CN201137552Y - 风力发电机的限速机构 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：利用空气动力的阻力做功的主风叶；以及用以调节主风叶受风面积或用以调节风叶的力距从而控制风轮转速的限速装置。根据本实用新型的风力机的限速机构，利用风力、离心力、重力或弹力等自然特性在强风情况下为风力机减速，具有结构简单、成本低等优点，尤其适用于垂直轴阻力型风力机。

Description

风力发电机的限速机构

技术领域

本实用新型涉及风力发电机，尤其涉及一种垂直轴阻力型风力发电机的限速机构。

背景技术

常见的阻力型风力发电机(以下简称风力机)按照其风叶的形状主要有三种。一是杯型，是由四件半球形的叶片11构成(见图1)，类似于气象站的测风仪器。二是翼片型(见图2)，其叶片21端部装有合页22及小叶片23，小叶片23可轻松地摆动。背风方向时小叶片23被风吹开，阻力很小。旋转至迎风方向时小叶片23在自重与风力共同作用下闭合。呈现较大的阻力。三是S型或多S型(见图3)。这三种叶片都属于阻力型、它们共同的特性是依靠受风面积，在风力的作用下产生压力，从而推动风力机旋转。因此风速越大、在不改变风叶受风面积和负载的情况下、风力机的转速就越快。而一般的风力机，从启动风速到最大工作风速至少有4倍的速差，如没有有效的限速机构、在强风情况下将危及风力机本身。

为此，现有的风力机也有采用电器方式采集风力机的转速信号来控制风力机转速的机电机构。但这种机构制造复杂且成本较高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种风力机的限速机构，通过在强风的情况下有效地减小风力机风叶的受风面积或减小风轮的力距使风力机减速，均衡发电功率，扩大可利用的风速范围以及提高风力机的大风安全性。

根据本实用新型的一个方面，提供一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的主风叶；以及

用以调节主风叶受风面积从而控制风轮转速的限速装置。

上述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及安装在旋转支架上的主风叶，所述主风叶为半球形状，所述限速装置包括相对主风叶的风杯口呈反向安装的半球形副风叶，所述副风叶通过活动支杆连接到所述转轴的端部并在离心力和重力的作用下可活动地遮盖所述主风叶的风杯口的一部分。

上述风轮为杯型风轮，它包括安装在垂直型转轴上的主风叶框架，所述主风叶框架离所述转轴较远的一侧相对地平面有一向上倾斜的倾斜角，且所述主风叶为一底侧开口的立体三角形状，所述限速装置包括与主风叶同轴安装在主风叶风杯口内的副风叶，所述副风叶为立体三角形状且所述副风叶在离心力和重力的作用下可活动地遮盖所述主风叶的所述底侧开口的一部分或全部。

上述风轮为翼片型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及安装在旋转支架上的主风叶，所述主风叶包括主风叶框架和设置在主风叶框架上的小叶片，所述限速装置包括连接所述旋转支架与主风叶的合页，所述合页设置成使所述主风叶的迎风叶面面向所述旋转支架的水平轴线有一个活动角度，所述限速装置还包括将所述主风叶的迎风叶面向所述旋转支架的水平轴线方向拉紧的拉力弹簧，所述拉力弹簧的初始拉力设置成与在设定限速机构起作用的风速时风叶所受的风力相应，且在风速下降时起到复位作用，所述拉力弹簧的一端设置在所述主风叶的迎风叶面上，另一端设置在所述旋转支架上。

上述风轮为S型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及固定在旋转支架上的主风叶，所述主风叶为半圆柱形状，其弧形表面开有间隔排列的泄荷孔，所述限速装置包括可活动地套装在所述主风叶风杯口内部的副风叶，所述副风叶同为半圆柱形状，其弧形表面开有与主风叶相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔，所述限速装置还包括固定在所述副风叶的弧形表面相对侧的重锤以及用以将所述重锤向所述垂直型转轴方向拉紧的拉力弹簧，所述拉力弹簧的一端设置在所述重锤上，另一端设置在所述旋转支架上。

上述主风叶和所述副风叶的上下封头上开有相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的风叶；以及

用以调节风叶的力距从而控制风轮转速的限速装置。

上述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及可水平活动地安装在旋转支架上的风叶，所述风叶为半圆柱形状，所述限速装置包括用以将所述风叶沿所述旋转支架向远离所述垂直型转轴的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将所述风叶沿所述旋转支架向所述垂直型转轴的方向移动的重锤。

