本實(shí)用新型涉及垂直軸風(fēng)力裝置，特別是垂直軸葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置。屬于風(fēng)力裝置。

背景技術(shù)：

對于垂直軸風(fēng)力裝置人們注意到葉片順風(fēng)側(cè)應(yīng)增加受風(fēng)面積，逆風(fēng)側(cè)應(yīng)減少受風(fēng)面積。在專利文獻(xiàn)“垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)車裝置及控制葉片方法”(CN101364300B)中記載了通過引導(dǎo)槽控制葉片角度實(shí)現(xiàn)順風(fēng)側(cè)受風(fēng)面積逆風(fēng)側(cè)受風(fēng)面積小從而提高風(fēng)能利用率的方法。然而，通過引導(dǎo)槽控制葉片端部兩點(diǎn)的方法角度不夠準(zhǔn)確，在有些位置滑塊的運(yùn)動方向與槽的切向接近，葉片角度會有較大的浮動量。葉片角度的控制在風(fēng)力裝置中特別重要，是影響風(fēng)力裝置性能的重要因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種用于垂直軸風(fēng)力裝置的能夠準(zhǔn)確控制風(fēng)機(jī)葉片角度使之實(shí)現(xiàn)順風(fēng)側(cè)受推力大逆風(fēng)側(cè)受風(fēng)阻力小從而提高風(fēng)能利用率，并且具有機(jī)構(gòu)簡單適合推廣應(yīng)用的風(fēng)力裝置。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置，包括基礎(chǔ)柱、立軸、轉(zhuǎn)動架、葉片、葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)、安全機(jī)構(gòu)和工作部，其特征在于立軸固定安裝在基礎(chǔ)柱上，轉(zhuǎn)動架是由上下兩個(gè)輪輻狀的葉片支架和連接葉片支架的轉(zhuǎn)架軸管構(gòu)成，轉(zhuǎn)架軸管套裝在立軸外側(cè)，所述的葉片的上下邊豎向?qū)ΨQ線處設(shè)置有葉片軸，上下葉片軸與上下葉片支架聯(lián)接，所述的葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)包括葉片輪和方向輪，安裝在葉片支架端部的葉片軸與葉片輪聯(lián)接，方向輪套裝在立軸上，葉片輪與方向輪之間通過定傳動比傳動件或介輪組聯(lián)接，葉片輪與方向輪轉(zhuǎn)動方向相同傳動比為1∶2，所述的風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)為風(fēng)向舵與套裝在立軸上的方向輪呈周向固定聯(lián)接，所述的安全機(jī)構(gòu)包括風(fēng)速儀、信號接收器和安全機(jī)構(gòu)執(zhí)行組件，安全機(jī)構(gòu)執(zhí)行組件為電磁離合器與安裝在葉片上的信號接收器有導(dǎo)線連接，葉片軸通過電磁離合器與葉片聯(lián)接，轉(zhuǎn)動架的轉(zhuǎn)架軸管 通過變速傳動件與工作部聯(lián)接。

所述的葉片為1至8個(gè)，葉片可以是平板葉或柔片葉或S形葉或由條狀板組成的條板葉。柔片葉為柔性片材材料制成，柔片葉邊緣的孔通過彈簧與邊框聯(lián)接。S形葉斷面為中心對稱的S形，其凹面深度小于葉片弦長的15％。所述的條板葉是由N個(gè)橫向條板組成。條板兩端設(shè)置有轉(zhuǎn)角軸與邊框上的孔配合。

條板葉的安全機(jī)構(gòu)為條板葉兩端設(shè)置有與邊框上的孔配合的轉(zhuǎn)角軸其一側(cè)軸安裝轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)為安裝在轉(zhuǎn)角軸上的轉(zhuǎn)角齒輪，各個(gè)轉(zhuǎn)角齒輪與邊框內(nèi)的轉(zhuǎn)角齒條嚙合，轉(zhuǎn)角齒條的一端與行程機(jī)構(gòu)連接。轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)也可以為安裝在轉(zhuǎn)角軸上的轉(zhuǎn)角柄，各個(gè)轉(zhuǎn)角柄與邊框內(nèi)的轉(zhuǎn)角拉桿連接，轉(zhuǎn)角拉桿的一端與行程機(jī)構(gòu)連接。所述的行程機(jī)構(gòu)可以是電磁鐵、電動機(jī)帶動的曲柄連桿或電動推桿，所述的行程機(jī)構(gòu)與信號接收器有導(dǎo)線連接。

