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(GB2.082.260)、 美(US4.435.124)、法(欧0.046.370)等国外专利。经改进后于1988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位 置时能自动偏摆一个小角度，使翼片攻角保持正确角度，因此命名为摆翼式立 轴风力机，又在遇强风时翼尖能自动脱开，成为扰流片，使风力机停转，安全渡 过强风。又翼片偏摆角受横杠末端的具有V形缺口的滑块控制。改变偏摆角会 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的方案，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，工作时噪声大，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，加至成本高，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，结构简单，成本低，重量轻，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立轴旋转时，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。解决了风力机增速以便和 发电机联结的问题，也解决了与电网联网的问题。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，翼片重心应与偏摆轴心线bb重合，而且处于翼片空气动力中心之前。 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变，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钣金和短轴构成，增加了强度 和可靠性。调速器有橡皮垫，消除了噪声。

翼片前半部用玻璃钢外壳长管制成翼型前壳，其内有薄钣加强梁，后缘用 薄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 还有二付弹簧扣，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，只能附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，翼片的风压超过弹璜的扣紧力，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 自动被弹璜扣扣住，恢复正常工作状态。

与发电机连接的增速齿轮采用销齿轮。销齿轮由薄铁皮制成的轮缘、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离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。实践也证明摆翼式 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摆翼式立轴风力机总体结构示意图。

附图2翼片结构示意图。

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左图示本发明的总体结构，由2、3或4个翼片(1)安装在装于横杠 (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)通过调控器(2)推动横杠(3)绕传动立轴(4)转动，再通过销齿轮机构 (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右边的俯视图是风力机气动力布局示图，翼片(1)采用弧形中线翼 型，其凸起一面朝向风力机的垂轴00，翼片的支点和偏摆轴bb重合，在翼片的 气动力中心之前，而顺桨轴心线cc在偏摆轴bb之前，环形箭头示风力机旋转方 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)内有牢固连接的由薄板结构构成的翼梁(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。其 插销(10)用弹簧压进扣板(27)的缺口(26)内，扣板(27)装在调控器上，见图3。 翼片后缘(18)用薄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)，翼肋(17)用具有减轻孔的薄片(20)和加强筋(21)构成。最后 用玻璃钢薄膜(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00，翼片重心与偏摆轴心线 bb重合，处于翼片空气气动力中心之前。

附图3是调控器(2)的组成示意图。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)是一薄壁匣形构件，上下两面对称位置有两付轴承孔(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)，其轴承线是顺桨轴心 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)一侧固定一档杆(29)，其档杆外套有橡皮套(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，活动外壳的档 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，档杆(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，几乎使翼片上的风压全部卸除。整个风力机所受风压大大减 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。当风速回恢正常时，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)开口角度很徒，确保了工作的可靠性。

调速器(23)由前端开有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，如附图3的下图所示。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，档杆(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)就在V形缺口 (34)内左右移动，翼片偏摆角度的大小取决于V形缺口(34)的大小。风力机转 速增大时，离心力增大，滑块(32)就向外移，V形缺口(34)开口变小，使风力机 的偏摆减小，风力机出力随之减少，转速因之降低，回恢到原来转速。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。

为减少档杆(29)、滑块(32)和扁方管(21)相互间的碰撞力和噪声，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，用薄钣结构制成轮幅、轮缘和加强肋等，传动比大，工艺性好，经济 效益远比一般增速齿轮箱高。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)由两片薄铁皮翻边圆轮片(53)和百多个滚 柱轴承用的标准滚柱(52)构成，滚柱(52)紧压在翻边圆轮片(53)周边百多个精 密冲剌的匀布圆孔中，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。龆轮(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。主要由前轴(60)、后轴(62)和若干 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。

本发明采用超越离合器，使前轴(60)连接风力机销龆轮增速机构的龆轮 (51)，后轴(62)就是异步发电机(7)的转子轴。

异步发电机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，龆轮 (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。

本发明采用超越离合器还解决了储能问题，即取消了投资大，易造成污染 和维护难的蓄电池。无风时仍有电用。