摆翼式立轴风力机
专利汇可以提供摆翼式立轴风力机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种摆翼式立轴 风 力 机，其翼片安装在固定于横杠末端的调控器上，翼片带动横杠绕传动立轴旋转时，通过安装在立轴上的销 齿轮 增速机构驱动 超越 离合器 带动异步发 电机 发电，可直接联于 电网 。通过调控器既能使翼片自动摆动一小 角 度，自动保持最佳气流 攻角 ，提高效率，又能在遇大风时，自动转为顺风方向，确保安全可靠，同时又能 自动调节 翼片的偏摆角度大小，使 风力 机保持恒速转动。所以本风力机具有安全可靠、恒速、效经高、重量轻、成本低、能制成大、中、小型风力机。，下面是摆翼式立轴风力机专利的具体信息内容。
1、一种摆翼式立轴风力机，其翼片(1)垂直安装在固定于横杠 (3)外端的调控器(2)上，横杠(3)内端与传动立轴(4)顶端连 接，翼片(1)带动横扛(2)绕传动立轴(4)旋转，其特征在于通过 安装在传动立轴(4)上的销齿轮增速机构(5)驱动与销齿轮增速机 构相连的超越离合器(6)，再由超越离合器(6)带动异步发电机(7) 发电，其翼片(1)分上、下对称的两半(11)与(12)，用短轴(13) 牢固连接，翼型中线呈弧形，凸起一面朝向风力机旋转轴心线(cc)， 翼片重心与偏摆轴心线bb重合，处于翼片气动力中心之前，调控器(2) 由扁方管(21)，活动外壳(22)和调速器(23)三个部件构成，扁方 管固定在横杠(3)外端上，活动外壳(22)联结上、下两半翼片(11) 与(12)的短轴(13)，并由调控器(2)的顺桨轴承(24)支承。
2、根据权利要求1所述的摆翼式立轴风力机，其特征在于翼片(1) 的前半部采用玻璃钢长管制成翼型外形的前壳(15)，其内安置牢固连 接的由簿板结构构成的加强翼梁(14)，翼梁根部前面固定有短轴(13)， 根部后面设有弹簧扣(16)，翼片后缘(18)用簿壁三角管制成气动外 表，翼片后部用翼肋(17)联结前壳(15)与后缘(18)，再用玻璃钢 簿膜(19)蒙在翼肋表面，制成翼型外形。
3、根据专利要求1或2所述的摆翼式立轴风力机，其特征在于调 控器(2)的扁方管(21)其前端有偏摆轴(30)和一个弧形孔(31)； 活动外壳(22)是一簿壁匣形构件，上、下两面对称位置设有一偏摆 轴孔(24)和一顺桨轴孔(25)，活动外壳后端上、下各自固定一个其 中间带有缺口(26)的扣板(27)，活动外壳一侧的开口处还固定一个 套有橡皮套(28)的挡杆(29)；装在扁方管(21)内的调速器(23) 有前端开有V形缺口(34)的滑块(32)和与滑块后端相连的调速弹 簧(33)所构成。
4、根据权利要求1或2或3所述的摆翼式立轴风力机，其特征在 于销齿轮增速机构(5)由销齿轮(50)和小齿轮(51)构成，销齿轮 (50)有金属轮毂(56)，用键(57)和风力机的传动立轴(4)组合， 其轮辐(58)，加强筋(55)和轮片(53)，抗扭框(54)都用簿板制 成，并用滚动轴承的标准滚柱(52)均匀牢固地插在轮缘周边的圆孔 内作为销齿，小齿轮(51)用硬质材料制成。
5、根据权利要求1和2或3所述的摆翼式立轴风力机，其特征在 于用超越离后器(6)连接异步电机(7)和风力机销齿增速机构(5)， 异步电机(7)直接挂电网或和柴油发电机其他电源连接。
本发明所涉及的是一种摆翼式立轴风力机。