葉片安裝方法安裝時(shí)各個(gè)葉片平面投影延長線相交于葉片軸繞立軸轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)，風(fēng)向舵的安裝方向?yàn)轱L(fēng)向舵平面投影線垂直于立軸投影與葉片軸繞立軸的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的與各個(gè)葉片平面投影延長線相交的P點(diǎn)的連線。

葉片安裝方法安裝時(shí)各S形葉弦線投影的延長線相交于葉片軸繞立軸的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)，風(fēng)向舵的安裝方向?yàn)轱L(fēng)向舵平面投影線垂直于立軸與葉片軸繞立軸的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)的連線，S形葉在P點(diǎn)與立軸對稱位置時(shí)轉(zhuǎn)動半徑的外端的凹向與風(fēng)向舵的方向一致。

所述的葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置可以在上下葉片軸的延長葉片軸上安裝加長葉片，加長葉片平面與葉片平面一致。

所述的轉(zhuǎn)動架的轉(zhuǎn)架軸管通過變速傳動件聯(lián)接的工作部可以是發(fā)電機(jī)、水泵、粉碎機(jī)。

本實(shí)用新型所解決的準(zhǔn)確控制垂直軸風(fēng)力裝置葉片角度是轉(zhuǎn)動架上的葉片是通過葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)葉片既有繞立軸的公轉(zhuǎn)同時(shí)也有葉片繞葉片軸的自轉(zhuǎn)，并以特定的葉片方向和轉(zhuǎn)動規(guī)律運(yùn)行。所謂的葉片特定的方向就是各個(gè)葉片的平面投影延長線相交于葉片軸繞立軸轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)，風(fēng)向始終垂直于立軸至P點(diǎn)的連線，即實(shí)現(xiàn)了葉片在P點(diǎn)處與風(fēng)向平行受風(fēng)面積最小阻力最小，在與P點(diǎn)對稱的轉(zhuǎn)動180度點(diǎn)葉片與風(fēng)向垂直受風(fēng)面積最大。其特定的轉(zhuǎn)動規(guī)律就是葉片繞立軸轉(zhuǎn)動360度，葉片自轉(zhuǎn)180度，即在繞立軸轉(zhuǎn)動任意角度β，其葉片自轉(zhuǎn)角度θ是繞立軸轉(zhuǎn)角β的1/2。除逆風(fēng)側(cè)P點(diǎn)一點(diǎn)外，葉片在其余各個(gè)位置受到的風(fēng)力都存在推動葉片轉(zhuǎn)動的分力F，這個(gè)分力在 多數(shù)轉(zhuǎn)角的情況下還要超過順風(fēng)側(cè)即繞立軸轉(zhuǎn)動180度點(diǎn)的位置。情況是這樣的：葉片軸在任意點(diǎn)的風(fēng)速要大于葉片轉(zhuǎn)動的線速度，二者的合成速度V與葉片轉(zhuǎn)動方向的夾角δ大于葉片轉(zhuǎn)角θ，就必然產(chǎn)生了葉片方向與合成速度V之間的迎角α，這個(gè)迎角α在小角度范圍內(nèi)有較大的升力系數(shù)而阻力系數(shù)不大。這一特點(diǎn)決定了葉片受力在繞立軸轉(zhuǎn)動的大范圍包括逆風(fēng)側(cè)都存在推動葉片轉(zhuǎn)動的分力F。葉片受力又是與速度的平方成正比的，逆風(fēng)側(cè)及90度以上位置的合成速度都大于順風(fēng)側(cè)180度點(diǎn)位置的合成速度，所以在上述范圍會出現(xiàn)比180度點(diǎn)位置更大的推動葉片轉(zhuǎn)動的力F。在背風(fēng)側(cè)的180度至360度之間上述是道理同樣適用，只不過相當(dāng)于風(fēng)力二次利用，風(fēng)速會有所減小。因此本實(shí)用新型除P點(diǎn)一點(diǎn)外可以全方位有效利用風(fēng)力。風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)是通過風(fēng)向舵控制套裝在立軸上的方向輪的角度，即風(fēng)向舵隨風(fēng)向改變角度時(shí)，帶動方向輪及立軸至葉片軸軌跡圓上的P點(diǎn)的連線改變相同角度，即仍然保持順風(fēng)側(cè)葉片與風(fēng)向垂直，逆風(fēng)側(cè)葉片與風(fēng)向平行的角度關(guān)系。同時(shí)方向輪不傳遞動力，方向舵有較小的力即可以帶動，這也是這種風(fēng)力裝置最簡單的風(fēng)向控制方法。本實(shí)用新型又依據(jù)葉片轉(zhuǎn)動的特點(diǎn)提出了柔片葉和S形葉結(jié)構(gòu)，有利于改善葉片的空氣動力性能。由于葉片轉(zhuǎn)動的線速度低于風(fēng)速，不會產(chǎn)生噪聲。本實(shí)用新型的葉片兩端支撐方式在結(jié)構(gòu)上有利于采用普通材料和通過增加葉片弦長方法獲得較多風(fēng)能。

