專利名稱：自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體沖擊式發(fā)電機，尤其涉及一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
隨著能源危機的出現(xiàn)和環(huán)境的日益惡化，綠色清潔能源越來越受到世界各 國的廣泛重視，風能和潮流能尤其成為開發(fā)利用可再生能源的焦點，利用風能 和水流發(fā)電是目前開發(fā)利用風能和水能最有效的形式。雖然風力和潮流能發(fā)電 是真正的清潔性能源，但受到一次性投入較大、技術(shù)要求高、獲能效率低等因 素制約，只是作為電能的輔助能源，推廣有一定的難度。發(fā)明一種低成本、高 效的換能轉(zhuǎn)子，將具有重要意義。
目前提取風能的主要裝置為剛性葉片轉(zhuǎn)子，其獲能系數(shù)較低，啟動風速較 大。葉片大多由玻璃鋼等剛性材料加工而成，葉片邊緣很薄，旋轉(zhuǎn)時還可能會
傷害到鳥類等，且存在噪音較大，金屬易腐蝕等缺陷。如2003年5月7日公開 的中國專利，公開號為CN1415852A，其公開了一種柔性風葉高效能風車，包括 底座、支架、中心軸、內(nèi)支撐圈、外傳動圈、外固定圈、拉索、內(nèi)外風葉、萬 向裝置，其雖然能夠減輕自身的重量，但設計思路與普通常用的風車沒有多大 的區(qū)別，只能是在風的方向上轉(zhuǎn)動。由于風葉為很薄的鋼板制成，所以在工作 時不但產(chǎn)生很大的噪音，而且風葉會腐蝕，需要經(jīng)常更換，增加了成本。
傳統(tǒng)水流發(fā)電裝置多采用水輪機或水翼擺動裝置。按轉(zhuǎn)子軸的安裝方式水 專侖機可分為軸流式水4侖一幾和混流式水l侖才幾兩種。這兩種水4侖才幾均采用剛性葉片 轉(zhuǎn)子，獲能效率較低，目前為了提高效率常采用葉片變傾角控制系統(tǒng)，但結(jié)構(gòu) 復雜，最佳控制方案難以找出，研發(fā)成本高。水翼擺動裝置由兩個受PLC控制 的擺臂和水翼組成，水翼在不同的位置時主擺臂協(xié)調(diào)水翼有其對應的擺角，使 得水翼獲得最大的升力，盡可能多的提取水能。此類裝置PLC控制電路本身要 消耗一部分電能，且水翼所受升力由多個參數(shù)共同確定，其控制過程更加復雜， 研發(fā)和生產(chǎn)成本都太高，不利于推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果可以克服上述缺陷，提供一種自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其成 本低、易維護，可以實現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案其包括中心轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動輪、 固定支架，中心轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動輪之間過盈配合，兩者通過固定支架固定限位，中 心轉(zhuǎn)軸上至少設置兩個垂直于中心轉(zhuǎn)軸的支撐層，在相鄰的兩支撐層之間以中 心轉(zhuǎn)軸為中心的同 一 圓周上間隔設置固定桿，相鄰的固定桿之間通過柔性葉片 連接，柔性葉片相對于與之連接的兩固定桿組成的平面可產(chǎn)生凹凸形變。
柔性葉片轉(zhuǎn)子的安裝方式有兩種既可以采用豎直安裝方式，又可以釆用 水平安裝方式。支撐層可以設置成不同的形式可以是以中心轉(zhuǎn)軸為中心半徑 等長的圓板或正多邊形板，也可以是垂直于中心轉(zhuǎn)軸且以中心轉(zhuǎn)軸為中心以相 同間隔角度呈輻射狀等長的支撐桿，為提高支撐桿與中心轉(zhuǎn)軸的的連接強度， 在中心轉(zhuǎn)軸上固接與支撐層同圓心且位于支撐層內(nèi)的法蘭盤，支撐桿與設置在
法蘭盤上的連接件套接固定；支撐層和固定桿通過鉸鏈或螺紋連接。柔性葉片 相對于與之連接的兩固定桿組成的平面可產(chǎn)生凹凸形變的角度范圍為-60° ~ 60° ;設置在固定桿上的柔性葉片的兩邊不等長，且柔性葉片設置的方向一致； 相鄰的柔性葉片不在同一水平面上，這樣每一個柔性葉片在360。圓周運動中的 不同位置，都能夠自適應流體而隨時改變形狀。因柔性材料只能傳遞拉力，葉 片的穩(wěn)定形態(tài)是依風或其它流體的作用力而自然形成的弧形，就像帆船的帆翼 一樣，充分利用帆翼的升力效應與阻力效應相互交替變換做功，兩種效應所形體能。
