專利名稱：垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一風(fēng)力發(fā)動機(jī)，特別涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)動機(jī)(簡稱為風(fēng)力機(jī))依據(jù)其風(fēng)輪結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置大體上可分為 兩大類，即水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。水平軸風(fēng)力機(jī)主要由塔架、轉(zhuǎn)動部件、機(jī)頭以及風(fēng)輪等組成，風(fēng)輪由多個葉片組 成，風(fēng)輪安裝在機(jī)頭上，機(jī)頭通過轉(zhuǎn)動部件與塔架相轉(zhuǎn)動連接，組成風(fēng)輪的葉片一般為窄而 長的渦輪形葉片，當(dāng)自然風(fēng)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(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，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(fēng)輪的正面壓力，為了降低阻力的破壞度，設(shè)計者 通常需要將葉片做的盡量窄，以免在遭遇狂風(fēng)時塔柱和葉片被吹壞，但這樣會影響風(fēng)力機(jī) 的效率。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪通常要造得盡量高大、堅固，以得到更強(qiáng)的有效動力，同時彌 補(bǔ)效率和抗風(fēng)性的不足，但這使得風(fēng)力機(jī)的造價過高。垂直軸風(fēng)力機(jī)目前也逐漸被廣泛利用，主要由塔架、轉(zhuǎn)動部件及風(fēng)輪等組成，其 風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向，按照風(fēng)向和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸來區(qū)分葉片，位于旋轉(zhuǎn)軸左 側(cè)的葉片順著自然風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)，即利用空氣流過葉片產(chǎn)生的阻力驅(qū)動而轉(zhuǎn)動，位于旋轉(zhuǎn)軸右側(cè) 的葉片則會逆著自然風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片固定在一連接于轉(zhuǎn)動部件的支架上，葉片可以設(shè)計為曲 面形，左側(cè)葉片的凹面部分接收的風(fēng)力阻值大于右側(cè)葉片的凸面部分接收的風(fēng)力阻值，理 論上，有效動力=左側(cè)葉片阻力-右側(cè)葉片阻力，有害動力=左側(cè)葉片阻力+右側(cè)葉片阻 力-有效動力，由這些公式可以看出，垂直軸風(fēng)力機(jī)對風(fēng)力的利用效率較低，而抗風(fēng)能力也 較差。

實用新型內(nèi)容為克服上述缺點(diǎn)，本實用新型目的是提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其可以在低成 本的前提下提高效率和抗風(fēng)性能。本實用新型的技術(shù)方案是一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，它包括可轉(zhuǎn)動地安裝于一支 撐部件的轉(zhuǎn)動部件、多個葉片組，轉(zhuǎn)動部件具有一轉(zhuǎn)動軸線以及自其轉(zhuǎn)動軸線向外呈放射 狀延伸的多個支架，各葉片組安裝在相應(yīng)的支架上，且多個葉片組位于各支架的同一側(cè)。每 個葉片組包括至少一個葉片，各葉片具有正面、背面以及一對相對的側(cè)端，一對相對的側(cè)端 中的一側(cè)端與支架相轉(zhuǎn)動連接、另一側(cè)端為自由端。各支架上具有多個橫桿，這些橫桿處于 葉片的背面一側(cè)并在葉片正面受到?jīng)_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(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸線將葉片組分為左側(cè)葉片組和右側(cè)葉片組，當(dāng)自然風(fēng)吹向 左側(cè)葉片組的葉片正面時，受葉片背面的橫桿阻擋，葉片全部關(guān)閉，即葉片的正面完全受風(fēng) 壓，而右側(cè)葉片組的葉片則被風(fēng)吹起，此時右側(cè)葉片組上收到的阻力幾乎為零，這可使轉(zhuǎn)動 部件產(chǎn)生較大的扭矩，達(dá)到接近完全接收風(fēng)力的目的，有效動力得到提高，有害動力則大大降低。進(jìn)一步地，葉片的上側(cè)端連接于支架，葉片的下側(cè)端為自由端。在靜止?fàn)顟B(tài)下，葉 片的下側(cè)端便可在重力作用下自然下垂。進(jìn)一步地，各葉片分別具有一葉片轉(zhuǎn)軸線，葉片相對支架可繞自身的葉片轉(zhuǎn)軸線 轉(zhuǎn)動，葉片轉(zhuǎn)軸線可以垂直于轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸線。當(dāng)自然風(fēng)吹到葉片的背面時，葉片繞葉 片轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動可達(dá)到氣流方向位置，以減少無效動力和有害動力的產(chǎn)生。更進(jìn)一步地，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(zhuǎn)軸線相 互平行。這樣的話，同一葉片組上的葉片在背面受風(fēng)時可被同步抬起。