專利名稱：垂直軸風力機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力發動機，特別涉及一種垂直軸風力發動機。
背景技術：
風力發動機(簡稱為風力機)依據其風輪結構及其在氣流中的位置大體上可分為 兩大類，即水平軸風力機和垂直軸風力機。水平軸風力機主要由塔架、轉動部件、機頭以及風輪等組成，風輪由多個葉片組 成，風輪安裝在機頭上，機頭通過轉動部件與塔架相轉動連接，組成風輪的葉片一般為窄而 長的渦輪形葉片，當自然風吹向形葉時，葉片得到一個與氣流方向垂直的動力，此動力推動 風輪旋轉，稱為有效動力，葉片同時也受到一部分與氣流方向平行的力，這種力為阻力，由 塔架承受，這種力稱為有害動力。阻力是風輪的正面壓力，為了降低阻力的破壞度，設計者 通常需要將葉片做的盡量窄，以免在遭遇狂風時塔柱和葉片被吹壞，但這樣會影響風力機 的效率。水平軸風力機的風輪通常要造得盡量高大、堅固，以得到更強的有效動力，同時彌 補效率和抗風性的不足，但這使得風力機的造價過高。垂直軸風力機目前也逐漸被廣泛利用，主要由塔架、轉動部件及風輪等組成，其 風輪的旋轉軸垂直于地面或氣流方向，按照風向和風輪旋轉軸來區分葉片，位于旋轉軸左 側的葉片順著自然風運轉，即利用空氣流過葉片產生的阻力驅動而轉動，位于旋轉軸右側 的葉片則會逆著自然風運轉，葉片固定在一連接于轉動部件的支架上，葉片可以設計為曲 面形，左側葉片的凹面部分接收的風力阻值大于右側葉片的凸面部分接收的風力阻值，理 論上，有效動力=左側葉片阻力-右側葉片阻力，有害動力=左側葉片阻力+右側葉片阻 力-有效動力，由這些公式可以看出，垂直軸風力機對風力的利用效率較低，而抗風能力也 較差。本領域有些技術人員也因意欲克服上述的缺點而作出了一些發明，例如有一種垂 直軸風力發動機，其主體框架是由主轉軸、自主轉軸向外輻射延伸形成的若干個葉片組支 架構成的，葉片組由多個固定平行的葉片組成，葉片與主轉軸相平行地設置。葉片組支架 上有一轉軸，該轉軸上方的齒輪與主轉軸上的齒輪通過傳動鏈條來聯系，且主轉軸上的齒 輪齒數小于葉片組上方的齒輪齒數，通過齒輪傳動使葉片組轉動，從而回避逆風，以提高動 力，但同時也消耗了部分有效動力，因此該裝置實際上并未達到高效利用風能的目的。另 外，要在逆風側使葉片組平行于自然風向，必須在特定風向下才能實現，假如改變風向，就 需要涉及到的所有輔助部件來發揮作用，輔助部件包括控制馬達、閉環控制器、風標、編碼 器、風速計、流速計、齒輪傳動機構等。這種風力機造價很高，且結構復雜，故障率很高，相應 地增加了日常使用成本。
實用新型內容為克服上述缺點，本實用新型目的是提供一種垂直軸風力機，其可以在低成本的 前提下提高風能利用效率和抗風性能。
3[0007]本實用新型的技術方案是一種垂直軸風力機，它包括可轉動地安裝于一支撐部 件的轉動部件、多個葉片組，轉動部件具有一轉動軸線，且該轉動部件具有多個自其轉動軸 線向外呈放射狀延伸的支架，各葉片組連接于支架。支架成對地設置且每對支架分別處于 轉動軸線的相對兩側，多個葉片組位于各支架的同一側，每個葉片組包括至少一個葉片，葉 片具有正面、背面、根部和自由端，葉片的根部與支架相轉動連接，葉片的自由端或者位于 自由端與根部之間的一部分轉動連接至一可復位的牽引裝置，相對兩個支架上的葉片與同 一牽引裝置相連接且兩個支架上的葉片分別通過該牽引裝置給彼此施加牽拉力，在每對支 架上的葉片組和牽引裝置平衡的狀態下葉片相對于轉動軸線傾斜且葉片的自由端所處的 位置都處于根部所處位置的下側。