專利名稱:大壓差阻力型風力機的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及風能應用領域,尤其涉及一種阻力型風力機。
背景技術:
目前風力發(fā)電用的風力機主要分為立軸式風力機和水平軸式風力機兩類。立軸 式風力機屬于阻力型風力機,主要是通過葉片形狀的特殊設計,使得主軸兩邊有風吹過時, 產生正反向扭矩差來推動主軸旋轉;在此過程中,在正向扭矩推動主軸旋轉時,需要克服同 樣風力引起的反向扭矩。但是現有的阻力型風力機,回轉阻力大,及需要克服較大的反向扭 矩,需要較大的風速方能啟動,而運行時能量轉換效率也低。
發(fā)明內容
針對上述現有技術的不足,本發(fā)明提供一種新型的阻力型風力機,啟動時,大大降 低了葉片引起的反向扭矩,提高了風力機的動力,也降低了風力機的啟動風速。為實現上述技術目的,本發(fā)明提供的新型的阻力型風力機采用如下技術方案一種大壓差阻力型風力機,包括旋轉主軸,旋轉主軸上安設有葉片,其不同之處在 于,所述葉片活動安設在所述旋轉主軸上,通過變換位置以降低正面迎風阻力。為進一步實現上述技術目的,所述葉片在旋轉半周內通過沿旋轉主軸的徑向移動 或轉動,使得位置發(fā)生變換,以避開正面迎風(半周迎風)。所述旋轉主軸為立軸或者水平軸。本發(fā)明中,葉片可通過沿主軸的徑向移動或通過轉動保持葉片始終主要在主軸的 一側,徹底去除了或者極大減小了葉片引起的反向扭矩,減小了正向扭矩因克服風葉的反 向扭矩而耗功,從而避免了風葉在另半周的迎風阻力,使得該風力機具有更大的扭矩和低 風速啟動性能。
圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的原理及動作示意圖;圖2是本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的原理及動作示意圖;圖3是本發(fā)明的第三個優(yōu)選實施例的原理及動作示意圖;圖4是本發(fā)明的第四個優(yōu)選實施例的原理示意圖;圖5是圖4所示實施例的一個運行位置示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。在本說明書中對于方位的內容描述均是按 照去風方向進行描述的。本發(fā)明的基本原理及結構也適用于水輪機。當然,本發(fā)明在具體 應用時,還應配合增設諸如力平衡機構、防臺風機構、定向機構等,作為現有技術范疇,本說 明書無需贅述。
圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的原理及動作示意圖,是一種用于立軸式風力機 的實施方式。該立軸式風力機包括有葉片11、12,葉片框架21、22,旋轉主軸3等部件??臻g相 交成直角的兩個葉片框架21、22上下排布在旋轉主軸3上,與其固連;兩個葉片11、12分別 位于葉片框架21、22內,稱之為葉輪1。風向如圖中直線箭頭所示,葉輪1和旋轉主軸2按 圖中所示箭頭方向旋轉。如圖所示,共包含4幅小圖,(a)所示是葉輪1及葉片11、12的初始位置狀態(tài);(b) 所示的是隨后一個動作的結果示意,主軸2及兩個葉片框架保持不動,上面的葉片11通過 葉片驅動機構(圖中未標示)移到葉片框架21的另一邊;(c)所示的是再隨后一個動作的 結果示意,旋轉主軸2在下面葉片12通過風力獲得的動力矩下沿圖示方向轉動了 90度;圖 (d)所示是接下來的又一個動作的結果示意,下面葉片12再通過葉片驅動機構移到葉片框 架22的另一邊。下一個動作,旋轉主軸1又在上面葉片11提供的動力矩下沿圖示旋轉方 向轉到(a)的位置。