CN103670918B - 一种风机叶片及风轮 - Google Patents

Abstract

风力能源不需要燃料，经济环保，广泛应用在世界各地，随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，风能是目前为止技术较为成熟，历史悠久的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，本发明的目的是提供一种风机叶片及风轮，使现有风机在低风速启动难效率低功率不稳定的问题得以解决，本发明风机叶片包括：定片，动片，连接轴，弹性装置，定片和动片的一端通过连接轴活动地连接在一起，定片和动片以连接轴为中心转动，弹性装置固定安装在定片和动片上，或安装在连接轴上并固定作用在定片和动片上，定片和动片分开角度限定小于180度，合并一起形成完整升力型叶片，定片和/或动片活动的一端固定有永磁体。

Description

一种风机叶片及风轮

技术领域

本发明涉及风能利用领域，具体是一种风机叶片及风轮。

技术背景

风力能源不需要燃料，经济环保，广泛应用在世界各地，随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，风能是目前为止技术较为成熟，历史悠久的能源利用方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源，风力发电机主要有水平轴风机和垂直轴风机两大类，垂直轴风机的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展并不像水平轴风力机那么迅速，随着计算科学的飞速发展，垂直轴风力机的优异空气动力性能，尤其是达里厄风力机，渐渐为世人所认识，近年来广泛受到各国研究人员的关注，垂直轴风机的效率不断提高，解决在低风速启动难效率低功率不稳定的问题可以极大促进垂直轴风机的广泛应用，风机的效率高低及功率大小关键在于其叶片及风轮的风力性能，有合理的叶片及风轮设计可以使风机更好地把风能转化为机械能，以及通过电机转化为电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种风机叶片及风轮，使现有风轮在低风速启动难效率低功率不稳定的问题得以解决。

（1）一种风机叶片，包括：

定片，动片，连接轴，弹性装置，定片和动片的一端通过连接轴连接在一起，定片和动片以连接轴为中心转动，合并一起形成完整升力型叶片，其特征在于，定片和/或动片活动的一端固定有永磁体。

（2）如（1）所述的一种风机叶片，其中，

弹性装置具有拉力和弹力，弹性装置固定安装在定片和动片上，或安装在连接轴上并固定作用在定片和动片上，定片和动片分开角度限定小于180度。

（3）如（1）所述的一种风机叶片，其中，

永磁体对应位置有配套铁片，永磁体在定片与动片合并在一起时，永磁体与铁片相互对应，吸引在一起。

（4）如（1）所述的一种风机叶片，其中，

其活动端有多个相互嵌合的凹凸，当定片和动片合并一起时，凹凸互相嵌合限定位置。

（5）一种包含上述（1）至（4）中任一项所述叶片的风轮，以及主轴，支架；支架一端连接在主轴上，另一端连接在叶片的定片上，叶片的动片在支架与定片连接一侧。

（6）如（5）所述风轮制作使用方法，使风轮转速在一设定值的时候打开动片，即风轮转速超过这个值，动片向定片合并一起，风轮转速低于这个值，动片与定片分开，在动片与定片分开后风轮转速有一变化范围，在动片与定片合并一起后风轮转速也有一变化范围，由弹性装置，永磁体和风轮转动时的各个力来调节实施。

（7）如（6）所述的风轮制作使用方法，其中，设定值的确定为，在这个设定值风轮因叶片动片展开作为阻力型风机的输出功率与风轮因叶片动片合并作为升力型风机的输出功率相当。