優(yōu)選地，葉片最好為薄片形狀。當(dāng)葉片的正面受風(fēng)時，薄片式的葉片可因風(fēng)壓而迅 速關(guān)閉，當(dāng)葉片的背面受風(fēng)時則可迅速被抬起。優(yōu)選地，葉片的縱截面可以呈弧形。當(dāng)然，平板形的葉片也可以應(yīng)用于此，而弧板 形的葉片側(cè)面受到的風(fēng)力更強(qiáng)。更具體地，葉片可以正面為凹面，背面為凸面。更具體地，葉片的縱截面可以為一段劣弧。更具體地，葉片的縱截面弧所對應(yīng)的弦長比該葉片的上側(cè)端與橫桿之間的垂直距 離長。這樣，在葉片的正面受風(fēng)時，橫桿可以起到很好的阻擋作用，以避免葉片不能完全封 閉。優(yōu)選地，葉片可以為柔性的，葉片呈剛性也可以，而柔性的葉片通常可以提供更優(yōu) 越的性能，比如在受強(qiáng)風(fēng)時葉片可以發(fā)生一定的形變以避免被破壞。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是由于被氣流抬起的葉片受到的風(fēng)壓幾乎 為零，故閉合葉片所受的風(fēng)力可被近乎完全地轉(zhuǎn)化為有效動能，該風(fēng)力機(jī)對風(fēng)力的有效利 用率得到提高。而由于負(fù)載的減輕，在遭遇破壞性狂風(fēng)時，關(guān)閉的葉片會因風(fēng)壓而快速旋 轉(zhuǎn)，因而可以躲避超重壓風(fēng)的沖擊，而被抬起的葉片受到的風(fēng)壓幾乎為零，從而可以雙面避 免遭遇狂風(fēng)破壞。在風(fēng)速過低時，可以使葉片組和轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動速度降低，葉片便可接收 微弱的風(fēng)力。

附圖1為根據(jù)本實用新型實施的一種風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用圖；附圖2為圖1所示風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪部分的俯視圖；附圖3為圖2所示結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)過一個角度后的俯視圖；附圖4為一組葉片在支架上受風(fēng)壓而關(guān)閉的側(cè)視示意圖；附圖5為一組葉片在支架上受風(fēng)壓而打開的側(cè)視示意圖。其中10、風(fēng)力機(jī)；11、轉(zhuǎn)動部件；111、葉片支撐框體；112、葉片架轉(zhuǎn)軸；113、葉片 架；12、塔架；13、葉片組；130、葉片。
具體實施方式
參見圖1所示的實施例，與現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力機(jī)相似，圖中所示的結(jié)構(gòu)主要由塔 架12、轉(zhuǎn)動部件11、葉片組13構(gòu)成，而本實用新型的葉片組13的構(gòu)成和安裝方式與現(xiàn)有技 術(shù)存在很大的區(qū)別。轉(zhuǎn)動部件11通過葉片架轉(zhuǎn)軸112回轉(zhuǎn)支承于塔架12，將塔架12安裝在地面上的話，葉片架轉(zhuǎn)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(fēng)力機(jī)按照圖1所示的那樣實施安裝的話，葉片架轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動部件11具有多個自葉片架轉(zhuǎn)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(yīng)葉片架113的同一側(cè)，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(cè)，就像圖2-3所示的那樣。每個葉片組13應(yīng)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。葉片130轉(zhuǎn)動連接于 葉片架113，每個葉片130可以分別具有獨(dú)立的葉片轉(zhuǎn)軸線，較為理想的方式是每個葉片 130的葉片轉(zhuǎn)軸線都垂直于葉片架轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸線相互平行。各葉片130的一側(cè)端與葉片架113相轉(zhuǎn)動連接，而與此“一側(cè)端”相對的側(cè)端即為 自由端，可隨著流過的氣流而移動。在圖1、4及5所示的優(yōu)選實施例中，葉片130的上側(cè)端 與葉片架113相連接，葉片130的下側(cè)端為自由端，在正常無風(fēng)狀況下，葉片130的下側(cè)端 會在重力作用下自動垂下。將葉片130的與葉片架113相靠近的面定義為背面，另一側(cè)面定義為正面，參見 圖1所示，葉片架轉(zhuǎn)軸112左側(cè)的葉片130顯示正面，與該正面相反的側(cè)面即為反面。葉片 架113上設(shè)有葉片支撐框體111，葉片支撐框體111可以與葉片架113 —體構(gòu)造，即葉片 架113可以為框架式結(jié)構(gòu)。