发明人于1976年发明了这种风力机，并于1984年获得英(GB2.082.262)、美 (US.435.124)、法(0。046。370)等国外专利。经改进后于1998年又获中国专 利，专利号为88109991。0。上述专利的主要特点是，其翼片在上风和下风时能自 动偏转一个小角度，使翼片攻角保持正确角度。因此命名为摆翼式立抽风力机。 又在遇强风时翼尖能自动脱开，成为扰流片，使风力机停转，安全度过强风，又 翼片偏摆角受横杠未端的具有V形缺口的滑块控制。改变偏摆角人改变风力机的 出力，从而改变风力机的转速，滑块在离心力和弹簧作用下能自动控制翼片偏摆 角，保持风力机转速稳定，不随风速和负载改变而改变。原专利还提出了由小功 率风力机组合成为大功率风力机方案，以及竹棒桁架翼肋结构的技术等等。原发 明在工程开发过程中，暴露不少缺点，主要是偏摆机构布局不理想，工作时噪音 大，扰流片面积较小，未能保证风力机在强风时完全卸荷，由小型风力机组合成 大功率风力机的方案不现实，因为附加的支架结构成本很高，很不经济。竹棒桁 架翼肋结构工艺复杂，使成本增高，风力机本身转速很低，不宜直接带动发电机 除非采用特制超低速发电机，很不经济，又没有解决与电网联网的问题。
本发明的目的，在于针对已有专利所暴露的缺点，研制一种能抗强风，转速 稳定，安全可靠，效率高，机构简单，成本很低，质量轻，能制成各种大、中、 小型的能方便地联于电网的风力机。
本发明的摆翼式立轴风力机，其翼片垂直安装在固定于横杠外端的调控器上， 横杠内端与传动立轴顶端连接，翼片带动横杠绕传动轴旋转时，通过安装在传动 立轴上的销齿轮增速机构驱动超越离合器，再带动异步发电机发电。这种总体布 局简单实用，适用于各种大中小型风力机，解决了风机增速以便和发电机联结问 题，也解决了与电网联的问题。翼片分上、下对称的两半，穿过调控器用短轴牢 固联接，遇特大风时能靠短轴绕调控器的顺桨轴心线cc顺风转动，使整个翼片的 风压基本卸除，消除了原专利依靠翼尖卸荷由于翼尖顺风转动，使整个翼片的风 压基本卸除，消除了原专利依靠翼尖卸荷由于翼尖面积小而产生的翼片不能完全 卸荷的缺点。翼型采用弧形中线，凸起一面朝向风机旋转轴心线，这种气动力布 局大大提高了风力机的气动效率，为保证翼片自动偏摆翼片重心应与偏摆心线bb 重合，而且处于翼片空气动力中心在之前。横杠截面取流线型，旋转时减少了阻 力，增加了风力机的气动效率。
调控器由扁方管、活动外壳和调速器三个部件构成，扁方管固定在横杠外端 上，活动外壳联接翼片与扁方管，翼片在调控器支持下，随同调控器绕垂直的偏 摆轴bb摆动，在上风和下风时自动向不同方面偏转一小角度，使相对气流攻角自 动保持正确。调速器由前端开有V形缺口和后端连接有调速弹簧的滑块构成，能 在扁方管内自由滑动，翼片偏摆角的大小取决于滑块V形缺口的大小，确保风力 机恒速转动。本发明的调控器和调速器用板金和短轴构成，增加了强度和可靠性。 调速器有橡皮垫，消除了噪音。
翼片前半部用玻璃钢外壳长管制成翼型前壳，其内有薄板加强梁，后缘用 簿壁三角长管制成后缘翼型，用翼肋将前壳和后缘联接起来，再用玻璃钢薄膜 蒙翼肋表面，以完成整个翼型外型，这种玻璃钢结构翼片，工艺性好，牢固耐 用，成本也低。
翼片通过短轴可以绕调控器自由旋转，但在短轴后边，翼片和调控器之间 还有两付弹簧扣，使翼片和调控器在正常工作时牢牢扣住，翼片不能脱离调控 器自由旋转，只能随调控器共同左右偏一小角度。当风速超过正常工作风速20 米/秒时，翼片的风压超过弹簧的扣紧力，弹簧扣脱开，翼片就自由旋转进入顺 桨位置，卸除风压，以确保风力机安全。在风速回到正常时，翼片随风转动时 能自动被弹簧扣扣住，恢复正常工作状态。。
发电机连接的增速齿轮采用销齿轮。销齿轮由簿铁皮制成的轮缘、轮辐和 加强筋以及金属轮毂组成，轮缘插入一百至三百多个均匀分布的用滚柱轴承的 标准滚柱作销齿。这种销齿轮传动比大，结构简单可靠，十分经济耐用，远非 一般增速齿轮箱可以比拟，虽然其机械效率较差，但可以略增大风力机翼片长 度和旋转半径取得补偿。经济效率却好得多。
