專利名稱：百葉窗式垂直軸阻力型風力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電領(lǐng)域中的垂直軸阻力型風力發(fā)電機。
二
背景技術(shù)：
I典型阻力型風力發(fā)電機典型阻力型風力機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩是因為其葉片兩面有不同的阻力系數(shù)，在靜止時其比值在1/2左右，其葉片在迎風與阻力位置的面積是不變的。這使得典型阻力型風力機產(chǎn)生的速度和力矩都很小，效率很低。2 一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置(專利號ZL201220026570.4)“一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”有下面一些缺點:(I) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”上部不可伸縮的直角葉輪外殼，存在較大的阻風面積，影響其效率的提高；(2) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”的活動葉片的轉(zhuǎn)軸在葉片的邊緣，其在水平位置時緊挨著下面的固定葉片，因而在風雪或風沙的天氣中容易在活動葉片和固定葉片之間存入雪或沙子造成風力機不能正常工作或加速風力機的損壞；(3) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”沒有自起動設(shè)置；(4) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”沒有減速或停機控制設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容·I采用動板結(jié)構(gòu)，使百葉窗式垂直軸阻力型風力機的扇葉在對稱位置時的迎風面積和阻力面積產(chǎn)生明顯變化，其比值可達到幾百比一。因此，風力機的轉(zhuǎn)動力矩和最高轉(zhuǎn)速都比典型的阻力型風力機高得多。具體實施是四個百葉窗式的扇葉框架⑷內(nèi)都有間隔安裝、成一豎列的多個動板(3)和定板(2)組成(見圖1)。定板板面與地面平行，動板有軸可以轉(zhuǎn)動(見圖4)。先動葉片(7)在迎風時產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩經(jīng)斜齒輪箱(5)、先動轉(zhuǎn)臂(9)等傳遞給動板，在動板寬側(cè)迎風揚起與上下的定板或扇葉框架上下內(nèi)側(cè)面同時接觸，形成阻風通過而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)動力矩的效果；在動板窄側(cè)迎風時動板落到與動板托板(13)接觸，同時與定板平行的位置，使空氣最大可能地通過扇葉框架而阻力最小。2采用先動葉片通過斜齒輪箱對動板進行控制的結(jié)構(gòu)大大減小了控制系統(tǒng)的阻風面積，同“一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”相比，顯著降低了控制系統(tǒng)的阻風面積。具體實施方案是先動葉片(7)鉸連在葉片轉(zhuǎn)柄(15)上，葉片轉(zhuǎn)柄裝在斜齒輪箱
(5)頂部伸出的齒輪軸上，葉片有軸可以在葉片轉(zhuǎn)柄上轉(zhuǎn)動。當?shù)竭_迎風位置時，原本接近水平、傾斜放置的先動葉片，被風吹動在葉片轉(zhuǎn)柄上轉(zhuǎn)動而立起，產(chǎn)生大的阻風面積(見圖5),葉片轉(zhuǎn)柄被轉(zhuǎn)動,通過斜齒輪箱、先動轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)柄協(xié)動板、動板轉(zhuǎn)柄使動板揚起(見圖1)。而轉(zhuǎn)到風吹不到的角度時，先動葉片落下，阻風面積又變成很小。3動板的轉(zhuǎn)軸位置作出了改變，同“一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”相比既在動板轉(zhuǎn)動半徑不變的情況下增大了面積，提高了效率，又沒有吹風死角而具有了抗風雪和抗風沙的功能。具體實施方案是動板的轉(zhuǎn)軸不在最邊緣(見圖4)，而在中心線稍偏開一些的位置。這使得當動板與定板平行時，二者之間存在較大間隙，在最大阻風位置時，風會從動板和定板之間的間隙通過，把雪，或沙等全部吹掉。在動板寬側(cè)轉(zhuǎn)動半徑不變的情況下，轉(zhuǎn)動面積(增加了窄側(cè)的面積)又有較大增加，因而提高了效率。4采用頂部動板通過自起動桿控制動板的結(jié)構(gòu),使風力機具有自啟動功能。