根据上面（1）至（4）所述的定片和动片为阻力型叶片，呈弧形，凸面光滑，凹陷的一面可以有加强肋，合并一起成为翼型升力叶片，加强肋以增强抗折弯能力和增加风涡流阻力。

弹性装置可采用扭簧和弹簧，扭簧具有一定的弹力和拉力，安装在定片和动片的连接轴上，将扭簧的两脚分别固定在定片和动片上，使定片和动片在一定范围内转动开合，弹簧安装在定片或动片上，用以克服永磁体的磁力，使不受外力时叶片的定片和动片呈张开状态，施加外力使定片和动片间角度加大时，扭簧提供拉力，施加外力使定片和动片间角度减少时，扭簧和弹簧提供弹力；可以直接用具有弹性和拉力的弹簧，两端固定在定片和动片上，可以达到同样的目的，可以多种弹簧结合同时使用，比如一组弹簧提供拉力，另一组弹簧提供弹力，可以采用橡胶等弹性材料的装置，定片和动片的连接轴也可以换用柔性材料直接连接，需要注意材料的耐久使用性能，因定片在结构中起支持作用，受作用力比动片大，作用时间长，设计定片在整个叶片厚度中占有较大部分以增强结构强度。

永磁体可选择固定在定片活动端上，相互对应的动片位置固定有铁片，永磁体吸引铁片使定片与动片合并在一起，在这里永磁体的作用是与前面的弹性装置配合，构成一个弹力组合，使定片和动片在不同范围活动，定片活动端设多个凸起，比如小圆柱，对应的动片位置设圆孔，当定片与动片合并在一起，小圆柱插在圆孔中，限定定片与动片的位置，结构结实，凸凹可以任意设置在定片或动片上，也可以在永磁体与铁片处设凸凹。

根据上面（5）所述的风轮，其主轴可与电机相连，各支架均匀角度连接在主轴和叶片定片之间，动片在支架和定片连接一侧，支架连接在叶片的两端或两端之间各位置，静止状态时，扭簧和弹簧克服永磁体的吸引力使叶片的动片与定片呈张开的V形状态，风轮为阻力型风机，有风吹到叶片的动片与定片开口端方向，叶片的动片远离定片，扭簧呈拉力状态，在动片与定片开口端背风时，叶片的动片靠近定片，扭簧呈弹力状态，这时候定片的永磁体因为距离动片的铁片较远，吸引力小，随着转速的提高，在离心力和风压的作用下，当动片靠近定片到一定距离，离心力，永磁体吸引力和风压的力量克服定片和动片间扭簧和弹簧的弹力合并一起，以升力型风机工作，支架更可以与叶片的定片以可变攻角装置连接，比如摆动式叶片连接，可以进一步优化叶片风动性能，使风轮在较大的转速范围及尖速比范围工作时，发挥更大效率，在失速时保护叶片和风轮，叶片两端可加端片减少叶片两端扰流，这些是现有常用技术，很容易与本发明结合到一起。

根据上面（6）和（7）所述的风轮制作使用方法，小风力时，风轮以阻力型风机工作，当风力增大，风轮转速增加，风轮仍以阻力型风机工作，直到一个设定值，定片和动片间扭簧和弹簧的力量被永磁体的吸引力，离心力及风力克服而使动片与定片合并，此时风轮开始以升力型风机工作，可随风力继续增大而增加转速，设定值的确定为，在这个设定值风轮因叶片动片展开作为阻力型风机的输出功率与风轮因叶片动片合并作为升力型风机的输出功率相当，即风轮转速低于这个设定值，如果风轮仍然以升力型风机工作，其功率及效率会低于其以阻力型风机工作状态，同样道理风轮转速高于这个设定值，如果风轮仍然以阻力型风机工作，其功率及效率会低于其以升力型风机工作状态，所以必须在这个设定值变换叶片开合状态，本领域技术人员所知的简单各种风机原理在此不再重复说明。

用这种方法工作的风轮可以最大限度地利用风能，与多种以S型阻力叶片加升力叶片的风轮比较，不增加风轮尺寸，没有阻力叶片与升力叶片的干扰，与用电力启动的升力风轮比较，没有多加电子***，不消耗额外电力，简单可靠，可以直接作为驱动力或带动发动机。

附图说明

图1为本发明一种风机叶片的结构实施例图；

图2为本发明一种风机叶片内的永磁体与铁片例图；

图3为本发明一种风机叶片定片与动片合并例图；

图4为本发明一种风轮顶视图；

图中1为定片，2为动片，3为连接轴，4为扭簧，5为永磁体，6为铁片，7为弹簧，8为支架，9为主轴。

具体实施方式

参见图1-4，本发明利用简单的结构变化，使风轮在阻力型和升力型之间转化，提高风能利用率。

下面结合实施例附图对本发明实施例进行描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员根据本发明在不脱离本发明权利要求书规定的范围内的各种变更和修改，都属于本发明保护范围。