采用异步电机和超越联合器使风力机和电网挂钩，是多种机械节电装置久 已采用的技术，如电气铁路等，但在风力机中，因一般风力机调速性能很差， 所以无法利用，本发明的调速器在风洞测试中显示十分稳定的转速，所以可以 采用此技术，这在风力机方面是首创的。
根据上述特点，本发明比起专利号为88109991。0的风力机，安全可靠性 更好，效率更高，成本更低，具有更大的实用价值和经济效益。实际也证明摆 翼式立轴风力机比现有风力机的经济效益可提高一倍。这对大规模开发风能， 改变世界能源结构，减少大气污染，保护环境有重大意义。
下面结合附图对本发明的摆翼式立轴风力机的结构和工作原理作进一步的 详细说明。
附图1(a)摆翼式立轴风力机总体结构示意图。
附图1(b)摆翼式立轴风力机的俯视图。
附图2(a)翼片结构示意图。
附图2(b)翼片弹簧扣示意图。
附图2(c)翼片剖面图。
附图3调控器结构示意图。
附图4销齿轮增速机构示意图。
附图5超越离合器结构示意图。
附图1(a)图示本发明的总体结构，由2、3或4个翼片1安装在横杠3 外端上的调控器2上，横杠3装于传动立轴4的顶端，销齿轮增速机构5安装 在传动立轴4上，再通过超越离合器6与发电机7相连，风力吹动翼片1通过 调整控器2推动横杠3绕传动立轴4转动，再通过销齿轮增速机构5和超越离 合器6带动发电机7发电。图中标号8为支架。
附图1(b)是风力机的俯视图，说明风力机气动力布局。翼片1采用弧 形中线翼形，其凸起一面朝向风力机的垂轴oo，翼片的支点和偏摆轴bb重合， 而顺桨轴心线cc在偏摆轴bb之前，环行箭头表示风力机旋转方向。横杠3的 截面制成流线型，见标号(9)。其头部向前。这种气动布局有利于提高风力机 的效率。
附图2(a)是翼片的结构示意图。翼片分为上下对称的两半11与12，用 穿过调控器2的短轴13牢固连接而成，翼展很长，翼弦较窄，大的展弦比能提 高翼片的效率。翼片前壳15用玻璃钢长管制成，长管截面具有翼型的前半外形， 前壳15内有牢固连接的由簿板结构构成的翼梁14以增强翼片强度，短轴13固 定在翼梁14的根部前面，弹簧扣16固定在翼梁14的根部后面。翼片后缘18 用簿壁三角管制成气动外形，翼片后部用多个翼肋17联接前壳15与后缘18。
附图2(b)是翼片弹簧扣16示意图。它由装弹簧的插销10和扣板27组 成。前者装在翼片根部，后者装在调控器外壳22上，(见图3)风力机工作时 扣住，大风保护顺桨时脱开。
附图2(c)是翼片剖面图，cc是顺桨轴心，bb是偏摆轴心，13是连接上、 下半翼的短轴，14是簿铁皮翼梁的剖面，15是前壳，17是翼肋由具有减轻孔 的簿片20和加强筋21构成。最后用玻璃钢簿膜19蒙在翼肋17的外面，以形 成翼型的整个外形。整个翼片的翼型中线呈弧形，凸起一面朝向风力机旋转轴 心线oo，翼片重心与偏摆轴心线bb重合。
附图3是拆散的调控器2示意图。它由扁方管21活动外壳22和调速器23 三个部件组成。其中扁方管21的前端有偏摆轴30，扁方管后端插入并固定于 横杠2的末端，靠近偏摆轴30还有一环绕它的弧形孔31。活动外壳22是一簿 壁匣形构件，上下两面对称位置有两副轴承孔24与25，轴承孔24是安装顺 桨轴承的，用以支承翼片1的短轴13，其轴心线是顺桨轴心线cc，轴承孔25是 安装偏摆轴承，用以支承扁方管21前端的偏摆轴30的，其轴心线是bb。活动 外壳22后端上下各自固定一个扣板27，扣板27中间有一缺口26，此缺口26 与附图2中翼片的弹簧扣16的插销10扣合。活动外壳22一侧固定一挡杆29， 其挡杆外套有橡皮套28。扁方管21前端装入活动外壳22一侧的开口中，其偏 摆轴30由轴承25支承，活动外壳的挡杆29则穿过扁方管21的弧形孔31，其橡 皮套28处于扁方管21内，活动外壳左右偏摆时，挡杆29和橡皮套28在活动 外壳内左右移动，不接触扁方管。