各支架上具有橫桿，橫桿處于葉片的背面一側并在葉片 正面受到沖力時對葉片自由端的背面提供阻擋力。以任一角度為觀測方向，按轉動部件的 轉動軸線將分處于一對支架上的葉片組分為左側葉片組和右側葉片組，當自然風吹向左側 葉片組的葉片正面時，受葉片背面的橫桿阻擋，葉片全部關閉，即葉片的正面幾乎完全受風 壓，而右側葉片組的葉片背面受到風力沖擊正面無阻擋，同時，左側葉片組通過牽引裝置給 右側葉片組施加拉力，故右側葉片組中的葉片即使在風力很弱的情況下也會達到幾乎水平 的位置，使得右側葉片組上受到的阻力幾乎為零，這可使轉動部件產生較大的扭矩，達到接 近完全接收風力的目的，有效動力得到提高，有害動力則大大降低。而當遭遇狂風天氣時， 可以通過牽引裝置牽拉葉片，使得所有葉片都打開，以避免整個裝置遭破壞。進一步地，牽引裝置包括分別與各個支架上的一組葉片相轉動連接的伸拉桿、連 接于對應于每對支架的伸拉桿之間的拉繩，拉繩被一托盤所支撐。當左側葉片組在風力作 用下關閉時，葉片會帶著與其相連接的伸拉桿移動，因而通過拉繩牽拉對側的葉片組上連 接的伸拉桿移動，從而對右側的葉片朝水平方向變化起到助推作用。托盤可以通過一頂升裝置控制而升降移動，頂升裝置可以包括用于頂升或下拉托 盤的頂拉桿、控制頂拉桿移動的絲杠和螺母組合、驅動絲杠轉動的電機。電機驅動絲杠轉 動，使得螺母帶著頂拉桿移動，從而實現自動控制托盤移動，拉繩因此隨之移動，在狂風天 氣里，可通過這種方式使得葉片在拉繩的牽拉下到達水平位置，以避免設備遭破壞，而在正 常使用時，如果因拉繩過長而導致左、右側的葉片無法分別達到閉合、水平打開的理想狀 態，也可以通過控制托盤移動的方式來進一步張緊。更進一步地，頂拉桿上可以連接一點動裝置，在該點動裝置的上側和下側分別都 有一控制電機的行程開關，在點動裝置觸動行程開關時，電機停止運轉。為了防止頂拉桿移 動過度，通過行程開關來控制其停機。優選地，在托盤的兩側分別有一用于走拉繩的第一滑輪，第一滑輪安裝在支架上。 拉繩經過第一滑輪移動，可在低摩擦的前提下被導向。優選地，各支架上在葉片組的上方安裝有用于走拉繩的第二滑輪。第二滑輪對拉 繩起到軌道作用，且與拉繩之間的摩擦較低。進一步地，各葉片分別具有一葉片轉軸線，葉片相對支架可繞自身的葉片轉軸線 轉動，葉片轉軸線垂直于轉動部件的轉動軸線。當自然風吹到葉片的背面時，葉片繞葉片轉 軸線轉動可達到氣流方向位置，以減少無效動力和有害動力的產生。更進一步地，每個葉片組可以包括多個葉片，每個葉片組的多個葉片的葉片轉軸 線相互平行。這樣的話，同一葉片組上的葉片在背面受風時可被同步抬起。
4[0015]優選地，葉片可以為平板形狀，當然，也可采用弧形的葉片，而當葉片被抬起時，平 板形的葉片能達到平行于風向的狀態。優選地，葉片具有分列于橫向兩端的外側端和內側端，葉片與牽引裝置相連接的 部位處于葉片的外側端的中部。此處的中部包含外側端的中心位置及周圍區域，并不是特 定指葉片外側端的中點。牽引裝置連接至葉片外側端的中部有利于順風側和逆風側的葉片 以及牽引裝置保持平衡和聯動，且結構也比較容易成形。與現有技術相比，本實用新型的優點是由于打開的葉片受到的風壓幾乎為零，故 閉合葉片所受的風力可被近乎完全地轉化為有效動能，該風力機對風力的有效利用率得到 提高。而由于處于相對兩側的葉片組會通過牽引裝置相互作用，故如果在弱風條件下，順風 側的葉片在風力和重力作用下被關閉時，逆風側的葉片也會被風力和牽引力的雙重作用下 被抬起而達到水平位置，從而在弱風情況下也能充分高效地利用風力。