重復上述過程,旋轉主軸即可連續(xù)地轉動。本發(fā)明也可以是水平軸式風力機,圖2是本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的原理及動 作示意圖;是采用水平軸式設計的一個實施例。目前的水平軸式風力機大多是屬于升力型風力機。工作時將主軸軸線對準風的來 流方向,采用翼型截面的葉片,通過風力吹過翼型產生升力(沿旋轉圓周切線方向),從而 驅動風輪轉動。而本發(fā)明采用水平軸式時,也采用阻力型,即風的來流方向垂直于風力機的 旋轉主軸,通過來流風力直接吹向葉片而推動葉輪轉動。如圖2所示,該阻力型風力機的結構與圖1所示實施例大體相近,均包括有葉片 11、12,葉片框架21、22、旋轉主軸3,還進一步包括有發(fā)電機4和支架5。兩個葉片11、12分 別位于在空間相交成直角的兩個葉片框架內21、22,分別安設在水平旋轉主軸3的兩端;葉 片框架21、22與水平旋轉主軸3連成一體。風向如圖中直線箭頭所示,葉輪和主軸按圖中 所示箭頭方向旋轉。 在本實施例中,葉片的數量不應被限定。也可以只選用一個如圖所示,共包含4幅小圖,初始的葉片位置如(a)所示,左端葉片11處于水平位 置,右側葉片12處于鉛垂位置。當旋轉主軸3從(a)位置沿圖示方向旋轉一個角度后,左端 葉片11偏離水平位置,將在重力作用下沿葉片框架21滑動,滑向葉片框架21的另一端,到 達(b)所示位置。隨后旋轉主軸3在右端葉片12從風力獲得的動力矩及左端葉片11的重 力矩作用下克服右端葉片12重力的反向阻力矩繼續(xù)旋轉到達圖(c)所示位置,此時左端葉 片11處于鉛垂位置,右端葉片12處于水平位置。隨著旋轉主軸3繼續(xù)沿圖示方向轉動,右 邊葉片12將在重力作用下沿葉片框架22滑向另一端,到達(d)所示位置。然后旋轉主軸 3又在左端葉片11提供的風力矩作用下繼續(xù)旋轉到(a)的狀態(tài),完成一個循環(huán)。重復上述 旋轉主軸3旋轉和葉片11、12交替滑動運行的過程。該實例中的葉片在葉片框架中的滑動 是通過葉片本身重力完成的,也可以通過其他方式來輔助實現。作為現有技術,不再贅述。在本實施例中,其產生的轉矩遠大于葉片截面積大小相同的翼型風力機所產生的 轉矩。圖3所示是本發(fā)明的另外一個實施例,本實施例包括有葉片1、葉片轉軸2、旋轉主 軸3、旋轉主軸上的圓錐齒輪4、葉片轉軸上的圓錐齒輪5、支架6,兩個圓錐齒輪采用1 1的轉動比。本實施例為立軸式風力機,葉片1在繞垂直的旋轉主軸3水平旋轉(公轉)的 同時,還繞水平設置的葉片轉軸2旋轉(自轉)。葉片轉軸2與旋轉主軸3通過斜齒輪形式 連接。當然也可以采用其他相似方式來實現。圖3包括4幅小的分解圖,分別顯示了本實施例中旋轉主軸3相對于風向每旋轉 90度所處的四個位置時的主視圖和俯視圖。(a)是初始位置,葉片1位于旋轉主軸3前面橫向右側,處于最大扭矩狀態(tài),受風力 推動葉片1驅動旋轉主軸1旋轉,同時錐形齒輪對又驅動葉片1向下自轉,旋轉主軸3和葉 片轉軸2均轉過90度后到達(b)的位置。此時葉片1位于旋轉主軸3的右側垂直向下;接 下來葉片1在慣性作用下繼續(xù)轉動,同時接受風力推動給旋轉主軸3提供動力矩,到達(c) 的位置,此時葉片1位于旋轉主軸3的后面位置橫向右方,處于最大扭矩狀態(tài);接下來,在風 力推動下葉片1繼續(xù)轉動,到達(d)的位置,此時葉片1位于旋轉主軸3左側,垂直向上;再 接下來,葉片1在慣性作用下繼續(xù)旋轉,并在風力驅動的合力作用下又轉到(a)所示的初始 位置。本實施例,可以通過齒輪間的傳動比調整使得葉片主要在主軸的一側,以提供更 大的動力矩。