CN203335322U - 用于柔性风力机的自动回复翻转装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于柔性风力机的自动回复翻转装置，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与四个轴承座连接，四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。本实用新型通过连杆的转动实现柔性风力机0～80°的翻转，并且可以自动回复，特别适用于柔性风力机。

Description

用于柔性风力机的自动回复翻转装置

技术领域

本实用新型涉及一种翻转机构，特别涉及一种用于柔性风力机的自动回复翻转装置。 

背景技术

目前，传统的风力机的叶片是固定的，所以受风面积固定，当风速变化较大时，叶片所受的载荷变化很大，功率输出不稳定，容易损坏叶片和其它部件。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单，从初始的水平位置可实现0-80°的翻转，使风力机的叶片自动张合的用于柔性风力机的自动回复翻转装置。 

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

用于柔性风力机的自动回复翻转装置，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与四个轴承座连接，外侧的两根连杆与外侧的两个轴承座相连接，内侧的两根连杆与内侧的两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设 置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。 

进一步地，所述内侧两根连杆、外侧两根连杆和两根限位杆的位置满足如下关系式： 

α₁=α₀+dα₁     (1) 

α₂=α₀-dα₂   (2) 

$\sqrt{{({l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2)}^2+{({l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2)}^2}=d---\left(3\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{{l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2}{{l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2}---\left(4\right)$

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的夹角，α ₀为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆2的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板与水平面的夹角。 

所述上底板与水平面的夹角优选为0°，内侧的两根连杆与位于中部的限位杆相切，导轨内的弹簧处于自由状态。 

所述上底板与水平面的夹角θ优选为80°。 

本实用新型运用反平行四边形机构，在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，然后用四根连杆连接起来，通过适当设计各杆的长度和各点的运动轨迹，可以使上底板1从初始的水平位置实现0-80°的翻转。把下底板安装在风力机轮毂上，再把叶7安装在上底板上，就可以通过该翻转机构的运动实现叶片 的自动张合，锥角的变化范围为0-80°。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

本实用新型可以通过连杆的简单转动实现一个物体0-80°的翻转,并且可以自动回复。特别适用于柔性风力机，当风速变化较大时，叶片可以顺势张合，改变受风面积，避免了由于风力过大而使叶片发生损坏变形，而且还能更好地利用风能，保持平稳输出电压，同时降低启动风速，提高极限风速，达到功率优化的目的。 

附图说明

图1为自动回复翻转装置上底板1处于初始水平状态（0°）的示意图； 

图2为自动回复翻转装置上底板1处于初始水平状态（0°）的正视图； 

图3为自动回复翻转装置上底板1处于翻转状态（45°）的示意图； 

图4为自动回复翻转装置上底板1处于翻转状态（45°）的正视图； 

图5为自动回复翻转装置上底板1处于最大翻转状态（80°）的示意图； 

图6为自动回复翻转装置上底板1处于最大翻转状态（80°）的正视图； 

图7为上底板1与水平面的夹角（翻转角度）θ关于内侧两根连杆2所转过的角度dα₁的函数图象； 

图8为自动回复翻转装置的简化模型与上底板1左右两个端点的运动轨迹图； 

图9为风力机轮毂9的结构示意图； 

图10为风力机轮毂9的后视图； 

图11为用于柔性风力机的自动回复翻转装置上底板1处于初始水平状态（0°）时柔性风力机的示意图； 

图12为自动回复翻转装置上底板1处于翻转状态（45°）时柔性风力机的示意图； 

图13为自动回复翻转装置上底板1处于最大翻转状态（80°）时柔性风力机的示意图。 

图中示出：上底板1、连杆2、弹簧3、导轨4、限位杆5、下底板6、叶片7、机舱8、轮毂9和塔架10。 

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但是本实用新型的实施方式不限于此。 

如图1-6所示，一种用于柔性风力机的自动回复翻转装置，包括上底板1、下底板6、连杆2、弹簧3、导轨4和限位杆5；在上底板1和下底板6上分别设有四个轴承座，四根连杆2分别与四个轴承座连接，外侧的两根连杆2与外侧的两个轴承座相连接，内侧的两根连杆2与内侧的两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆2的长度相等；外侧的两根连杆2上部和中部焊接两根限位杆5，限位杆5与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆5之间有两根中间开槽的环形的导轨4，导轨4与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆2分别穿过导轨4的开槽，两根导轨4在开槽的环形的空间内分别设有弹簧3；弹簧3的一端固定在上部的限位杆5上，另一端与内侧的连杆活动连接；当外侧的连杆2逆（顺）时针转动时，内侧的两根连杆2在导轨4的开槽中运动，逆（顺）时针转动的同时压缩（释放）弹簧3。 