风力机正常工作时，翼片上的弹簧扣16扣住活动外壳的扣板27，这时翼 片1和调控器2及活动外壳22固接为一体，能随调控器、活动外壳22一同绕 偏摆轴30的轴心线b-b左右偏摆。在上风和下风时，翼片都能保持最佳攻角， 使翼片能高效地推动风力机转动。当风速超过正常风速时，翼片上的风压很大， 能将弹簧扣16的插销10压出扣板27的缺口26，使翼片1和调控器2脱开，
翼片1在短轴13支承下能绕顺桨轴cc自由旋转，自动在风力下转入顺风方向， 几乎使翼片上上的风压全部卸除。整个风力机所受风压大强大减少，这使风力 机可设计得很轻巧，即可保证风力机的安全可靠，又可减轻重量，降低成本。 当风速回复正常时，已脱开的翼片顺风随机转动，进入扣板27时，因缺口26 两侧扣板顶面呈平坦圆弧状斜坡，弹簧扣16可轻易被压缩，翼片很容易滑过扣 板27顶面，到达缺口26时则立即被扣住。在正常风速压力下是不会被压缩脱 扣的，因缺口26开口角度很陡，确保了工作的可靠性。
调速器23由前端开有V形式缺口34的滑块32和与滑块后端相连的调速 弹簧33所构成，如附图3的3(c)所示。滑块32置于扁方管21内，能在扁 方管内自由滑动，但有调速弹簧33拉住它，能停留在离心力和弹簧拉力的平衡 点位置上。当扁方管伸入活动外壳22内时，挡杆29的橡皮套28就处于滑块32 前端的V形缺口34内。当翼片偏摆时，橡皮套28不就在V形缺口34内左右 移动，翼片偏摆角度的大下取决于V形缺口34的大下。风力机转速增大时， 离心力增大，滑快32就向外移，V形缺口34开口变小，使风力机的偏摆减小， 转速因之降低，回复到原来转速。反之相反。这种调速方法十分有效。无论风 速改变，还是负载改变，都能保证恒定转速。
为减少挡杆29、滑块32和扁方管21相互间的碰撞力和噪音，在滑块32 外侧和V形缺口34的内侧，都贴有橡皮垫片35。
附图4为销齿轮增速机构5的示意图。此机构的特色在于利用滚动轴承 的滚柱作销齿，用簿板结构制成轮辐、轮缘和加强肋等，传动比大，工艺性好， 经济效益远比一般齿轮箱高。具体结构可以多种多样，图中所示只是一个可用 的具体实例。本实例中的销齿轮50由两片簿铁皮圆轮片53和滚柱轴承用的标 准滚柱52构成，滚柱52紧压在翻边圆轮片53周边精密冲刺的匀布圆孔中，圆 轮片53装在轮毂56上，轮毂56与风力机传动立轴4，用就键57连接起来， 用抗扭框54、轮辐58和加强筋55组合成牢固而轻巧的整体。小齿轮51用硬 质材料制成，坚固耐用，成本低。
附图5是超越离合器6的结构示意图。主要有前轴60、后轴62和3个 滚柱61组成，前轴60末端有一套管63罩住后轴62的一端。套管63内壁由 几段弧形曲面64形成，滚柱61在套管63内壁和后轴62末端间活动。只有当 前轴转速超过后轴转速时，滚柱才被挤住，前轴才能驱动后轴转动，在任何其 它情况下，后轴不会推动前轴转动的。
超越离合器前轴60连接风力机销齿轮增速机构的小齿轮51，后轴62就 是异步发电机7的转子轴。
异步发电机连接电网或柴油发电机，当风速小，转速达不到电网频率时， 超越离合器6是脱开的，电机在电网电压驱动下是一空载电动机，其转子轴即 后轴62以接近电网频率的转速空转。因此在无风或风速未达到工作风速时， 小齿轮51的转速低于空转电动机的转速，所以超越离合器脱开，风力机与电动 机互不影响，后者是空转电动机。当风力机的风速达到工作风速时，其转速被 控制在略大于电网频率的稳定转速中，超越离合器6接合，风力机带动异步电 机，由电动机变为发电机发电，将电力输入电网供电。这时如果电网(或柴油 机)停电，则异步发电机单独供电。在任何情况下，电机都不会倒过来推动风 力机。
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