并在實際應用時可根據需要加一個慣性輪,或沿主軸方向取不同角度多裝幾 個葉片,以獲得更大的動力矩同時使得動力矩比較連續(xù)和均勻。圖4所示是本發(fā)明的第四個實施例。旋轉主軸采用立式設計,葉片采用變角度方 式設計。如圖4所示,本實施例包括有四個葉片1、通過固定支架4設置旋轉主軸2上,葉 片1可繞葉片軸3自轉。葉片在隨主軸支架旋轉過程中同時還繞自身軸在旋轉,其旋轉角 度保證該葉片在半周垂直來流風向,另半周平行來流風向,每轉過180度時做一次調整。葉 片調整結構或稱為葉片驅動機構可通過采用連桿機構、凸輪機構、齒輪結構、鏈條結構或者 曲線滑軌結構來實現。還可以采用電動方式來實現。還可以通過液壓或氣動的形式實現。 以上均為現有技術,不再贅述。本實施例中,葉片的設計是垂直于水平面的,也可傾斜于水平面設置,但傾角不宜 過大。而葉片的迎風面可以是平面,也可以采用流線型的曲面。圖5所示是圖4實施例的動作過程中的某個位置的主視圖和俯視圖示意。本發(fā)明中,葉片可通過沿主軸的徑向移動或通過轉動保持葉片始終主要在主軸的 一側,徹底去除了或者極大減小了葉片引起的反向扭矩,減小了正向扭矩因克服風葉的反 向扭矩而耗功,從而避免了風葉在另半周的迎風阻力,使得該風力機具有更大的扭矩和低 風速啟動性能。以上僅為本發(fā)明的最佳實施方式而已,并不用以限制本發(fā)明。凡依據本發(fā)明公開 的內容,本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案,均應落入本發(fā) 明的保護范圍。
權利要求
1.一種大壓差阻力型風力機,包括旋轉主軸,旋轉主軸上安設有葉片,其特征在于,所 述葉片活動安設在所述旋轉主軸上,通過變換位置以降低正面迎風阻力。
2.根據權利要求1所述的風力機,其特征在于,所述葉片在旋轉半周內通過沿旋轉主 軸的徑向移動或轉動,使得位置發(fā)生變換,以避開正面迎風。
3.根據權利要求1或2所述的風力機,其特征在于,所述旋轉主軸為立軸。
4.根據權利要求3所述的風力機,其特征在于,包括有固連在旋轉主軸上的葉片框架, 所述葉片安設垂直或傾斜的安設在葉片框架內,可沿旋轉主軸的徑向滑動。
5.根據權利要求3所述的風力機,其特征在于,包括有水平設置的葉片轉軸,葉片轉軸 與旋轉主軸通過斜齒輪配合連接。
6.根據權利要求5所述的風力機,其特征在于,所述斜齒輪齒輪對的傳動比為1 1。
7.根據權利要求3所述的風力機,其特征在于,還包括有固定在旋轉主軸上的葉片支 架,所述葉片安設在葉片支架上,在隨葉片支架旋轉過程中同時還繞自身軸在旋轉。
8.根據權利要求7所述的風力機,其特征在于,還包括有葉片驅動機構,所述葉片驅動 機構采用連桿機構、凸輪機構、齒輪結構、鏈條結構或者曲線滑軌結構。
9.根據權利要求1或2所述的風力機,其特征在于,所述旋轉主軸為水平軸。
10.根據權利要求9所述的風力機,其特征在于,所述葉片為單個或多個。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大壓差阻力型風力機,包括旋轉主軸,旋轉主軸上安設有葉片,其不同之處在于,所述葉片活動安設在所述旋轉主軸上,通過變換位置以降低正面迎風阻力。本發(fā)明的每一個葉片主要在受風推動的半周迎風,而在另半周時通過位置變換避開迎風的阻力,大大降低了葉片引起的反向扭矩,提高了風力機的動力,也降低了風力機的啟動風速。
文檔編號F03D3/06GK102062048SQ20111002100
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權日2011年1月13日
發(fā)明者楊建 , 童剛 申請人:深圳清華大學研究院