技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種利用風能的風機，尤其是能自動變矩的風機。

背景技術(shù)：
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風能作為一種可再生能源越來越受到重視。但是，風力大小變化無常，給風機的穩(wěn)定工作帶來了困難。因此，能根據(jù)風力大小自動調(diào)整風機葉片輸出轉(zhuǎn)矩的技術(shù)應運而生。但現(xiàn)有的自動調(diào)整葉片轉(zhuǎn)矩的風機，有采用電腦控制的，電磁控制的，即便是機械式的，如專利號為 90101941.0 名稱為一種機械式漿葉變矩器的發(fā)明專利，采用行星齒輪差動控制變矩裝置，結(jié)構(gòu)十分復雜，增加了風機的制造、維修成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種機械式自動變矩風機，能根據(jù)風力大小自動

調(diào)整葉片的輸出轉(zhuǎn)矩，使風機穩(wěn)定工作，且結(jié)構(gòu)簡單，制造、維修成本相對較低。

為此，本發(fā)明提出的技術(shù)解決方案是，一種機械式自動變矩風機，主要包括風機軸及連接在風機軸左端的靠背輪，葉片，機殼及其左右端蓋，穿套在左右端蓋中的風機軸與至少一個端蓋的中心通孔之間有平鍵連接，機殼偏右部位的圓周上均勻分布一組向外凸起的有中心通孔的圓柱形凸臺，各個圓柱形凸臺的中心線位于與風機軸垂直的同一平面上，圓柱形凸臺的數(shù)目與風機葉片的數(shù)目相同，每個圓柱形凸臺上均覆蓋并連接一個圓盤狀的平面軸承座，平面軸承座面向機殼內(nèi)腔的一面有一個圓柱形凸起插在機殼圓柱形凸臺的中心通孔內(nèi)，該圓柱形凸起的外徑小于平面軸承座圓盤部分的直徑，平面軸承座內(nèi)有一個階梯形中心通孔，即圓柱形凸起部分與機殼內(nèi)腔連通的開口直徑大而圓盤部分與外部連通的通孔直徑小，所以平面軸承座內(nèi)有一個凹坑和環(huán)形平臺，每個凹坑的環(huán)形平臺上均放置一個有中心通孔的平面軸承，且平面軸承的高度大于凹坑的深度，平面軸承座圓盤部分直徑較小的通孔內(nèi)靜配合置有一個中空的軸套。中底部位有個圓環(huán)形凸肩的葉片軸自機殼內(nèi)腔穿過各自平面軸承的中心通孔及軸套外露于各自的平面軸承座外面，葉片軸與軸套為動配合，葉片軸的圓環(huán)形凸肩面向平面軸承的那個端面與平面軸承的端面接觸，其直徑與平面軸承的直徑相同。葉片軸的底端套一個氏條形的軸孔偏向一端的偏心搖臂，其兩端均為圓弧，并由搖臂銷釘將偏心搖臂與葉片軸連接成一體。在左端蓋內(nèi)壁上以風機軸軸線為中心對稱地均勻固定至少一對離心搖架座，每個離心搖架座上均鉸接一個曲尺形的離心搖架，每個離心搖架重量較輕的這一臂的頂端鉸接一個滾輪。一個啞鈴狀的空心滑套空套在風機軸上，其右端圓盤直徑較大的為大頭，左端圓盤直徑較小的為小頭。在滑套大頭右端面與右端蓋內(nèi)壁之間的風機軸上套有回位彈簧。外露于軸承座外的葉片軸頂部由葉片銷釘將各個葉片與各自的葉片軸連接成一體，且葉片的迎風面與其同軸的偏心搖臂的中心平面垂直，該偏心搖臂中心平面與葉片軸的軸線重合。在每個葉片的底端與平面軸承座頂面之間的葉片軸上套有扭彈簧，各個扭彈簧一端連接在各自葉片的小通孔中，另一端則插在平面軸承座頂面小孔中。在葉片靜止狀態(tài)下，回位彈簧的彈力使滑套小頭左端面與各個滾輪接觸，并使離心搖架重量較輕的這一臂處在與風機軸垂直的位置，而重量較重的這一臂則處在與風機軸平行的位置。同樣，在葉片靜止狀態(tài)下，扭彈簧的彈力使偏心搖臂離葉片軸較遠的一端與滑套大頭右端面接觸，偏心搖臂與葉片軸軸線重合的那個中心平面與風機軸的軸線之間的夾角為 α，α 的范陽為 20°～ 70°。