具體實施是當本發(fā)明的風力機在靜止狀態(tài)遇到一定強度的風時，處于較大迎風面積的頂部動板(見圖1)被風吹起，并通過自起動桿帶動動板揚起而實現(xiàn)自起動。5設(shè)置了動板控制器，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)動板的上揚幅度，以控制發(fā)電功率和停機。具體實施(見圖3)是在頂部動板下安裝動板幅度控制器，動板幅度控制器由微型電機驅(qū)動，而微型電機可由電腦或外接搖控裝置控制其動作，限制頂部動板和動板最大揚起上限。當動板幅度控制器的頂桿在最低位置時，動板的動作幅度最大，而動板幅度控制器的頂桿在最高位置時，動板被限制在水平位置，則風力機迎風面積與阻風面積相同，轉(zhuǎn)動力矩幾乎消失，可以輕松實現(xiàn)停機。當動幅度控制器的頂桿在最高與最低之間的某個位置時，動板和頂部動板則打開相應(yīng)的角度，實現(xiàn)減小轉(zhuǎn)動速度的目的。四


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖主視圖；圖2為俯視圖紙； 圖3為圖1中的A-A剖視圖；圖4為動板結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為先動葉片未立起示意圖；圖6為圖5的B向視7為先動葉片立起示意圖；圖8為圖7的C向視圖。圖中:自起動桿⑴定板⑵動板(3)扇葉框架⑷先動連桿(5)斜齒輪箱(6)先動葉片(7)頂部動板(8)先動轉(zhuǎn)柄(9)底部動板(10)先動轉(zhuǎn)臂(11)動板控制器(12)動板托板(13)轉(zhuǎn)柄協(xié)動板(14)葉片轉(zhuǎn)柄(15)葉片上限位板(16)葉片下限位板(17)風力機垂直軸(18)。
五
具體實施例方式參見圖1、圖2和圖3,靜止的風力機遇到一定強度的風時,總有一個扇葉框架(4)處于迎風面積最大的位置,其頂部動板(8)和底部動板(10)被吹動，而頂部動板(8)通過自起動桿(I)帶動動板(3)上揚，動板(3)與上下定板(2)接觸形成最大阻風面積，該扇葉框架(4)接受到風的推力，風力機實現(xiàn)自起動。參見圖5、圖6、圖7和圖8，轉(zhuǎn)動過程中的某一扇葉框架(4)轉(zhuǎn)動到特定位置時，安裝在框架外側(cè)的先動葉片(7)先被風吹立起，產(chǎn)生較大的阻風面積，因而被吹轉(zhuǎn)動一定角度，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩通過斜齒輪箱(6)變成垂直面轉(zhuǎn)動力矩，使先動轉(zhuǎn)臂(11)向上轉(zhuǎn)動撥動先動連桿(5)向上動作，而先動連桿(5)又帶動先動轉(zhuǎn)柄(9)驅(qū)動動板(3)向上揚起接受到風的推力，使風力機進一步轉(zhuǎn)動。該框架繼續(xù)轉(zhuǎn)動，先動葉片(7)先失去風的吹力而回到原位。但動板(3)在一定角度內(nèi)仍然能接受到風的推力，保持最大迎風面積。當該扇葉框架(4)還未徹底轉(zhuǎn)出做功角度時，跟在后面的框架已轉(zhuǎn)到做功角度，重復(fù)其前面框架的動作繼續(xù)做功使風力機連續(xù)轉(zhuǎn)動?？蚣?4)在轉(zhuǎn)出做功角度時，動板(3)在重力和風的合力作用下落到水平限位板
(12)上因而使阻風面積最小。參見圖1和圖4，動板(3)的轉(zhuǎn)軸既不在最邊緣也不在中心線位置，使得動板在水平位置時與下面的定板(2)也有較大空間而不存在存物死角。當框架在非做功區(qū)域轉(zhuǎn)動到最大阻力風速時,動板(3)和定板⑵與風的相對速度為“風速+轉(zhuǎn)速”,達到最大值,于是最大程度將動板(3)和定板(2)上面的雪和沙子吹干凈，達到自清理效果。參見圖3，當風力過大時，可以控制動板幅度控制器(12)向上動作，使頂部動板
(8)下落，并通過自起動桿控制動板向上揚起最大的幅度。從而實現(xiàn)功率控制和停機。六本發(fā)明的缺點與優(yōu)勢I本發(fā)明的風力機的轉(zhuǎn)速可以達到典型阻力型風力機的數(shù)倍，但還屬于低速風力機，其最大轉(zhuǎn)速仍低于風速。而工作轉(zhuǎn)速就更低。但典型的阻力型風力機有良好的自起動功能，說明其低速時有強大的轉(zhuǎn)矩。阻力型風力機轉(zhuǎn)動力矩與迎風面積成正比，轉(zhuǎn)動阻力與阻風面積成正比。動板結(jié)構(gòu)使迎風面積與阻風面積可達幾百比一，這使得本發(fā)明的百葉窗式垂直軸阻力型風力機的轉(zhuǎn)矩又比典型的阻力型風力機大得多。而本發(fā)明的垂直軸風力機的特點使增速和發(fā)電設(shè)備都可以安裝在固定裝置，這樣通過可靠的增速可將強大的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成高效的發(fā)電。2本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)由板材制造決定本發(fā)明的制造成本比較低，增大面積就能提高功率,這使風力發(fā)電進入大功率低成本時代。