由于柔性葉片設置的方向相對于中心轉(zhuǎn)軸一致，所以其產(chǎn)生的力矩方向一 致，不會彼此抵消轉(zhuǎn)動力矩；柔性葉片一般設計成三角形或梯形等， 一個裝置 中可以單獨使用一種形狀的柔性葉片，也可以采用不同形狀的葉片相結(jié)合，其 所有柔性葉片設置的方向相同，柔性葉片整體方向的朝向改變，中心軸轉(zhuǎn)動的 方向會隨之改變；當中心轉(zhuǎn)軸較長時，可以設置多個支撐層，在相鄰的兩支撐 層之間設置固定桿與柔性葉片，為更加牢固地固定中心轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動輪，可以在中心轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)都設置固定支架來提高整個轉(zhuǎn)子的抗彎強度。
借鑒帆船利用風能前進的原理，把流體發(fā)電機的剛性葉片換成重量輕、制 作簡單、造價低的柔性材料，柔性葉片采用不透風和不透液體的材料制成，如 高分子薄膜材料、帆布等，這種帆翼式葉片，可變形和自適應的特性是剛性葉 片無法實現(xiàn)的，從而能產(chǎn)生比剛性葉片更大的轉(zhuǎn)矩，具有更高的能量利用系數(shù), 因此換能效率高，可廣泛利用在風能、潮流能等流體領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作具體說明


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實施例3結(jié)構(gòu)示意圖4為法蘭盤與支撐桿連接局部放大圖5為柔性葉片相對于固定桿的凹凸變形圖。
具體實施例方式
本發(fā)明可廣泛應用于各種流體(包括風、海流及河流)中進行發(fā)電，其能 夠高效提取流體能。 實施例1
如圖1、 2所示，本發(fā)明在風力發(fā)電方面的應用，本發(fā)明應用于風力發(fā)電時 稱為柔性葉片風車，柔性葉片轉(zhuǎn)子的安裝釆用豎軸安裝方式。包括中心轉(zhuǎn)軸5、 柔性葉片3、支撐層、固定桿2、固定支架4和輸出傳動輪6。中心轉(zhuǎn)軸5上設 置上下兩個垂直于中心轉(zhuǎn)軸5的支撐層，支撐層采用垂直于中心轉(zhuǎn)軸5且以中 心轉(zhuǎn)軸5為中心以相同間隔角度呈輻射狀等長的支撐桿1。在兩支撐層之間以中 心轉(zhuǎn)軸5為中心的同一圓周上間隔設置固定桿2，柔性葉片3設置在相鄰的固定 桿2之間，輸出傳動輪6與中心轉(zhuǎn)軸5過盈配合，整個柔性葉片轉(zhuǎn)子通過軸承 固定在固定支架4上。
柔性葉片3為等邊三角形，將其中一個邊設置在固定桿2上，此邊對應的 頂點設置在相鄰的另一個固定桿2上；相鄰的固定桿2之間的柔性葉片3為不對稱布置，且柔性葉片3整體設置的方向相對于中心轉(zhuǎn)軸5 —致，相鄰的柔性 葉片3不在同一水平面上；柔性葉片3具有一定的松弛度，即柔性葉片3相對 于固定桿2可以產(chǎn)生凹凸形變，在風的作用力下柔性葉片3可自然形成弧形形 變，相對于與之連接的兩固定桿2組成的平面的形變角度e的范圍在-60° -60 °之間。由于柔性葉片3間隔布置，避免了相鄰柔性葉片3之間對空氣的相互 遮擋，所以每一個柔性葉片3在360。圓周運動的不同位置時都能充分利用升力 效應與阻力效應做功，驅(qū)動中心轉(zhuǎn)軸5做旋轉(zhuǎn)運動。
實施例2
與實施例1的區(qū)別在于中心轉(zhuǎn)軸5上設置上下三個垂直于中心轉(zhuǎn)軸5的支 撐層。支撐層采用垂直于中心轉(zhuǎn)軸5且以中心轉(zhuǎn)軸5為中心以相同間隔角度呈 輻射狀等長的支撐桿1,在相鄰的兩支撐層之間以中心轉(zhuǎn)軸5為中心的同一圓周 上間隔設置固定桿2，柔性葉片3設置在相鄰的固定桿2之間。柔性葉片3釆用 等邊三角形與等腰梯形間隔設置的方式，等邊三角形與等腰梯形的柔性葉片3 設置的方向相對于中心轉(zhuǎn)軸5 —致。
實施例3
如圖3所示，本發(fā)明在水力發(fā)電方面的應用，本發(fā)明應用于水力發(fā)電時稱為 柔性葉片水輪機，柔性葉片轉(zhuǎn)子采用橫軸安裝方式。包括中心轉(zhuǎn)軸5、法蘭盤7、 固定桿2、柔性葉片3、固定支架4和輸出傳動輪6，在中心轉(zhuǎn)軸5上設置左右 兩個垂直于中心轉(zhuǎn)軸5的支撐層，在兩支撐層之間以中心轉(zhuǎn)軸3為中心的同一 圓周上間隔設置固定桿2，柔性葉片3設置在相鄰的固定桿2之間，并且具有一 定的松弛度，柔性葉片3相對于與之連接的兩固定桿2組成的平面可產(chǎn)生凹凸 形變，輸出傳動輪6與中心轉(zhuǎn)軸3通過鍵連接，整個裝置通過軸承固定在固定 支架4上。支撐層采用垂直于中心轉(zhuǎn)軸5且以中心轉(zhuǎn)軸5為中心以相同間隔角 度呈輻射狀等長的支撐桿1和法蘭盤7,支撐桿1通過設置在法蘭盤7上的連接 件8套接固定。
柔性葉片3為等邊三角形，將其中一個邊設置在固定桿2上，此邊對應的 頂點設置在相鄰的另一個固定桿2上；相鄰的固定桿2之間的柔性葉片3為不