由上可見，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主要有機殼及其端蓋、風機軸、葉片，變矩裝置有離心搖架及其滾輪、滑套和回位彈簧、偏心搖臂和扭彈簧等。能根據(jù)風力大小自動轉(zhuǎn)動風機軸，調(diào)整葉片的有效迎風面，改變?nèi)~片的輸出轉(zhuǎn)矩，穩(wěn)定風機的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造和維修成本相對較低。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖說明：圖 1 是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 2 是圖 1 中只限風機軸 2、滑套 7、偏心搖臂 13、葉片軸 16 部分的俯視圖。圖 3 是應用本發(fā)明的風機及發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式：實施例 1 如圖 1 至圖 3 所示。臥式的圓筒形機殼 6 兩端分別連接左端蓋 10 和右端蓋 1，各由一組端蓋連接螺釘 5 連接成一體。左、右端蓋 10、1 中央均有向外凸起的有中心通孔的圓柱形平臺，兩個端蓋中心通孔同軸線。左端連接有靠背輪 11 的風機軸 2 穿套在左、右端蓋 10、1 中的中心通孔中可以自由轉(zhuǎn)動，如圖 1 所示，兩個端蓋的中心通孔處均有平鍵 3 將風機軸 2 與左、右端蓋 10、1 相互連接，但也可以只有一個端蓋有平鍵 3 連接。機殼 6 偏右部位均勻分布一組向外凸起的有中心通孔的圓柱形凸臺 6c，各個圓柱形凸臺 6c 的中心線位于與風機軸 2 垂直的同一個平面上，圓柱形凸臺 6c 數(shù)目馬風機葉片 18 的數(shù)目相同，實施例 1 為 4 葉，但也可以是 3 葉或更多葉。每個圓柱形凸臺 6e 上均覆蓋并由一組平面軸承座連接螺釘 6b 連接一個圓盤狀平面軸承座 6a，平面軸承座 6a 面向機殼 6 內(nèi)腔的一面有一個圓柱形凸起插在機殼 6 圓柱形凸臺 6c 的中心通孔內(nèi)，該圓柱形凸起的外徑明顯小于平面軸承座 6a 圓盤部分的直徑，平面軸承座 6a 內(nèi)有一個階梯形的中心通孔，即圓柱形凸起部分與機殼 6 內(nèi)腔連通的開口直徑大，而圓盤部分與外部連通的通孔直徑小，所以每個平面軸承座 6a 內(nèi)都有一個凹坑和環(huán)形平臺，每個凹坑的環(huán)形平臺上均放置一個有中心通孔的平面軸承 14，且平面軸承 14 的高度略大于凹坑的深度，而平面軸承座 6a 圓盤部分直徑較小的通孔中靜配合置有一個中空的軸套 15。中底部位有個圓環(huán)形凸肩 16a 的葉片軸 16 自機殼 6 內(nèi)腔穿過各自的平面軸承 14 的中心通孔及軸套 15 外露于各自的平面軸承座 6a 外面，葉片軸 16 與軸套 15 為動配合。圓環(huán)形凸肩 16a 面向平面軸承 14 的那個端面與平面軸承 14 的端面接觸，其直徑則與平面軸承 14 的直徑相同。葉片軸 16 底端套一個長條形的軸孔偏向一端的偏心搖臂 13，其兩端均為圓弧，并由搖臂銷釘 20 將偏心搖臂 13 與葉片軸 16 迮接成一體。在左端蓋 10 內(nèi)壁適當直徑的圓周上，也就是略大于左端蓋 10 二分之一直徑部位的圓周上，以風機軸 2 軸線為中心對稱地均勻固定至少一對離心搖架座 9，一般也是用連接螺釘連接在左端蓋 10 的內(nèi)壁上。每個離心搖架座 9 均鉸接一個曲尺形的離心搖架 8，離心搖架 8 重量較輕的這一臂的頂端又鉸接一個滾輪 12。實施例 1 如圖 1 所示，離心搖架座 9 為一對，但也可以是 2 對、3 對甚至更多對。一個啞鈴狀的空心滑套 7 空套在風機軸 2 上，其右端圓盤直徑較大的為大頭，而左端圓盤直徑較小的為小頭。在滑套 7 大頭右端面與右端蓋 1 內(nèi)壁之間的風機軸 2 上套有回位彈簧 4，在葉片 18 靜止狀態(tài)下，回位彈簧 4 的彈力使滑套 7 小頭左端面與滾輪 12 接觸，并使離心搖架 8 重量較輕的這一臂處在與風機軸 2 垂直的位置，而重量較重的這一臂處在與風機軸 2 平行的位置。外露于平面軸承座 6a 外的葉片軸 16 頂部由葉片銷釘 17 將各個葉片 18 與各自的葉片軸 16 連接成一體，每個葉片 18 上至少有 2 個葉片銷釘 17，且葉片 18 與偏心搖臂 13 相互有位置關(guān)系，如圖 2 所示，葉片 18 的迎風面 B 與其同軸的偏心搖臂 13 中心平面 P 垂直。搖臂 13 在厚度上也有個中心平面，但中心平面 P 是與葉片軸 16 軸線重合的那個中心平面；所謂葉片 18 的迎風面 B，就是葉片 18 曲面的最大投影面，也就是葉片 18 中兩條邊線所在的平面。在每個葉片 18 底端與平面軸承座 6a 頂面之間的葉片軸 16 上套有扭彈簧 19，各個扭彈簧 19 一端連接在各自葉片 18 底部的小通孔中，而另一端則插在各自的平面軸承座 6a 頂面的小孔中。在葉片 18 靜止狀態(tài)下，扭彈簧 19 的彈力使偏心搖臂 13 離葉片軸 16 較遠的一端與滑套 7 大頭右端面接觸，偏心搖臂 13 中心平面 P 與風機軸 2 軸線之間的夾角 α 為 45°。