上述推拉装置为设置在所述旋转支架远离所述垂直型转轴的外侧端部的拉簧，所述重锤可水平活动地设置在所述旋转支架的外侧端部与所述风叶之间，且所述重锤通过拉绳并经由设置在所述垂直型转轴上的转向滑轮与所述风叶连接在一起。

上述风叶和所述重锤分别设置在所述旋转支架相对所述垂直型转轴的两侧，且所述风叶和所述重锤之间用拉杆连接，所述推拉装置为设置在所述重锤与所述垂直型转轴之间的拉簧。

上述推拉装置包括设置在所述重锤与所述风叶之间的曲杆，所述曲杆可沿所述旋转支架作水平方向的移动。

上述推拉装置包括设置在所述垂直型转轴上的液压发生器以及设置在所述旋转支架上且位于所述风叶与所述垂直型转轴之间的工作液压缸，所述重锤可水平活动地设置在与所述垂直型转轴相垂直的水平滑杆上，所述液压发生器的活塞与所述重锤相连接，所述工作液压缸的活塞与所述风叶相连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的风叶；以及

用以调节风叶受风面积和力距从而控制风轮转速的限速装置。

上述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及可水平活动地安装在旋转支架上的风叶，所述风叶为半圆柱形状，所述限速装置包括用以将所述风叶沿所述旋转支架向远离所述垂直型转轴的方向展开的推拉装置，以及在离心力的作用下将所述风叶沿所述旋转支架向所述垂直型转轴的方向收缩的重锤。

上述风叶为包括至少两层叶片的多层伸缩式风叶，所述推拉装置包括设置在所述垂直型转轴上的液压发生器以及设置在所述旋转支架上的工作液压缸，所述液压发生器的活塞与所述重锤相连接，所述工作液压缸的活塞与所述风叶相连接。

根据本实用新型的风力机的限速机构，利用风力、离心力、重力或弹力等自然特性在强风情况下为风力机减速，具有结构简单、成本低等优点，尤其适用于垂直轴阻力型风力机。

附图说明

图1是表示现有技术的采用杯型叶片的风力机的风轮的示意图。

图2是表示现有技术的采用翼片型叶片的风力机的风轮的示意图。

图3是表示现有技术的采用S型叶片的风力机的风轮的示意图。

图4a和4b是表示根据本实用新型第一个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图5a至5c是表示根据本实用新型第二个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图6a和6b是表示根据本实用新型第三个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图7a和7b是表示根据本实用新型第四个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图8a和8b是表示根据本实用新型第五个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图9a和9b是表示根据本实用新型第六个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图10是表示根据本实用新型第七个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图11是表示根据本实用新型第八个实施例的风力机的限速机构的示意图。

图12a至12c是表示根据本实用新型第九个实施例的风力机的限速机构的示意图。

具体实施方式

图4a和4b是表示根据本实用新型第一个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图4a为该风力机的侧视图，图4b为俯视图。参见图4a和4b，该风力机包括垂直型转轴40及安装在垂直型转轴40上的风轮。风轮为杯型风轮，它包括与垂直型转轴40基本上呈垂直安装的旋转支架41以及安装在该旋转支架41上的主风叶43。主风叶43例如为半球形状。该风力机的限速机构包括主风叶43和一限速装置，后者包括相对主风叶的风杯口呈反向安装的例如同为半球形状的副风叶44，即，副风叶44的风杯口与主风叶43的风杯口相对设置。副风叶44通过活动支杆42连接到转轴40的端部(端部例如装有平衡锤401)，活动支杆42与转轴40的端部为活动连接。风轮静止时，副风叶44依靠其自身的重力由活动支杆42悬挂在主风叶43的下方。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使活动支杆42上的副风叶44向上爬升，直至遮盖主风叶43的风杯口的一部分，使主风叶43的受风面积逐渐减小，风轮的转速也随之受到限制。当风力减小时，风轮的转速下降，使得副风叶44在重力的作用下逐渐恢复到原位，重新释放出主风叶43的受风面积，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