本實(shí)用新型設(shè)置了安全機(jī)構(gòu)，在風(fēng)速較大時(shí)電磁離合器接收風(fēng)速儀發(fā)出的風(fēng)速信號切斷葉片與轉(zhuǎn)動架的聯(lián)接，可以即時(shí)使葉片處于自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)，即葉片平面自動選擇風(fēng)阻力最小的角度呈與風(fēng)向一致的方向，避免了風(fēng)力裝置遇到大風(fēng)時(shí)普遍容易發(fā)生設(shè)備損壞事故的情形。條板葉片在風(fēng)速高時(shí)通過安全機(jī)構(gòu)控制使各條板處于與風(fēng)向平行狀態(tài)，保護(hù)設(shè)備安全。

附圖說明

圖1葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置示意圖；

圖2葉片受力示意圖；

圖3轉(zhuǎn)動架上端結(jié)構(gòu)圖；

圖4轉(zhuǎn)動架下端結(jié)構(gòu)圖；

圖5葉片輪與葉片安裝結(jié)構(gòu)圖；

圖6葉片繞立軸轉(zhuǎn)動的方向位置關(guān)系示意圖；

圖7柔片葉各個(gè)位置示意圖；

圖8 S形葉各個(gè)位置示意圖；

圖9柔性葉與邊框聯(lián)接示意圖；

圖10條板葉結(jié)構(gòu)及齒輪齒條轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)示意圖；

圖11條板葉齒輪齒條轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)側(cè)面示意圖；

圖12條板葉轉(zhuǎn)角柄拉桿轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)示意圖；

圖13安裝加長葉片的風(fēng)力裝置示意圖；

圖14圖13B部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：參看圖1、6所示的葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置，由基礎(chǔ)柱1、立軸2、轉(zhuǎn)動架、葉片3或32、葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、安全機(jī)構(gòu)和方向機(jī)構(gòu)構(gòu)成。立軸2安裝固定在基礎(chǔ)柱1上，轉(zhuǎn)動架是由上下兩個(gè)輪輻狀的葉片支架4和連接葉片支架4的轉(zhuǎn)架軸管5構(gòu)成。葉片可以為1至8個(gè)，1個(gè)葉片可以運(yùn)轉(zhuǎn)，但是受力不均衡，在有特殊要求的情況下也可以使用。葉片數(shù)量增加輸出扭矩增大，但轉(zhuǎn)速會隨之下降。葉片3可以是平板葉34或柔性片材材料制成的柔片葉31或S形葉32或由條狀板組成的條板葉33，S形葉32斷面為中心對稱的S形，其凹面深度小于葉片弦長的15％，條板葉33是由N個(gè)橫向條板組成。葉片3的上下邊豎向?qū)ΨQ線處設(shè)置有葉片軸8，上下葉片軸8與對應(yīng)的上下葉片支架4聯(lián)接，葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)包括葉片輪9和方向輪10，安裝在葉片支架4端部的葉片軸8與葉片輪9聯(lián)接，方向輪10套裝在立軸2上，葉片輪9與方向輪10之間通過定傳動比傳動件或介輪組聯(lián)接，即通過鏈、同步帶或齒輪組聯(lián)接，要求葉片輪9與方向輪10轉(zhuǎn)動方向相同，其傳動比為1∶2。所述的風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)為風(fēng)向舵12與套裝在立軸2上的方向輪10呈周向固定聯(lián)接，即風(fēng)向舵12隨風(fēng)向改變角度時(shí)，帶動方向輪10改變相同角度，同時(shí)立軸2至葉片軸8軌跡圓上的P點(diǎn)的連線也改變了相同的角度，即風(fēng)向仍然垂直于上述的連線，葉片的延長線仍然通過P點(diǎn)。方向輪10不傳遞動力，方向舵12有較小的力即可以帶動，這也是這種風(fēng)力裝置最簡單的風(fēng)向控制方法。安全機(jī)構(gòu)包括風(fēng)速儀14、信號接收器15和安全機(jī)構(gòu)執(zhí)行組件，安全機(jī)構(gòu)執(zhí)行組件為電磁離合器16與安裝在葉片3上的信號接收器15有導(dǎo)線連接，葉片軸8通過電磁離合器16與葉片3聯(lián)接。轉(zhuǎn)動架的轉(zhuǎn)架軸管5通過變速傳動件與工作部11聯(lián)接。參看圖5、3葉片架端部結(jié)構(gòu)圖，由于葉片面積比較大，風(fēng)阻力很容易造成零部件破壞，所以安全機(jī)構(gòu)特別重要。安全機(jī)構(gòu)包 括風(fēng)速儀14、信號接收器15、電磁離合器16，葉片軸8與葉片3套裝配合，葉片輪9通過電磁離合器16與葉片3聯(lián)接的。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某設(shè)定值，風(fēng)速儀14會發(fā)出信號，信號接收器15會啟動電磁離合器16。使葉片3與葉片軸8呈空套狀態(tài)。這時(shí)葉片3呈產(chǎn)生阻力最小的順漿狀態(tài)，就不會發(fā)生破壞設(shè)備的問題。當(dāng)風(fēng)速小于設(shè)定值，電磁離合器16又使葉片3與葉片軸8結(jié)合，葉片3恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。參看圖6，顯示葉片轉(zhuǎn)動裝置的葉片3的安裝方法：各個(gè)葉片3安裝時(shí)要求葉片3平面投影的延長線相交于葉片軸8即是葉片3繞立軸2的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)。風(fēng)向舵12的安裝方向?yàn)轱L(fēng)向舵12垂直于立軸2與葉片軸8即是葉片3繞立軸2的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)的聯(lián)線。