實施例 2 與實施例 1 的區(qū)別是，在葉片 18 靜止狀態(tài)下，偏心搖臂中心平面 P 與風機軸 2 軸線之間的夾角 α 為 20°，其他均與實施例 1 相同，不再重復。實施例 2 的初始 α 比較小，偏心搖臂 13 和葉片 18 可轉(zhuǎn)動范圍大，適用于風力大小變動范圍較大的場所。

實施例 3 與實施例 1 的區(qū)別是，在葉片 18 靜止狀態(tài)下，偏心搖臂 13 中心平面 P 與風機軸 2 軸線之間的夾角 α 為 70°，其他均與實施例 1 相同，不再重復。實施例 3 的初始 α 比較大，偏心搖臂 13 與葉片 18 可轉(zhuǎn)動范圍小，適用于風力大小變化范圍較小的場所。 本發(fā)明是這樣工作的：應用本發(fā)明的風電機組如圖 3 所示，與發(fā)電機 30 機殼連成一體的立軸 32 安裝在塔架 ( 末畫 ) 中可以轉(zhuǎn)動，在風力作用下，連接在發(fā)電機 30 機殼左端的燕尾舵 31 使風機的機頭對準風向，葉片 18 旋轉(zhuǎn)，機殼 6、左右端蓋 10、1 同步旋轉(zhuǎn)，通過平鍵 3 帶動風機軸 2 同步轉(zhuǎn)動，經(jīng)靠背輪 11 帶動發(fā)電機 30 工作。

當風力驅(qū)動葉片 18 旋轉(zhuǎn)時：

機殼 6 和離心搖架 8 同步轉(zhuǎn)動，在離心力作用下，離心搖架 8 克服回位彈簧 4 與扭彈簧 19 的阻力推動滑套 7 向右移，當離心搖架 8 的離心力與回位彈簧 4 及扭彈簧 19 的彈力平衡時，滑套 7 不再移動，葉片 18 在該平衡轉(zhuǎn)速下工作。改變回位彈簧 4 的剛度，就能調(diào)整葉片 18 的平衡轉(zhuǎn)速。當風力增大時，葉片 18 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速升高，離心搖架 8 的離心力增加，滑套 7 再向右移，如圖 2 所示，偏心搖臂 13 與葉片 18 逆時針轉(zhuǎn)動，葉片 18 有效迎風面減小，葉片 18 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速下降，直至離心搖架 8 的離心力與回位彈簧 4 及扭彈簧 19 的彈力重新平衡，偏心搖臂 13 與葉片 18 不再轉(zhuǎn)動，葉片 18 又恢復到原來的平衡轉(zhuǎn)速。當風力減小時，葉片 18 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，葉片 18 轉(zhuǎn)速下降，離心搖架 8 的離心力減小，滑套 7 左移，偏心搖臂 13 和葉片 18 順時針轉(zhuǎn)動，葉片 18 的有效迎風面增加，葉片 18 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增大 . 葉片 18 轉(zhuǎn)速增加，離心搖架 8 的離心力增加，直至離心搖架 8 的離心力與回位彈簧 4 及扭彈簧 19 的彈力重新平衡，偏心搖臂 13 與葉片 18 不再轉(zhuǎn)動，葉片 18 恢復到原來的平衡轉(zhuǎn)速。

由此可見，無論風力大小如何變化，本發(fā)明均能自動轉(zhuǎn)動葉片軸 16，調(diào)整葉片 18 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，穩(wěn)定葉片 18 的轉(zhuǎn)速，從而保證風電機組穩(wěn)定工作。