图4b示意性地画出了具有4个主风叶43的风轮，本领域的熟练人员也可以知道，采用其它数目的主风叶43的风轮同样适用于本实用新型。

图5a至5c是表示根据本实用新型第二个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图5a为该风力机的侧视图，图5b为俯视图。参见图5a和5b，该风力机包括垂直型转轴50及安装在垂直型转轴50上的风轮。风轮为杯型风轮，它包括安装在垂直型转轴50上的主风叶框架51。框架51例如为矩形，其离转轴50较远的一侧相对地平面A有一向上倾斜的倾斜角B。主风叶53例如采用立体三角形形状，其风杯口设置在框架51上。主风叶53例如有4个底侧，其中靠副风叶的一个底侧开口(未图示)，风可以从中贯通。该风力机的限速机构包括该一个底侧开口的主风叶53以及一限速装置，后者包括与主风叶53同轴安装在主风叶53的风杯口内的副风叶54(也参见图5c)。主风叶53的后端部例如设置一个芯轴55。副风叶54例如采用立体三角形形状，其体积较小于主风叶53的体积，其后端部可活动地安装在芯轴55上(参见图5b和5c)。风轮静止时，副风叶54依靠其自身的重力F保持在框架51离转轴50最近的一侧，其整体可以完全遮盖主风叶53的底侧开口。当风力增强时，风轮转速加快，离心力E使副风叶54依倾斜角B沿框架51向外向上爬升，使主风叶53的底侧开口外露，风可以贯通，从而使使主风叶53的受风面积减小，风轮的转速也随之受到限制。当风力减小时，风轮的转速下降，使得副风叶54在重力的作用下逐渐恢复到原位，重新释放出主风叶53的受风面积，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。倾斜角B的大小要根据副风叶54的重量等因素来设计，太大会使副风叶54难以爬升但易落下，太小则会使副风叶54易爬升但难以落下。如将副风叶54的前端面制作成锥形，则效果更加明显。

图6a和6b是表示根据本实用新型第三个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图6a为该风力机的侧视图，图6b为俯视图。参见图6a和6b，该风力机包括垂直型转轴60及安装在垂直型转轴60上的风轮。风轮为翼片型风轮，它包括与垂直型转轴60基本上呈垂直安装的旋转支架61以及安装在该旋转支架61上的主风叶63。主风叶63包括主风叶框架631和设置在主风叶框架631上的小叶片632。该风力机的限速机构包括主风叶63和一限速装置，后者包括连接在旋转支架61与主风叶63之间的合页(活动关节)66。合页66设置成使主风叶63的迎风叶面633面向旋转支架61的水平轴线611有一个可活动角度D。限速装置还包括将主风叶63的迎风叶面633拉向旋转支架61的水平轴线611方向的拉力弹簧67。拉力弹簧67的一端例如设置在主风叶63的迎风叶面633上，另一端例如设置在旋转支架61上。拉力弹簧67的初始拉力设置成与在设定限速机构起作用的风速时风叶所受的风力相应，且在风速下降时起到复位作用。较佳地，角度D例如设置成30度左右。风轮静止时，主风叶63由于弹簧67的拉力与旋转支架61的水平轴线611重叠。当风力增强时，主风叶63在强风力的作用下克服弹簧67的拉力向远离水平轴线611的方向移动，由此使主风叶63的有效受风面积(即投影面积)减小，风轮的转速也随之受到限制。当风力减小时，主风叶63的迎风叶面633又被弹簧67拉向旋转支架61的水平轴线611，重新释放出其受风面积，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

图7a和7b是表示根据本实用新型第四个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图7a为该风力机的侧视图，图7b为俯视图。参见图7a和7b，该风力机包括垂直型转轴70及安装在垂直型转轴70上的风轮。风轮为S型风轮，它包括与垂直型转轴70基本上呈垂直安装的旋转支架7 1以及固定在该旋转支架71上的主风叶73。主风叶73例如为半圆柱形状，其弧形表面731开有间隔排列的泄荷孔733。该风力机的限速机构包括主风叶73和一限速装置，后者包括可活动地套装在主风叶73风杯口内部的副风叶74。副风叶74例如同为半圆柱形状，其弧形表面例如开有与主风叶相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔743。由此，当副风叶74完全套装在主风叶73风杯口内部时，副风叶74上的泄荷孔743与主风叶73上的泄荷孔733不贯通。主风叶73的中点位置设置一支点轴承75，副风叶74与主风叶73同轴地安装在该支点轴承75上，且副风叶74在该支点轴承75上的安装使得其弧形表面相对主风叶73的弧形表面可移动一个距离(即，使副风叶74的一部分弧形表面移出主风叶73的风杯口)，使得副风叶74弧形表面的泄荷孔743可以与主风叶73弧形表面的泄荷孔733贯通或部分贯通。限速装置还包括固定在支点轴承75上与副风叶74的风杯口相对设置的重锤76，以及用以将重锤76拉向垂直型转轴70的拉力弹簧77。风轮静止时，重锤76在弹簧77的拉力作用下，向垂直型转轴70紧靠，使副风叶74的弧形表面与主风叶73的弧形表面完全重叠，即，副风叶74的弧形表面不移出主风叶73的风杯口，副风叶74的泄荷孔743与主风叶73的泄荷孔733不贯通，主风叶的受风面积最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使重锤76克服弹簧77的拉力向远离垂直型转轴70的方向移动，从而使重锤76绕支点轴承75带动副风叶74的弧形表面一部分移出主风叶73的风杯口，使得副风叶74的泄荷孔743与主风叶73的泄荷孔733部分贯通直至全部贯通，主风叶73的受风面积减小，风轮的转速随之受到限制。当风力减小时，风轮的转速下降，使得副风叶74在弹簧77的拉力作用下逐渐恢复到原位，重新释放出主风叶73的受风面积，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