图1是本发明一种风机叶片的结构实施例图，图中1为定片，2为动片，3为连接轴，4为扭簧，5为永磁体，6为铁片，7为弹簧，其中定片，动片可以用铝板或玻璃钢等质量轻耐腐蚀而坚固的材料制作，定片和动片的凸面光滑，凹面设置加强肋板，加强肋板兼有制造风涡流增加阻力的作用，扭簧穿在连接轴上，扭簧两端连接在定片和动片上，其张力略大于永磁体的吸引力，使定片和动片在没有外力静止的时候呈张开状态，除了使用扭簧外，可以分别使用弹簧和拉簧，固定在定片和或动片的各个位置，以起到同样的作用，在本例图中不再显示。

图2是一种风机叶片内的永磁体与铁片例图，图中5为永磁体，6为铁片，永磁体凸起地固定镶嵌在定片上，永磁体表面可用铁片包裹，防腐坚固，固定在动片上的铁片制作成与永磁体相互配合的凹槽状，使永磁体嵌入其内部后不会移动滑行。

图3为本发明一种风机叶片定片与动片合并例图，图中1为定片，2为动片，3为连接轴，图中为永磁体吸引力和外力共同作用，克服扭簧和弹簧的弹力而合并一起的状态。

图4为本发明一种风轮顶视图，图中1为定片，2为动片，8为支架，9为主轴，以五叶片为例，支架与叶片定片的上端和下端连接，不阻碍动片的活动，动片可在内侧开合，叶片可在两端设置端片，减少叶片运动时的空气乱流，为避免遮挡方便说明，在此没有图示，静止状态时，叶片的动片与定片是分开的，叶片开口在迎风时张大角度，在背风时缩小角度，在低风速时，各张开的叶片使整个风轮以阻力型风机运动工作，永磁体因为距离较远不发挥作用，随着风速提高，转速也提高，叶片的动片在不断增加的离心力，风力作用下，定片和动片之间角度减少，不断向定片靠近，当达到一设定值时，动片在离心力，风力及因靠近定片而被永磁体吸引力作用下，与定片合并一起形成完整的升力型叶片，此时风轮已经具备足够启动转速，达到一定叶尖速比，而发挥出升力型风机的优势，利用风能高效率转动，反之，当风速下降，转速随之下降，到一设定值时，永磁体的吸引力不足以支持吸引动片合并在定片，动片在扭簧和弹簧作用下会张开而使风轮以阻力型转动，继续高效率地发挥作用，设定值可以通过调节动片的质量，扭簧和弹簧的拉力或弹力，永磁体的吸引力，根据叶片的翼型，叶片攻角，风机安装地的风力条件等实现，使在这个设定值风轮因叶片动片展开作为阻力型风机的输出功率与风轮因叶片动片合并作为升力型风机的输出功率相当。

Claims (2)

1.一种风机叶片，包括：定片，动片，连接轴，弹性装置，定片和动片的一端通过连接轴连接在一起，定片和动片以连接轴为中心转动，其特征在于，定片和动片为阻力型叶片，呈弧形，凸面光滑，凹陷的一面有加强肋，定片与动片合并一起形成完整升力型叶片，定片和/或动片活动的一端固定有永磁体，永磁体对应位置有配套铁片，永磁体在定片与动片合并在一起时，永磁体与铁片相互对应，吸引在一起，弹性装置具有拉力和弹力，弹性装置固定安装在定片和动片上，或安装在连接轴上并固定作用在定片和动片上，定片和动片分开角度限定小于180度。

2.一种包含上述权利要求1所述的风机叶片的风轮，所述风轮还包括主轴，支架；支架一端连接在主轴上，另一端连接在叶片的定片上，叶片的动片在支架与定片连接一侧。