附圖1為根據本實用新型實施的一種風力機的應用圖；附圖2為圖1所示風力機的風輪部分的俯視圖；附圖3為圖2所示結構轉過一個角度后的俯視圖；附圖4為按照本實用新型實施的一種風力機的應用示意圖；附圖5為按照本實用新型實施的一種風力機的應用立體圖。其中10、風力機；11、轉動部件；111、葉片支撐框體；112、葉片架轉軸；113、葉片 架12、塔架；13、葉片組；130、葉片21、拉繩22、伸拉桿；23、轉動連接點；24、彈簧；30、托盤； 31、頂拉桿；311、點動裝置；32、；行程開關；33、絲杠螺母組合；34、電機；41、第一滑輪；42、 第二滑輪；。
具體實施方式
參見圖1所示的實施例，與現有的垂直軸風力機相似，圖中所示的結構主要由塔 架12、轉動部件11、葉片組13構成，而本實用新型的葉片組13的構成和安裝方式與現有技 術存在很大的區別。轉動部件11通過葉片架轉軸112回轉支承于塔架12，將塔架12安裝 在地面上的話，葉片架轉軸112的軸心線即相對地面垂直。本文中所謂的垂直軸是針對流 體的流動方向來說的，如果將風力機按照圖1所示的那樣實施安裝的話，葉片架轉軸112的 軸心線即垂直于地面或氣流方向。見圖1-3所示的實施例，轉動部件11具有多個自葉片架轉軸112的軸心線呈放射 狀地向外延伸的葉片架113，葉片組13即連接于葉片架113上，并且，所有的葉片組13分別 處于對應葉片架113的同一側，如按順時針方向看的話，每組葉片組13都處于葉片架113 的后側，就像圖2-3所示的那樣。每個葉片組13應包括至少一個葉片，而在圖1所示的實施例中，每個葉片組13有 多個葉片130，這些葉片130按縱向排列，但也可按照其他方式排列，而葉片130自身最好 是橫向設置的。葉片130具有正面、背面、根部和自由端，這幾個部分都是根據描述需要而 定義的，正面即指順風側的葉片130的對著風向的面，也就是對應于圖1中處于葉片架轉軸 112左側的葉片130的呈現在紙面上的面；背面即指的與正面相反側的面；根部是指與葉片架113相連接的部分；自由端則指的與根部相對的側端。葉片架113成對地設置且每對葉片架113分別處于葉片架轉軸112的相對兩側， 在圖1-5所示的實施例中，葉片架113有兩對，但這只是為了圖示方便，實際數量不限于此。 葉片130的根部與葉片架113相轉動連接，在無風狀態下，葉片130的自由端會在重力作用 下自然下垂而處于根部之下。在兩相對葉片架113上的葉片130之間連接可復位的牽引裝 置，兩側的葉片130分別通過該牽引裝置給彼此施加牽拉力，該牽引裝置應使得葉片130相 對于葉片架轉軸112的軸心線傾斜，且應保證在平衡狀態下葉片130的自由端所處的位置 都處于根部所處位置的下側。在1和圖4所示的實施例中，葉片130外側端的大致中部連 接至牽引裝置，當然也可以是其他位置，如自由端或葉片內外兩側端等等，但連接于葉片外 側端更有利于兩側的葉片保持平衡。每個葉片130可以分別具有獨立的葉片轉軸線，較為理想的方式是每個葉片130 的葉片轉軸線都垂直于葉片架轉軸112的軸心線，就像各圖所反映的實施例一樣；更為理 想的方式是每個葉片組13中的所有葉片130的葉片轉軸線相互平行。葉片架113上設有葉片支撐框體111，葉片支撐框體111可以與葉片架113—體構 造，即葉片架113可以為框架式結構。葉片支撐框體111處于葉片130的背面一側，當葉 片130的正面受到流體沖擊時，葉片支撐框體111即對葉片130的背面提供阻擋力。