较佳地，在主风叶73和副风叶74的上下封头上也开有相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔。较佳地，在旋转支架71的外端设置有定位块79，其作用是防止副风叶74在弹簧77的拉力下向相反的方向移出主风叶73的风杯口。

图8a和8b是表示根据本实用新型第五个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图8a为该风力机的侧视图，图8b为俯视图。参见图8a和8b，该风力机包括垂直型转轴80及安装在垂直型转轴80上的风轮。风轮例如为杯型风轮，它包括与垂直型转轴80呈垂直安装的旋转支架81以及可水平活动地安装在旋转支架81上的风叶83，风叶83例如为半圆柱形状。该风力机的限速装置包括用以将风叶83沿旋转支架81向远离垂直型转轴80的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将风叶83沿旋转支架81向垂直型转轴80的方向移动的重锤86。该实施例中，所述推拉装置例如为设置在所述旋转支架81远离垂直型转轴80的外侧端部的拉簧84。重锤86可水平活动地设置在旋转支架81的外侧端部与风叶83之间，重锤86通过拉绳88并经由设置在垂直型转轴80上的转向滑轮89与风叶83连系在一起。风轮静止时，风叶83在拉簧84的作用下靠近旋转支架81的外侧端部(较佳地，可以在靠近外侧端部的位置设置定位块加以限定)，风轮的力距为最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使重锤86向旋转支架81的外侧端部移动，并通过拉绳88和转向滑轮89拖动风叶83向旋转支架81的内侧端部，即向垂直型转轴80的方向移动，从而使风轮的力距缩短。在负载不变的情况下，由于力距减小，风轮的转速随之下降，使得风叶83在拉簧84的作用下可重新向旋转支架81的外侧端部移动，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

图8b示意性地画出了具有8个半圆柱形风叶83的风轮，本领域的熟练人员也可以知道，采用其它数目或其它形状的风叶的风轮同样适用于本实用新型。

图9a和9b是表示根据本实用新型第六个实施例的风力机的限速机构的示意图。其中，图9a为该风力机的侧视图，图9b为俯视图。参见图9a和9b，该风力机包括垂直型转轴90及安装在垂直型转轴90上的风轮。风轮例如为杯型风轮，它包括与垂直型转轴90呈垂直安装的旋转支架91以及可水平活动地安装在旋转支架91上的风叶93，所述风叶例如为半圆柱形状。该风力机的限速装置包括用以将风叶93沿旋转支架91向远离垂直型转轴90的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将风叶93沿旋转支架91向垂直型转轴90的方向移动的重锤96。该实施例中，风叶93和重锤96例如分别设置在旋转支架91相对垂直型转轴90的两侧(参见图9b)，风叶93和重锤96之间例如用拉杆98连接，两者都可在水平方向上移动。而所述推拉装置例如为设置在所述重锤96与垂直型转轴90之间的拉簧94。

风轮静止时，重锤96在拉簧94的作用下靠近垂直型转轴90，从而通过拉杆98使风叶93位于旋转支架91远离垂直型转轴90的外侧端部(较佳地，可以在靠近外侧端部的位置设置定位块加以限定)，风轮的力距为最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使重锤96向旋转支架91的另一外侧端部移动(见图标96’)，并通过拉杆98使风叶93向垂直型转轴90的方向移动(见图标93’)，从而使风轮的力距缩小，风轮的转速随之下降。随着风轮转速的下降，作用在重锤96上的离心力也随之减小，使得风叶93在拉簧94的作用下重新向旋转支架91的外侧端部移动，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