3本發(fā)明具有高效的自起動性能使得可以利用更低的風速工作。4本發(fā)明簡單而可靠的控制系統(tǒng)使得阻力型風力發(fā)電安全而實用。扇葉框架外側(cè)面安裝著斜齒輪箱，斜齒輪箱內(nèi)有兩個斜齒輪，一個齒輪軸垂直地面，一個齒輪軸平行地面。斜齒輪箱的頂面伸出的齒輪軸上裝著可以水平轉(zhuǎn)動的葉片轉(zhuǎn)柄和先動葉片(見圖5)。斜齒輪箱外側(cè)面伸出的齒輪軸上裝著先動轉(zhuǎn)臂。在框架外側(cè)面動板伸出的轉(zhuǎn)軸上安裝著動板轉(zhuǎn)柄，而動板轉(zhuǎn)柄之間由轉(zhuǎn)柄協(xié)動桿鉸連在一起，使之能同步轉(zhuǎn)動(見圖1)。扇葉到達特定位置時，先動葉片被風吹立起產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩，通過斜齒輪箱撥動動板揚起與定板形成最大阻風面積，扇葉框架接受到風的推力而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。當動板處于不能接受風的推力位置時，會落到水平位置形成最大通風面積。使風在推動框架轉(zhuǎn)動時，形成最大的推力；而在其他風不做功的區(qū)域內(nèi)框架的轉(zhuǎn)動阻力最小。
權(quán)利要求
1.百葉窗式垂直軸阻力型風力機，包括自起動桿(I)定板(2)動板(3)框架(4)先動連桿(5)斜齒輪箱(6)先動葉片(7)頂部動板(8)先動轉(zhuǎn)柄(9)底部動板(10)先動轉(zhuǎn)臂(11)動板幅度控制器(12)動板托板(13)轉(zhuǎn)柄協(xié)動板(14)葉片轉(zhuǎn)柄(15)葉片上限位板(16)葉片下限位板(17)，其特征是在扇葉框架(4)內(nèi)成一豎列間隔安裝了多個定板(2)和動板(3)，定板(2)板面水平安裝，動板(3)有轉(zhuǎn)軸可以轉(zhuǎn)動，動板(3)兩側(cè)邊可以與上下定板⑵同時接觸，又可轉(zhuǎn)到動板托板(13)上與定板(2)平行。
2.如權(quán)利要求1所述的百葉窗式阻力型風力機，其特征是動板(3)轉(zhuǎn)軸不在最邊緣又偏離中心線(3)，在動板(3)與定板(2)平行時存在距離。
3.如權(quán)利要求1所述的百葉窗式阻力型風力機，其特征是先動葉片(7)帶動葉片轉(zhuǎn)柄(15)在水平方向的轉(zhuǎn)矩通過斜齒輪箱(6)變成垂直平面的轉(zhuǎn)矩，然后通過先動轉(zhuǎn)臂(11)、轉(zhuǎn)柄協(xié)動板(14)、先動轉(zhuǎn)柄(9)等將動作傳遞給動板(3)，使其揚起。
4.如權(quán)利要求1所述的百葉窗式阻力型風力機，其特征是先動葉片(7)與葉片轉(zhuǎn)柄(15)鉸接，其轉(zhuǎn)軸軸線在離開中心線偏下的位置，先動葉片(7)既可以落在葉片轉(zhuǎn)柄(15)上的葉片上限位板(16)上，又可以在葉片下限位板(17)支承下保持直立。
5.如權(quán)利要求1所述的百葉窗式阻力型風力機，其特征是頂部動板(8)與自起動桿(I)鉸連，自起動桿(I)與動板(3)鉸連,頂部動板(8)揚起時可通過自起動桿(I)帶動動板⑶揚起。
6.如權(quán)利要求1所述的百葉窗式阻力型風力機，其特征是動板幅度控制器(13)安裝在頂部動板(8)伸出的與自起動桿(I)連接的鉸鏈臂下方，動板幅度控制器(13)頂桿不動時，頂部動板(8)和動板(3)的活動`角度最大，動板幅度控制器(13)頂桿伸出到最大行程，則頂部動板(8)和動板(3)的活動角度為最小的零度。
全文摘要
百葉窗式垂直軸阻力型風力機屬于風力發(fā)電領(lǐng)域。原理是在一個垂直軸上對稱安裝了四個百葉窗式扇葉。每個扇葉由多個間隔安裝成一豎列的動板和定板組成。靜止的風力機遇到一定強度的風時，總有一個扇葉處于迎風位置，其頂部動板被吹動，帶動動板實現(xiàn)自起動。轉(zhuǎn)動過程中，扇葉外側(cè)面安裝的先動葉片在適當位置通過斜齒輪箱撥動動板，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。在不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩時，動板下落到與定板平行位置，使轉(zhuǎn)動阻力最小。阻力風機轉(zhuǎn)動力矩與迎風面積成正比，轉(zhuǎn)動阻力與阻風面積成正比。動板結(jié)構(gòu)使迎風面積與阻風面積可達幾百比一，這極大地提高了阻力型風力機的效率。結(jié)構(gòu)決定其制造成本較低，增大面積就能提高功率，這使風力發(fā)電進入大功率低成本時代。
文檔編號F03D7/06GK103233859SQ20131014322
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者魏宏君 申請人:魏宏君