6對稱設置，且柔性葉片3設置的方向相對于中心轉(zhuǎn)軸5—致，相鄰的柔性葉片3 不在同水平面上；柔性葉片3具有一定的松弛度，即柔性葉片3相對于固定桿2 可以產(chǎn)生凹凸形變，在水流的作用力下柔性葉片3可自然形成弧形形變，相對 于與之連接的兩固定桿2組成的平面的形變角度e的范圍在-60。 ~60。之間。 由于柔性葉片3間隔設置，避免了相鄰柔性葉片3之間對流體的相互遮擋，所 以每一個柔性葉片3在360。圓周運動的不同位置時都能充分利用升力效應與阻 力效應做功，驅(qū)動中心轉(zhuǎn)軸5做旋轉(zhuǎn)運動。
權(quán)利要求
1. 一種自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，包括中心轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動輪、固定支架，中心轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動輪之間過盈配合，兩者通過固定支架固定限位，其特征在于中心轉(zhuǎn)軸上至少設置兩個垂直于中心轉(zhuǎn)軸的支撐層，在相鄰的兩支撐層之間以中心轉(zhuǎn)軸為中心的同一圓周上間隔設置固定桿，相鄰的固定桿之間通過柔性葉片連接，柔性葉片相對于與之連接的兩固定桿組成的平面可產(chǎn)生凹凸形變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于中心轉(zhuǎn)軸水平或豎 直設置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于柔性葉片相對 于與之連接的兩固定桿組成的平面可產(chǎn)生凹凸形變的角度為-60° ~60° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于設置在固定桿上的 柔性葉片的兩邊不等長，柔性葉片設置的方向一致。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于相鄰的柔性葉片不 在同一水平面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于柔性葉片為三角形 和/或梯形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于支撐層和固定桿之 間通過鉸鏈或螺紋連接。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于支撐層是以中心轉(zhuǎn) 軸為中心半徑等長的圓板或正多邊形板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于支撐層是垂直于中 心轉(zhuǎn)軸且以中心轉(zhuǎn)軸為中心以相同間隔角度呈輻射狀等長的支撐桿。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于在中心轉(zhuǎn)軸上固接 與支撐層同圓心且位于支撐層內(nèi)的法蘭盤，支撐桿與設置在法蘭盤上的連接 件套接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流體沖擊式發(fā)電機，尤其涉及一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子，本發(fā)明的自適應柔性葉片轉(zhuǎn)子，包括中心轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動輪、固定支架，中心轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動輪之間過盈配合，兩者通過固定支架固定限位，中心轉(zhuǎn)軸上至少設置兩個垂直于中心轉(zhuǎn)軸的支撐層，在相鄰的兩支撐層之間以中心轉(zhuǎn)軸為中心的同一圓周上間隔設置固定桿，相鄰的固定桿之間通過柔性葉片連接，柔性葉片相對于與之連接的兩固定桿組成的平面可產(chǎn)生凹凸形變。本裝置能產(chǎn)生比剛性葉片更大的轉(zhuǎn)矩，具有更高的能量利用系數(shù)，因此換能效率高，可廣泛利用在風能、潮流能等流體領(lǐng)域。
文檔編號F03D3/06GK101457738SQ200710181399
公開日2009年6月17日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者單忠德, 吳雙峰, 靜 張, 冬 李, 王天琪, 王樹杰, 趙龍武, 鹿蘭帥 申請人:中國海洋大學;機械科學研究總院先進制造技術(shù)研究中心