图10是表示根据本实用新型第七个实施例的风力机的限速机构的示意图。参见图10，该风力机包括垂直型转轴100及安装在垂直型转轴100上的风轮。风轮例如为杯型风轮，它包括与垂直型转轴100呈垂直安装的旋转支架101以及可水平活动地安装在旋转支架101上的风叶103，所述风叶例如为半圆柱形状。该风力机的限速装置包括用以将风叶103沿旋转支架101向远离垂直型转轴100的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将风叶103沿旋转支架101向垂直型转轴100的方向移动的重锤106。该实施例中，所述推拉装置例如为设置在重锤106与风叶103之间的曲杆104。曲杆104靠近重锤106的第一中点107例如通过支座105固定在垂直型转轴100上。旋转支架101的水平方向上例如开有凹槽或导轨(未图示)，曲杆104靠近风叶103的第二中点108例如做成曲杆滑块嵌入该凹槽或设置在该导轨上，并可沿旋转支架101作水平方向的移动。

风轮静止时，重锤106在重力的作用下向地面下垂，并通过曲杆104使风叶103位于旋转支架101远离垂直型转轴100的外侧端部，风轮的力距为最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使重锤106沿着支座105的支点向上抬起，并通过曲杆104的第二中点108向垂直型转轴100的方向的移动将风叶103向垂直型转轴100的方向拉动，从而使风轮的力距缩短，风轮的转速随之下降。随着风轮转速的下降，作用在重锤106上的离心力也随之减小，重锤106逐渐向地面下垂，使得风叶103在曲杆104的推动下重新向旋转支架101的外侧端部移动，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

图11是表示根据本实用新型第八个实施例的风力机的限速机构的示意图。参见图11，该风力机包括垂直型转轴110及安装在垂直型转轴110上的风轮。风轮例如为杯型风轮，它包括与垂直型转轴110呈垂直安装的旋转支架111以及可水平活动地安装在旋转支架111上的风叶113，所述风叶例如为半圆柱形状。该风力机的限速装置包括用以将风叶113沿旋转支架111向远离垂直型转轴110的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将风叶113沿旋转支架111向垂直型转轴110的方向移动的重锤116。该实施例中，重锤116例如可水平活动地设置在与垂直型转轴110相垂直的一个水平滑杆119上。所述推拉装置包括设置在垂直型转轴110上的液压发生器114以及设置在旋转支架111上且位于风叶113与垂直型转轴110之间的工作液压缸115。其中，液压发生器114的活塞1141通过活塞连杆1142与重锤116连接，工作液压缸115的活塞1151通过活塞连杆1152与风叶113连接。所述推拉装置例如还包括设置在液压发生器114内部或外部，用以将重锤116推向或拉向该液压发生器114一侧的弹簧(未图示)。

风轮静止时，重锤116在弹力的作用下位于水平滑杆119靠近液压发生器114的一侧，即内侧位置。风叶113位于旋转支架111的外侧端部，风轮的力距为最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使重锤116沿着水平滑杆119向远离液压发生器114的外侧移动。重锤116的外移通过活塞连杆1142带动液压发生器114的液压缸内的活塞1141向液压缸前部(图中为左侧)移动。该液压缸前部的液体因此受到挤压后沿着液压管路117向工作液压缸115的前部充入，从而推动工作液压缸115内的活塞1151向工作液压缸115的后部移动。风叶113经由活塞连杆1152被活塞1151带动向垂直型转轴110的方向移动，从而使风轮的力距缩短，风轮的转速随之下降。随着风轮转速的下降，作用在重锤116上的离心力也随之减小，重锤116逐渐在弹簧的弹力的作用下向水平滑杆119的内侧移动，根据前述液压缸的相同原理使得风叶113经由活塞连杆1152被活塞1151带动向远离垂直型转轴110的方向移动，风轮的力距加大，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。本实施例的风力机结构简单可靠，重锤116和液压发生器114可以完全采用封闭安装，最大限度地利用风叶的旋转直径。根据体积等同交换的原理，只要改变液压发生器114和工作液压缸115的工作腔体积即可调整风叶的行程长度，风轮的力距变化范围例如可达到1至2倍。