實(shí)施例2：如圖7、9顯示的葉片3為柔性葉31的葉片運(yùn)動方式。柔性葉31的邊緣設(shè)置的孔311通過彈簧312與邊框6聯(lián)接。在風(fēng)力的作用下柔性葉31會產(chǎn)生小的彎曲變形，其變形量可以通過拉緊柔片葉31的與側(cè)向框架6掛接的彈簧312來調(diào)節(jié)。這種變形恰恰能夠較好地改變?nèi)~片的空氣動力性能，尤其在逆風(fēng)側(cè)小迎角的情況下作用是明顯的。柔性葉31的另一個(gè)特點(diǎn)是，葉片通過逆風(fēng)側(cè)的P點(diǎn)后能夠在風(fēng)力作用下迅速改變凹向。

實(shí)施例3：結(jié)合圖8顯示S形葉32，S形葉32的凹面在轉(zhuǎn)動半徑的外端，可以充分利用風(fēng)的阻力，但是要考慮到在逆風(fēng)側(cè)小迎角情況下的性能凹下深度不能太大，深度不超過葉片弦長的15％為宜。S形葉32的特點(diǎn)是，葉片轉(zhuǎn)動一周S形葉片自轉(zhuǎn)180度，中心對稱的凹面剛好轉(zhuǎn)過來。安裝時(shí)要注意各S形葉32弦線投影的延長線相交于葉片軸繞立軸2的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)，風(fēng)向舵12的安裝方向?yàn)轱L(fēng)向舵12平面投影線垂直于立軸2與葉片軸8繞立軸2的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)的連線，S形葉32在P點(diǎn)與立軸2對稱位置時(shí)S形的凹面在轉(zhuǎn)動半徑的外端，其凹向并與風(fēng)向舵12的方向一致。

實(shí)施例4：參看附圖10、11、12所述的條板葉33是由N個(gè)橫向條板組成。條板葉33兩側(cè)端有轉(zhuǎn)角軸331，與邊框6上的孔配合。這種結(jié)構(gòu)的安全結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)角軸331其一側(cè)軸安裝轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)為安裝在轉(zhuǎn)角軸331上的轉(zhuǎn)角齒輪332，各個(gè)轉(zhuǎn)角齒輪332與邊框6內(nèi)的轉(zhuǎn)角齒條333嚙合，轉(zhuǎn)角齒條333的一端與行程機(jī)構(gòu)連接，所述的行程機(jī)構(gòu)334可以是電磁鐵、電動機(jī)帶動的曲柄連桿或電動推桿，所述的行程機(jī)構(gòu)與信號接收器15有導(dǎo)線連接。上述的齒輪齒條機(jī)構(gòu)也可以由轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)代替，轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)是為安裝在轉(zhuǎn)角軸331上的轉(zhuǎn)角柄335，各個(gè)轉(zhuǎn)角柄335與邊框6內(nèi)的轉(zhuǎn)角拉桿336連接，轉(zhuǎn)角拉桿336的一端與上述的行程機(jī)構(gòu)連接。