以氣 流為例，見圖2-4所示，各圖中的一排箭頭W即代表自然風，當風朝葉片130的正面吹時，葉 片130的背面會迅速倚靠在葉片支撐框體111上，這會使葉片130的正面接受風力全壓，與 此相反，當葉片130的背面受壓時，葉片130就會被氣流抬起而打開，理論上與氣流方向相 平行的部分即感受零壓。圖1所示即為一種理想位置，自然風朝向紙面，葉片架轉軸112左 側(即順風側)的葉片130正面受風壓，左側的葉片組13上產生風力全壓，而葉片架轉軸 112右側(即逆風側)的葉片則被風抬起，右側的葉片組上產生的風壓幾乎為零，這使得轉 動部件11上產生更大的扭矩，可達到近乎完全接收風力的目的，使有效動力增加；而由于 葉片架轉軸112右側的葉片被抬起，使得整體負載減輕，故左側的葉片130因風壓而關閉在 葉片支撐框體111上后會快速旋轉，可以避開超重壓風的破壞性襲擊，而右側的葉片接收 的風壓幾乎為零，故也可避開風的襲擊，因此，即使遭遇狂風，由于左、右側葉片都可躲避襲 擊，也能保持良好的抗風性。上述的葉片支撐框體111由于起支撐作用的主要為其橫桿部分，故也可以為桿式 構造，不一定要為框式封閉結構。而在上述的順風側葉片封閉逆風側葉片被抬起的過程中，左側的葉片130會通過 牽引裝置帶動右側葉片，從而對右側葉片的抬起提供輔助作用。當風量非常弱時，僅靠風力 可能無法抬起右側的葉片130，此時這種輔助作用就顯得尤為重要。牽引裝置可以參照圖4所示的實施例，包括分別與相對兩側的一組葉片相轉動連 接的伸拉桿22、用于使伸拉桿22復位的彈簧24、連接于兩相對的伸拉桿22之間的拉繩21， 伸拉桿22在葉片130的轉動連接點23與葉片相連，拉繩23被一托盤30所支撐，通過托盤 30的移動可使拉繩23根據需要調整張緊度。托盤30與拉繩21之間可以無連接點，也可以 作轉動連接，而拉繩21應能在轉動連接點上來回移動。在圖4所示的實施例中，托盤30被一頂升裝置控制而可升降移動，頂升裝置包括 用于頂升或下拉托盤30的頂拉桿31、控制頂拉桿31移動的絲杠和螺母組合33、驅動絲杠轉動的電機34。電機34可以安裝在轉動部件11上，而圖4中所示的安裝在葉片架轉軸112 處是一種優選的方式。頂拉桿31上連接有一點動裝置311，在該點動裝置311的上側和下側分別都有一 控制電機34的行程開關32，在點動裝置311觸動行程開關32時，電機34停止運轉。為了 防止頂拉桿31移動過度，通過行程開關來控制其停機，此技巧為常用技術，在此不進一步 描述。在托盤30的兩側分別有一用于走拉繩21的第一滑輪41，第一滑輪41可以安裝在 葉片架113上。而葉片架113上在葉片組13的上方安裝有用于走拉繩21的第二滑輪42。 滑輪的設置，既能提供導向、支撐作用，又能減小摩擦。葉片130可以如圖4-5所示的那樣為薄片狀，葉片130的下側端可以隨重力自然 下垂，而在正面受風壓時，葉片130可以迅速在葉片支撐框體111上關閉，在背面被氣流沖 擊時，葉片130可以迅速被抬起而感受近乎零壓。葉片130可以為平板形構造，當然也可以 為弧形構造，而平板形的葉片130能更好地平行于氣流方向。葉片130可以由剛性材料制成，也可以由柔性材料制成，而剛性材料的抗拉抗風 性更好，更容易與伸拉桿22作連接。以上實施方式只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技 術的人了解本實用新型的內容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，凡根 據本實用新型精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