图12a至12c是表示根据本实用新型第九个实施例的风力机的限速机构的示意图。参见图12a至12c，该风力机包括垂直型转轴120及安装在垂直型转轴120上的风轮。风轮例如为杯型风轮，它包括与垂直型转轴120呈垂直安装的旋转支架121以及可水平活动地安装在旋转支架121上的风叶123，所述风叶例如为半圆柱形状。风叶123例如为包括至少两层叶片的多层伸缩式风叶，图12c示意性画出了该多层伸缩式风叶123的截面图。风叶123例如由外层叶片1231、中间层叶片1232和内层叶片1233层叠而成，层与层之间例如用设置在叶片上下两侧的滑动轨道1234连接。外层叶片1231例如固定在旋转支架121靠近垂直型转轴120的一侧，而中间层叶片1232和内层叶片1233例如可沿着滑动轨道1234向远离垂直型转轴120的方向滑出并展开。图12a表示该伸缩式风叶123的展开示意图。该风力机的限速装置包括用以将风叶123沿旋转支架121向远离垂直型转轴120的方向展开的推拉装置，以及在离心力的作用下将风叶123沿旋转支架121向垂直型转轴120的方向收缩的重锤126。该实施例中，所述推拉装置包括设置在垂直型转轴120上的液压发生器124以及设置在旋转支架121上的工作液压缸125。其中，液压发生器124的活塞(未图示)与重锤126连接，工作液压缸125的活塞(未图示)与风叶123连接(其连接和动作机理与图11b所示相类似)。重锤126通过调节杆129设置在液压发生器124的轴心1240上。

正常风力情况下，风力机处于低速运转时，伸缩式风叶123依靠其自身产生的离心力和重锤126的重力使得风叶123完全展开，此时，风叶123的受风面积和风轮的力距为最大。当风力增强时，风轮转速加快，离心力使原本下垂的重锤126沿着图12a中的箭头方向远离地面的旋转支架121的方向抬起。重锤126的上移通过调节杆129带动液压发生器124的液压缸内的活塞向液压缸前部(图中为B点)移动。该液压缸前部的液体因此受到挤压后沿着液压管路127向工作液压缸125的前部充入，从而推动工作液压缸125内的活塞向工作液压缸125的后部(图中为B’点)移动。风叶123已向外展开的中间层叶片1232和内层叶片1233被工作液压缸125内的活塞带动向垂直型转轴120的方向向外层叶片1231缩进(如图12b所示)，从而使风轮的受风面积和力距缩小，风轮的转速随之下降。随着风轮转速的下降，作用在重锤126上的离心力也随之减小，重锤126逐渐在重力的作用下向地面下垂，根据前述液压缸的相同原理，重锤126的下垂通过调节杆129带动液压发生器124的液压缸内的活塞向液压缸后部(图中为A点)移动。该液压缸后部的液体因此受到挤压后沿着液压管路127向工作液压缸125的后部充入，从而推动工作液压缸125内的活塞向工作液压缸125的前部(图中为A’点)移动。使得风叶123的中间层叶片1232和内层叶片1233经由工作液压缸125内的活塞带动向远离垂直型转轴120的方向展开，风轮的受风面积和力距加大，周而复始完成自动调节和控制风轮转速的功能。

当然，本领域的熟练人员根据本实施例的上述原理，也可以将上述风叶123设计成仅具有外层叶片和内层叶片的两层叶片结构，也可以将上述风叶123设计成具有3层以上的多层叶片结构。

以上结合附图的描述是本实用新型的几个较佳实施例，根据本实用新型的上述构思，本领域的熟练人员还可以在此基础上对本实用新型作出各种组合、变换和修改，但这种组合、变换和修改均属于本实用新型的保护范围内。

Claims (15)

1.一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的主风叶；以及

用以调节主风叶受风面积从而控制风轮转速的限速装置。

2.如权利要求1所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及安装在旋转支架上的主风叶，所述主风叶为半球形状，所述限速装置包括相对主风叶的风杯口呈反向安装的半球形副风叶，所述副风叶通过活动支杆连接到所述转轴的端部并在离心力和重力的作用下可活动地遮盖所述主风叶的风杯口的一部分。

