專利名稱：一種升力型風(fēng)輪及控制轉(zhuǎn)速和功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)車技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種控制升力型立軸風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率的的風(fēng)輪及控制方法。
背景技術(shù)：
與水平軸風(fēng)車相比，升力型立軸風(fēng)輪優(yōu)點突出。轉(zhuǎn)速慢，噪音低；發(fā)電機可置于地面，而維護費用低；無需對風(fēng)，不存在偏航功率損失。正是因為這些優(yōu)點，使得升力型立軸風(fēng)輪的應(yīng)用范圍較廣，特別是在中小型風(fēng)力機應(yīng)用領(lǐng)域更是甚廣。目前，國內(nèi)外研究者正是努力研究升力型立軸風(fēng)輪，向巨型化發(fā)展。不過，升力型立軸風(fēng)輪與水平軸升力型風(fēng)輪相比，有一個顯著的缺點為無法如水平軸一樣，通過改變局部和整體葉片的槳距角，來控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率。這也是升力型立軸風(fēng)輪較明顯的缺點之一，至今沒有較好的氣動力學(xué)解決方法。在中小型風(fēng)力機應(yīng)用中，主要是通過控制器的卸荷裝置來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和控制功率，而此方法在大型應(yīng)用中適用性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供的一種能夠控制升力型立軸風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與功率的升力型風(fēng)輪及控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種升力型風(fēng)輪，包括風(fēng)輪主軸、支撐件以及至少兩個升力型葉片，其特征在于所述的支撐件包括內(nèi)支撐件以及外殼， 所述的外殼套設(shè)在內(nèi)支撐件上，所述的升力型葉片通過所述的內(nèi)支撐件固定在所述的風(fēng)輪主軸上，所述的外殼的截面為翼型，在所述的風(fēng)輪主軸上還設(shè)置有一驅(qū)動控制器，所述的驅(qū)動控制器包括電機、驅(qū)動齒輪和被動齒輪，所述的電機的輸出軸與所述的驅(qū)動齒輪的輪軸連接，所述的被動齒輪固定在所述的外殼上，所述的被動齒輪與所述的驅(qū)動齒輪嚙合。所述的內(nèi)支撐件為圓柱形，所述的內(nèi)支撐件與外殼采用軸承連接。所述的升力型葉片為圓弧形或直線型。一種升力型風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率的控制方法，其特征在于 第一步、設(shè)定額定風(fēng)速以及風(fēng)輪軸的額定轉(zhuǎn)速；
第二步、檢測實時風(fēng)速以及風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速，并與額定風(fēng)速及風(fēng)輪軸額定轉(zhuǎn)速比較，當風(fēng)速超過額定風(fēng)速，且風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速也超過額定轉(zhuǎn)速時，驅(qū)動控制器開始啟動，并驅(qū)動所述的外殼開始旋轉(zhuǎn)，當風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速回到額定轉(zhuǎn)速時，停止旋轉(zhuǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明風(fēng)輪在內(nèi)支撐件上轉(zhuǎn)動的套設(shè)翼型外殼，通過控制外殼的轉(zhuǎn)動角度，從而控制風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速及功率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法的有益效果為
1、在升力型風(fēng)輪的內(nèi)支撐件上套設(shè)外殼，在額定運行條件范圍內(nèi)下外殼翼型弦線成水平狀，阻力最小，此時與其它升力型風(fēng)輪原理相同，因而不影響風(fēng)輪的正常運行。2、當遇到強風(fēng)或發(fā)電機失電或控制器無法有效卸荷的故障條件時，外殼的偏轉(zhuǎn)不同的角度，將產(chǎn)生不同的空氣阻尼作用，因而控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率。
3、當升力型風(fēng)輪需要停機，可通過將翼型外殼偏轉(zhuǎn)180°而拍向受力，將轉(zhuǎn)速迅速下降，起到氣動剎車的作用。4、此方法采用氣動力學(xué)的原理，可以保證升力型風(fēng)輪在額定風(fēng)速外高效地沿著額定功率運行，也為風(fēng)輪的安全運行提供了另外一層保障。5、此方法應(yīng)用不受風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的限制，不論是打蛋器型風(fēng)輪還是直線翼型風(fēng)輪，不論支撐件是屬于水平結(jié)構(gòu)還是處于傾斜結(jié)構(gòu)，都可以應(yīng)用此方法。


圖1是本發(fā)明具有兩片升力葉片的直葉片升力型立軸風(fēng)車示意圖。圖2是本發(fā)明具有兩片升力葉片的立軸風(fēng)車俯視示意3是本發(fā)明活動支撐件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明正常運行條件下支撐翼阻力示意圖
圖5是本發(fā)明轉(zhuǎn)速控制動作條件下的支撐翼位置示意圖。其中1、升力型葉片；2、葉輪主軸；3、葉片支撐件；4、輪轂；5、驅(qū)動齒輪；6、驅(qū)動控制器；7、被動齒輪；8、翼型外殼；9、圓柱形內(nèi)支撐件；10、軸承；11、翼型弦線。