實(shí)施例5：參考圖13、14所述的垂直軸葉片轉(zhuǎn)動的風(fēng)力裝置還可以在葉片的上下端 安裝加長葉片7，即在上下葉片軸8的延長葉片軸81上安裝加長葉片7，該加長葉片7平面與葉片3平面一致。這樣可以增加風(fēng)機(jī)掃掠面積和增加展弦比，從而提高風(fēng)機(jī)性能。

參看圖2和6說明本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和所體現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步。所述的風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)為風(fēng)向舵12與套裝在立軸2上的方向輪10呈固定角度聯(lián)接，風(fēng)向舵12的方向決定風(fēng)向輪10的方向，即決定了葉片3在逆風(fēng)側(cè)P點(diǎn)位置是與方向平行的，在順風(fēng)側(cè)180度位置葉片3平面是與風(fēng)向垂直的。在有風(fēng)的情況下葉片3受力帶動帶動上下輪輻狀葉片支架4及轉(zhuǎn)動架轉(zhuǎn)動。這時(shí)風(fēng)向不變與風(fēng)向舵12聯(lián)接的方向輪10不轉(zhuǎn)動，在定傳動比傳動件的作用下，葉片輪9做自轉(zhuǎn)。由于上述的特定的傳動比關(guān)系，方向輪10確定葉片3的方向和轉(zhuǎn)動規(guī)律。葉片3的方向就是它的平面延長線相交于葉片軸8繞立軸2的轉(zhuǎn)動的軌跡圓上的P點(diǎn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律就是葉片3繞立軸2轉(zhuǎn)動360度，葉片3自己轉(zhuǎn)動180度。而且在繞立軸轉(zhuǎn)動的任意角度β，其葉片自轉(zhuǎn)角度θ是繞立軸轉(zhuǎn)角β的1/2，即葉片3永遠(yuǎn)處于β角角分線上。除逆風(fēng)側(cè)P點(diǎn)一點(diǎn)外，葉片在其余各個(gè)位置的受到風(fēng)力都存在推動轉(zhuǎn)動架轉(zhuǎn)動的分力F，這個(gè)分力F在多數(shù)轉(zhuǎn)角的情況下還要超過順風(fēng)側(cè)即繞立軸轉(zhuǎn)動180度點(diǎn)的位置。情況是這樣的：葉片軸8在任意點(diǎn)的風(fēng)速要大于葉片3轉(zhuǎn)動的線速度，風(fēng)速與葉片轉(zhuǎn)動線速度的合成速度V與葉片轉(zhuǎn)動方向的夾角δ大于葉片轉(zhuǎn)角θ，就必然產(chǎn)生了葉片方向與合成速度V之間的迎角α，這個(gè)迎角α在小角度范圍內(nèi)有較大的升力系數(shù)而阻力系數(shù)卻不大。這一特點(diǎn)決定了葉片的受力在立軸轉(zhuǎn)動的大范圍包括逆風(fēng)側(cè)都存在推動葉片轉(zhuǎn)動的分力F。葉片受力又是與速度的平方成正比的，逆風(fēng)側(cè)及90度以上位置的合成速度都大于順風(fēng)側(cè)180度點(diǎn)位置的合成速度，所以會在上述范圍出現(xiàn)比180度點(diǎn)位置更大的推動葉片轉(zhuǎn)動的力F。在背風(fēng)側(cè)的180度至360度之間上述是道理同樣適用，只不過相當(dāng)于風(fēng)力二次利用，風(fēng)速會有所減小。因此本實(shí)用新型除P點(diǎn)一點(diǎn)外可以全方位有效利用風(fēng)力。該風(fēng)力裝置的風(fēng)向控制機(jī)構(gòu)為風(fēng)向舵12與套裝在立軸2上的方向輪10呈周向固定聯(lián)接，即風(fēng)向舵12隨風(fēng)向改變角度時(shí)，帶動方向輪10及立軸2至葉片軸軌跡圓上的P點(diǎn)的連線改變相同角度，即仍然保持順風(fēng)側(cè)葉片與風(fēng)向垂直，逆風(fēng)側(cè)葉片與風(fēng)向平行的角度關(guān)系。同時(shí)方向輪10不傳遞動力，方向舵12有較小的力即可以帶動，這也是這種風(fēng)力裝置最簡單的風(fēng)向控制方法。本實(shí)用新型依據(jù)葉片轉(zhuǎn)動的特點(diǎn)提出了柔片葉和S形葉設(shè)計(jì)，對改善其空氣動力性能有較大作用。本實(shí)用新型的葉片兩端支撐方式在結(jié)構(gòu)上有利于采用普通材料和通過增加葉片弦長方法獲得較多風(fēng)能，制造簡單有利于推廣應(yīng)用。