两根限位杆5用于限制内侧两根连杆2的转动，其中下限位杆5用于限 制初始状态（0°），上限位杆5用于限制最终状态（80°）； 

如图1、图2所示，初始状态时，上底板1与水平面的夹角为0°，内侧的两根连杆2与下限位杆5相切，导轨4内的弹簧3处于最长状态，不受力。当内侧的两根连杆2逆时针转动时，内侧连杆2与水平面的夹角α₁逐渐增大，导轨4内的弹簧3被逐渐压缩，开始储蓄弹性势能，其所受的压力方向与内侧的两根连杆2垂直。同时由于内侧两根连杆2的转动带动外侧的两根连杆2也逆时针转动，外侧连杆2与水平面的夹角α₂逐渐减小，此时，上底板1由于连杆2的带动开始向前翻转，上底板1与水平面的夹角θ逐渐增大。四根连杆2的长度越短，可使翻转机构整体高度越低，有利于稳定和省材，但是当上底板1处于最大翻转状态时（如图5和图6所示），上底板1须不挤压下底板6。如图3和图4所示，上底板1与水平面的夹角θ=45°；如图5和图6所示，最终状态时，上底板1与水平面的夹角θ为80°，导轨4内的弹簧3被压缩到最短，所储蓄的弹性势能最大，上底板1与水平面的夹角θ由80°回复到0°为回复过程，回复过程为上述过程的逆过程。忽略四个轴承座的高度，各主要参数变量之间有以下关系式： 

α₁=α₀+dα₁   (1) 

α₂=α₀-dα₂   (2) 

$\sqrt{{({l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2)}^2+{({l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2)}^2}=d---\left(3\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{{l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2}{{l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2}---\left(4\right)$

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆2和外侧两根连杆2与水平面的夹 角，α₀为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆2的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板1与水平面的夹角。 

上底板1与水平面的夹角（翻转角度）θ关于内侧两根连杆2所转过的角度dα₁的函数图象如图7所示。由图象中可以看出，θ与dα₁大致成线性关系，初始状态时，dα₁=0，θ=0；当dα₁=27.1°时，θ=45°；最终状态时，dα₁=53.4°，θ=80°。与实际情况相符。翻转机构的简化模型与上底板1左右两个端点的运动轨迹如图8所示。 

如图9和图10所示分别为风力机轮毂9的结构示意图和后视图，与传统的风力机轮毂结构相似。把用于柔性风力机的自动回复翻转装置的下底板6通过螺栓连接安装在风力机轮毂9上，再把叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，当叶片7受到风力作用时，对上底板1有一个水平向前的推力和逆时针方向的弯矩，内侧的两根连杆2逆时针转动，带动上底板1向前翻转，其运动过程如前面所述。由于叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，所以当上底板1向前翻转时，就会带动叶片7向前合拢。当叶片7所受风载减小时，上底板1所受的水平推力和弯矩也相应减小，此时由于弹簧3被压缩储蓄了弹性势能，可以产生回复力推动内侧的两根连杆2反方向顺时针转动，带动上底板1向后翻转，其运动过程即为回复过程。由于叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，所以当上底板1向后翻转时，就会带动叶片7向后张开。 

结合前面所述的运动过程，由于该翻转机构可自动回复，通过该翻转机构的运动可以实现柔性风力机叶片7的自动张合，锥角的变化范围为0-80°，如图11-13所示。当风速较大时，叶片7向前合拢；当风速较小时，叶片7 向后张开。通过改变受风面积，避免了由于风力过大而使风力机叶片发生损坏变形，而且还能更好地利用风能，保持平稳输出电压，同时降低启动风速，提高极限风速，达到功率优化的目的。 

本实用新型所提供的可自动回复翻转机构不仅适用于柔性风力机上，还可以用于其它有类似运动要求的机构上，都在本实用新型的保护范围之内。其中上底板1的最大翻转角度由实际运动要求所决定，本实施方案用于柔性风力机上，根据其所受风载与叶片锥角的关系，最大翻转角度为80°。 

Claims (4)

1.用于柔性风力机的自动回复翻转装置，其特征在于，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与四个轴承座连接，外侧的两根连杆与外侧的两个轴承座相连接，内侧的两根连杆与内侧的两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。 

2.根据权利要求1所述的用于柔性风力机的自动回复翻转装置，其特征在于：所述内侧两根连杆、外侧两根连杆和两根限位杆的位置满足如下关系式： 

α₁=α₀+dα₁       (1) 

α₂＝α₀-dα₂   (2) 

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的夹角，α ₀为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为 内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆2的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板与水平面的夹角。 

3.根据权利要求1所述的用于柔性风力机的自动回复翻转装置，其特征在于：所述上底板与水平面的夹角θ为0°，内侧的两根连杆与位于中部的限位杆相切，导轨内的弹簧处于自由状态。 

4.根据权利要求1所述的用于柔性风力机的自动回复翻转装置，其特征在于：所述上底板与水平面的夹角θ为80°。 

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