具體實施例方式1、下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明升力型風(fēng)輪，包括風(fēng)升力型葉片1和風(fēng)輪主軸2，在風(fēng)輪主軸2通過葉片支撐件3安裝有2片或2片以上的升力型葉片1。每個風(fēng)輪葉片2至少由1個葉片支撐件支撐，在風(fēng)輪主軸2上固定有輪轂4，支撐件3并固定在輪轂4上。葉片支撐件3由活動式的翼型外殼8和固定的內(nèi)部圓柱形內(nèi)支撐件9組成，其中圓柱內(nèi)支撐9通過軸承10與翼型外殼8相連。翼型外殼靠軸一端有被動齒輪7與驅(qū)動控制器6的驅(qū)動齒輪5相嚙合。2、如圖2所示，該風(fēng)輪為葉片為圓弧形的打蛋器升力型風(fēng)輪，包括2片或2片以上的升力型葉片1，以及與每個葉片連接的水平支撐3。3、如圖3所示，支撐件內(nèi)部圓柱形支撐件9起到支撐升力葉片1的作用和作為支撐件3旋轉(zhuǎn)主軸的作用，翼型外殼結(jié)構(gòu)8所在的角度位置可控制支撐件受不同的阻力大小。4、如圖4所示，當風(fēng)輪在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)運行時，驅(qū)動控制器6不產(chǎn)生動作，支撐件翼型弦線處水平位置，與風(fēng)向一致。5、如圖5所示，當風(fēng)輪超過額定轉(zhuǎn)速時，驅(qū)動控制器6產(chǎn)生動作，通過驅(qū)動齒輪5 帶動被動齒輪7，進而使支撐件旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的角度，翼型外殼8形成的拍面產(chǎn)生空氣阻尼作用，將轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。本發(fā)明為應(yīng)用于升力型立軸風(fēng)輪的一種利用空氣阻力來控制轉(zhuǎn)速和功率的方法， 由升力型葉片1、可旋轉(zhuǎn)的支撐件3和驅(qū)動控制器6構(gòu)成。其中支撐件3內(nèi)部的圓柱內(nèi)支撐件起到主要支撐葉片1的作用，支撐件3的翼型外殼8起到調(diào)節(jié)風(fēng)輪所受阻尼作用大小的作用。在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)，支撐件翼型外殼8不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，處于水平位置；在超過額定轉(zhuǎn)速后，驅(qū)動控制器6發(fā)出扭轉(zhuǎn)動作，外殼發(fā)生旋轉(zhuǎn)，阻尼作用增加，從而限制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速增加。
權(quán)利要求
1.一種升力型風(fēng)輪，包括風(fēng)輪主軸、支撐件以及至少兩個升力型葉片，其特征在于所述的支撐件包括內(nèi)支撐件以及外殼，所述的外殼套設(shè)在內(nèi)支撐件上，所述的升力型葉片通過所述的內(nèi)支撐件固定在所述的風(fēng)輪主軸上，所述的外殼的截面為翼型，在所述的風(fēng)輪主軸上還設(shè)置有一驅(qū)動控制器，所述的驅(qū)動控制器包括電機、驅(qū)動齒輪和被動齒輪，所述的電機的輸出軸與所述的驅(qū)動齒輪的輪軸連接，所述的被動齒輪固定在所述的外殼上，所述的被動齒輪與所述的驅(qū)動齒輪嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型風(fēng)輪，其特征在于所述的內(nèi)支撐件為圓柱形，所述的內(nèi)支撐件與外殼采用軸承連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型風(fēng)輪，其特征在于當可旋轉(zhuǎn)部分的支撐件翼型弦線偏轉(zhuǎn)與風(fēng)向垂直時，其拍面面積所產(chǎn)生的氣動阻力力矩至少為1倍升力葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力矩。
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的升力型風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率的控制方法，其特征在于具體的控制方法是第一步、設(shè)定額定風(fēng)速以及風(fēng)輪軸的額定轉(zhuǎn)速；第二步、檢測實時風(fēng)速以及風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速，并與額定風(fēng)速及風(fēng)輪軸額定轉(zhuǎn)速比較，當風(fēng)速超過額定風(fēng)速，且風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速也超過額定轉(zhuǎn)速時，驅(qū)動控制器開始啟動，并驅(qū)動所述的外殼開始旋轉(zhuǎn)，當風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)速回到額定轉(zhuǎn)速時，停止旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種升力型風(fēng)輪及控制轉(zhuǎn)速與功率的方法，其中升力型風(fēng)輪包括風(fēng)輪主軸、支撐件以及至少兩個升力型葉片，支撐件包括內(nèi)支撐件以及外殼，外殼套設(shè)在內(nèi)支撐件上，升力型葉片通過所述的內(nèi)支撐件固定在風(fēng)輪主軸上，所述的外殼的截面為翼型，在風(fēng)輪主軸上還設(shè)置有一驅(qū)動控制器，驅(qū)動控制器包括電機、驅(qū)動齒輪和被動齒輪，電機的輸出軸與所述的驅(qū)動齒輪的輪軸連接，被動齒輪固定在所述的外殼上，被動齒輪與所述的驅(qū)動齒輪嚙合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明風(fēng)輪在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)，支撐件的外殼不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，處于水平位置；在超過額定轉(zhuǎn)速后，驅(qū)動控制器發(fā)出扭轉(zhuǎn)動作，外殼發(fā)生扭轉(zhuǎn)，阻尼作用增加，從而限制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速增加。
文檔編號F03D3/06GK102251921SQ201110170529
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者原紅紅, 宋晨光, 嵇仁榮, 管玲玉, 趙振宙, 鄭源 申請人:南京河?？萍加邢薰? 河海大學(xué)