權利要求一種垂直軸風力機，它包括可轉動地安裝于一支撐部件的轉動部件，該轉動部件具有一轉動軸線，且該轉動部件具有多個自其轉動軸線向外呈放射狀延伸的支架；多個葉片組，各葉片組連接于所述支架；其特征在于所述支架成對地設置且每對支架分別處于轉動軸線的相對兩側，多個葉片組位于各支架的同一側，每個葉片組包括至少一個葉片，葉片具有正面、背面、根部和自由端，葉片的根部與支架相轉動連接，葉片的自由端或者位于自由端與根部之間的一部分轉動連接至一可復位的牽引裝置，相對兩個支架上的葉片與同一牽引裝置相連接且兩個支架上的葉片分別通過該牽引裝置給彼此施加牽拉力，在每對支架上的葉片組和牽引裝置平衡的狀態下葉片相對于轉動軸線傾斜且葉片的自由端所處的位置都處于根部所處位置的下側，各支架上具有橫桿，所述橫桿處于葉片的背面一側并在葉片正面受到沖力時對葉片自由端的背面提供阻擋力。
2.根據權利要求1所述的風力機，其中，所述牽引裝置包括分別與各個支架上的一組 葉片相轉動連接的伸拉桿、用于使伸拉桿復位的彈簧、連接于對應于每對支架的伸拉桿之 間的拉繩，所述拉繩被一托盤所支撐。
3.根據權利要求2所述的風力機，其中，所述托盤被一頂升裝置控制而可升降移動，所 述頂升裝置包括用于頂升或下拉托盤的頂拉桿、控制頂拉桿移動的絲杠和螺母組合、驅動 絲杠轉動的電機。
4.根據權利要求3所述的風力機，其中，所述頂拉桿上連接有一點動裝置，在該點動裝 置的上側和下側分別都有一控制電機的行程開關，在點動裝置觸動行程開關時，電機停止 運轉。
5.根據權利要求2-4之一所述的風力機，其中，在托盤的兩側分別有一用于走拉繩的 第一滑輪，所述第一滑輪安裝在支架上。
6.根據權利要求2-4之一所述的風力機，其中，各支架上在葉片組的上方安裝有用于 走拉繩的第二滑輪。
7.根據權利要求1-4之一所述的風力機，其中，各葉片分別具有一葉片轉軸線，葉片相 對支架可繞自身的葉片轉軸線轉動，所述葉片轉軸線垂直于轉動部件的轉動軸線。
8.根據權利要求7所述的風力機，其中，每個葉片組包括多個葉片，每個葉片組的多個 葉片的葉片轉軸線相互平行。
9.根據權利要求1-4之一所述的風力機，其中，葉片為平板形狀。
10.根據權利要求1-4之一所述的風力機，其中，葉片具有分列于橫向兩端的外側端和 內側端，葉片與牽引裝置相連接的部位處于葉片的外側端的中部。
專利摘要一種垂直軸風力機，它包括轉動部件、多個葉片組，轉動部件具有一轉動軸線及自其轉動軸線向外呈放射狀延伸的多個支架，支架成對地設置且每對支架分別處于轉動軸線的相對兩側，各葉片組安裝在相應的支架上，且多個葉片組位于各支架的同一側。葉片的根部與支架相轉動連接，相對兩個支架上的葉片之間連接牽引裝置并分別通過該牽引裝置給彼此施加牽拉力。葉片正面受到氣流沖擊時在兩側受壓的情況下展開而封閉在葉片架上，使葉片幾乎完全接受風力，當葉片背面受到氣流沖擊時，由于沒有任何阻擋，葉片會在風力作用下被抬起，故順風側的葉片會封閉，逆風側的葉片會達到與氣流相平行的位置，可使轉動部件產生較大的扭矩，達到接近完全接收風力的目的。
文檔編號F03D11/00GK201763515SQ20102051535
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者于傳龍 申請人:張家港市耐特電機制造有限公司