3.如权利要求1所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为杯型风轮，它包括安装在垂直型转轴上的主风叶框架，所述主风叶框架离所述转轴较远的一侧相对地平面有一向上倾斜的倾斜角，且所述主风叶为一底侧开口的立体三角形状，所述限速装置包括与主风叶同轴安装在主风叶风杯口内的副风叶，所述副风叶为立体三角形状且所述副风叶在离心力和重力的作用下可活动地遮盖所述主风叶的所述底侧开口的一部分或全部。

4.如权利要求1所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为翼片型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及安装在旋转支架上的主风叶，所述主风叶包括主风叶框架和设置在主风叶框架上的小叶片，所述限速装置包括连接所述旋转支架与主风叶的合页，所述合页设置成使所述主风叶的迎风叶面面向所述旋转支架的水平轴线有一个活动角度，所述限速装置还包括将所述主风叶的迎风叶面向所述旋转支架的水平轴线方向拉紧的拉力弹簧，所述拉力弹簧的初始拉力设置成与在设定限速机构起作用的风速时风叶所受的风力相应，且在风速下降时起到复位作用，所述拉力弹簧的一端设置在所述主风叶的迎风叶面上，另一端设置在所述旋转支架上。

5.如权利要求1所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为S型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及固定在旋转支架上的主风叶，所述主风叶为半圆柱形状，其弧形表面开有间隔排列的泄荷孔，所述限速装置包括可活动地套装在所述主风叶风杯口内部的副风叶，所述副风叶同为半圆柱形状，其弧形表面开有与主风叶相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔，所述限速装置还包括固定在所述副风叶的弧形表面相对侧的重锤以及用以将所述重锤向所述垂直型转轴方向拉紧的拉力弹簧，所述拉力弹簧的一端设置在所述重锤上，另一端设置在所述旋转支架上。

6.如权利要求5所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述主风叶和所述副风叶的上下封头上开有相同间隔排列但错开一个位置的泄荷孔。

7.一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的风叶；以及

用以调节风叶的力距从而控制风轮转速的限速装置。

8.如权利要求7所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及可水平活动地安装在旋转支架上的风叶，所述风叶为半圆柱形状，所述限速装置包括用以将所述风叶沿所述旋转支架向远离所述垂直型转轴的方向移动的推拉装置，以及在离心力的作用下将所述风叶沿所述旋转支架向所述垂直型转轴的方向移动的重锤。

9.如权利要求8所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述推拉装置为设置在所述旋转支架远离所述垂直型转轴的外侧端部的拉簧，所述重锤可水平活动地设置在所述旋转支架的外侧端部与所述风叶之间，且所述重锤通过拉绳并经由设置在所述垂直型转轴上的转向滑轮与所述风叶连接在一起。

10.如权利要求8所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风叶和所述重锤分别设置在所述旋转支架相对所述垂直型转轴的两侧，且所述风叶和所述重锤之间用拉杆连接，所述推拉装置为设置在所述重锤与所述垂直型转轴之间的拉簧。

11.如权利要求8所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述推拉装置包括设置在所述重锤与所述风叶之间的曲杆，所述曲杆可沿所述旋转支架作水平方向的移动。

12.如权利要求8所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述推拉装置包括设置在所述垂直型转轴上的液压发生器以及设置在所述旋转支架上且位于所述风叶与所述垂直型转轴之间的工作液压缸，所述重锤可水平活动地设置在与所述垂直型转轴相垂直的水平滑杆上，所述液压发生器的活塞与所述重锤相连接，所述工作液压缸的活塞与所述风叶相连接。

13.一种风力发电机的限速机构，所述风力发电机包括垂直型转轴和安装在该垂直型转轴上的风轮，所述限速机构包括：

利用空气动力的阻力做功的风叶；以及

用以调节风叶受风面积和力距从而控制风轮转速的限速装置。

14.如权利要求13所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风轮为杯型风轮，它包括与所述转轴呈垂直安装的旋转支架以及可水平活动地安装在旋转支架上的风叶，所述风叶为半圆柱形状，所述限速装置包括用以将所述风叶沿所述旋转支架向远离所述垂直型转轴的方向展开的推拉装置，以及在离心力的作用下将所述风叶沿所述旋转支架向所述垂直型转轴的方向收缩的重锤。

15.如权利要求14所述的风力发电机的限速机构，其特征在于，所述风叶为包括至少两层叶片的多层伸缩式风叶，所述推拉装置包括设置在所述垂直型转轴上的液压发生器以及设置在所述旋转支架上的工作液压缸，所述液压发生器的活塞与所述重锤相连接，所述工作液压缸的活塞与所述风叶相连接。

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