42)与所述滚轮轴II(33)铰接的位置位于所述滚轮II(31)与所述滑块II(36)之间。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088797C1 (ru) * 1994-04-19 1997-08-27 Самарская государственная архитектурно-строительная академия Ветроэлектрический агрегат
CN102359433A (zh) * 2011-09-20 2012-02-22 中冶京诚工程技术有限公司 垂直轴风力发电机风轮
CN105298743A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 浙江大学 Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力发电机
CN106032788A (zh) * 2015-03-11 2016-10-19 安徽省伟德莱特新能源设备科技有限公司 一种用于垂直轴风力发电机的阻力型风轮
CN206681906U (zh) * 2017-03-16 2017-11-28 济南大学 一种可变迎风角s型叶片垂直轴风力机
CN110242497A (zh) * 2019-07-26 2019-09-17 东北大学 一种柔性叶片式萨布纽斯风轮机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088797C1 (ru) * 1994-04-19 1997-08-27 Самарская государственная архитектурно-строительная академия Ветроэлектрический агрегат
CN102359433A (zh) * 2011-09-20 2012-02-22 中冶京诚工程技术有限公司 垂直轴风力发电机风轮
CN106032788A (zh) * 2015-03-11 2016-10-19 安徽省伟德莱特新能源设备科技有限公司 一种用于垂直轴风力发电机的阻力型风轮
CN105298743A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 浙江大学 Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力发电机
CN206681906U (zh) * 2017-03-16 2017-11-28 济南大学 一种可变迎风角s型叶片垂直轴风力机
CN110242497A (zh) * 2019-07-26 2019-09-17 东北大学 一种柔性叶片式萨布纽斯风轮机

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