葉片支撐框體111處于葉片130的背面一側(cè)，當(dāng)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 2-5所示，各圖中的一排箭頭W即代表自然風(fēng)，當(dāng)風(fēng)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(fēng)力全壓，與此相反，當(dāng)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(fēng)朝向紙面，葉片架轉(zhuǎn)軸112左側(cè)的葉片130正 面受風(fēng)壓，左側(cè)的葉片組13上產(chǎn)生風(fēng)力全壓，而葉片架轉(zhuǎn)軸112右側(cè)的葉片則被風(fēng)抬起，右 側(cè)的葉片組上產(chǎn)生的風(fēng)壓幾乎為零，這使得轉(zhuǎn)動部件11上產(chǎn)生更大的扭矩，可達(dá)到近乎完 全接收風(fēng)力的目的，使有效動力增加；而由于葉片架轉(zhuǎn)軸112右側(cè)的葉片被抬起，使得整體 負(fù)載減輕，故左側(cè)的葉片130因風(fēng)壓而關(guān)閉在葉片支撐框體111上后會快速旋轉(zhuǎn)，可以避開 超重壓風(fēng)的破壞性襲擊，而右側(cè)的葉片接收的風(fēng)壓幾乎為零，故也可避開風(fēng)的襲擊，因此， 即使遭遇狂風(fēng)，由于左、右側(cè)葉片都可躲避襲擊，也能保持良好的抗風(fēng)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(gòu)造，不一定要為框式封閉結(jié)構(gòu)。葉片130可以如圖4-5所示的那樣為薄片狀，葉片130的下側(cè)端可以隨重力自然 下垂，而在正面受風(fēng)壓時，葉片130可以迅速在葉片支撐框體111上如圖4的那樣關(guān)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，如圖5所示的那樣。葉片最 好為弧形構(gòu)造，即葉片130的縱截面呈弧形，且以劣弧為優(yōu)選方式，在圖示的實施例中，葉 片130的正面為凹面，背面為凸面，葉片130的縱截面弧所對應(yīng)的弦長應(yīng)比葉片的上側(cè)端至 在葉片130的背面支撐葉片130的下側(cè)端的葉片支撐框體111部分的垂直距離長，對應(yīng)于圖示的實施例，也即弧的弦長的比葉片支撐框體111的寬度長，這樣的話，理論上葉片支撐 框體111可以在葉片130正面受風(fēng)壓時對葉片130的正面提供良好的支撐，以使葉片130 關(guān)閉。葉片130可以由剛性材料制成，也可以由柔性材料制成，以柔性葉片為佳。以上實施方式只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技 術(shù)的人了解本實用新型的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍，凡根 據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，它包括可轉(zhuǎn)動地安裝于一支撐部件的轉(zhuǎn)動部件，該轉(zhuǎn)動部件具有一轉(zhuǎn)動軸線，且該轉(zhuǎn)動部件具有多個自其轉(zhuǎn)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；其特征在于多個葉片組位于各支架的同一側(cè)，每個葉片組包括至少一個葉片，各葉片具有正面、背面以及一對相對的側(cè)端，一對相對的側(cè)端中的一側(cè)端與支架相轉(zhuǎn)動連接、另一側(cè)端為自由端，各支架上具有多個橫桿，這些橫桿處于葉片的背面一側(cè)并在葉片正面受到?jīng)_力時對葉片自由端的背面提供阻擋力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片的上側(cè)端連接于支架，葉片的 下側(cè)端為自由端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，各葉片分別具有一葉片轉(zhuǎn)軸線，葉片相對 支架可繞自身的葉片轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，所述葉片轉(zhuǎn)軸線垂直于轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，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(zhuǎn)軸線相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片為薄片形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片的縱截面呈弧形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片的正面為凹面，各葉片的背面為凸
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片的縱截面為一段劣弧。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片的縱截面弧所對應(yīng)的弦長比該葉片 的上側(cè)端與橫桿之間的垂直距離長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的風(fēng)力發(fā)動機(jī)，其中，葉片為柔性的。
專利摘要本實用新型涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，它包括可轉(zhuǎn)動地安裝于一支撐部件的轉(zhuǎn)動部件、多個葉片組，轉(zhuǎn)動部件具有一轉(zhuǎn)動軸線以及自其轉(zhuǎn)動軸線向外呈放射狀延伸的多個支架，各葉片組安裝在相應(yīng)的支架上，且多個葉片組位于各支架的同一側(cè)。每個葉片組包括至少一個葉片，各葉片具有正面、背面以及一對相對的側(cè)端，一對相對的側(cè)端中的一側(cè)端與支架相轉(zhuǎn)動連接、另一側(cè)端為自由端。各支架上具有多個橫桿，橫桿處于葉片的背面一側(cè)并在葉片正面受到?jīng)_力時對葉片背面提供阻擋力。葉片正面受到氣流沖擊時，由于橫桿在背面阻擋，故葉片在兩側(cè)受壓的情況下展開，使葉片幾乎完全接受風(fēng)力，當(dāng)葉片背面受到氣流沖擊時，由于沒有任何阻擋，葉片會在風(fēng)力作用下被抬起。
文檔編號F03D3/06GK201763522SQ201020515369
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者于傳龍 申請人:張家港市耐特電機(jī)制造有限公司