CN101660498A - 轴立式风车 - Google Patents

Abstract

一种轴立式风车，其与地面垂直的主转动轴套管(2)固定在平台(1)的中央，其下方设发电机(11)。转盘(12)借M个行走轮(10)可在平台(1)上作水平转动。主转动轴(3)与转盘(12)相垂直，且从中心处上下穿过，向下经套管(2)中孔与发电机(11)连接，向上伸延与N片单向透风风帆的侧弦作纵向结合，这些风帆的下弦都固定在转盘(12)上。本发明设N片风帆，规定N≥3，而相邻两风帆之夹角α＝360°/N。本例是N＝4符合规定。当风帆的(+)面迎风时，会获取最大的风能，而当(－)面迎风时，则是通风的。这样特征的N片风帆与主转动轴(3)的组合体，只要有风，不管风向如何，都总有风帆的(+)面处于迎风之中，N片风帆轮番地获取风能，便形成了主转动轴(3)的转动，也就带动了发电机(11)完成发电任务。

Description

轴立式风车

本发明涉及风车，一种转动轴与地面垂直的风车，主要用于风力发电。

现在通用的风力发电用风车是扇叶型风车，按其转轴状态定义，可称为轴卧式风车。使用这种风车有其不足之处。1、与转动轴相连的发电机，必须置于高高的柱架上，而且容量越大，所置高度越高，这给建造增加了难度。2、必须随风向变化而改变姿态，才能正常运行，这又增加了其结构的复杂性。3、其叶片是固定的，为防风力特大情况，必须配抗强风的结构，这又加大了成本。因以上不足，现在的风力发电机，结构复杂，建造难度大，造价高，而且建成后运行与维护成本也高，经济效率并不理想，影响了风力发电的普及推广。

本发明的任务是克服扇叶型风车的不足之处，提供一种发电机功率不管多大，都是固定在一个方便操作的地方；不管风向如何变化，发电机都是固定一个姿态正常运行；与扇叶型风车固定的叶片不同，风能转化中介组件是又宽又大的，而且可升可降的风帆。其效率高操作方便；而且结构简单，建造成本低，使风力发电成为一种投入少，产出多的行业，让风能发电普惠天下这样一种风车。

本发明提供的风车为轴立式风车，它是利用风吹风帆推动转动轴转动的一种风车。它由固定和转动两部分组成。固定部分包括水平平台，其上可支承转动部分的重量，又支持转盘作水平转动，而下面的空间便是发电机的工作间；与地面垂直的主转轴套管从水平平台中央处上下穿过固定在一起，其下方设置发电机。转动部分为转盘，主转动轴和N片同规格的单向透风风帆组合而成的结合体。其中，转盘设M个行走轮，协助其能在风帆推动下绕主轴转动，并承托起整个转动部分。转盘中心固定有下穿主轴套管，向上又可一直延伸的相互垂直的主转动轴。单向透风风帆(以下称风帆)则是由方形刚性外框平网(以下称平网)和能随风飘动的横杆吊挂方形旗(以下称方形旗)组成的旗组紧贴在一起而成的复合风帆。这种风帆的两个面分别迎向对称的风时，其对风的阻力是不对称的，当有旗组这个面(以下称(+)面)迎风时，风吹旗子，旗子后飘，遇平网阻挡，把风压传给了平网，这时的风帆获取了最大风压；而当背面(以下称(-)面)迎风时，风从网眼穿过，把旗子掀起，顺利地穿越风帆而去，这时风帆受到的是很小的风压。平网的同一面的两侧弦设有控制旗组不会脱离风帆的旗杆限位条；各旗子的旗杆两端用软索串接成旗组；平网的顶弦中间设遥控软索收放器，其软索与旗组最末端的旗杆相连，当收放器完全放松时，旗子在重力作用下，会完全下降到限位条的下限点，这时的风帆便成了纯平网，而当收放器收紧时，旗组的末端旗杆升至限位条的顶限点，这时旗组把平网完全覆盖，风帆处于工作状态。平网的侧弦与主转轴的上段作纵向接合，而底弦则固定在转盘上。本发明的风帆数为N片，规定N≥3，相邻两风帆固定在转盘的夹角α＝360°/N。这样的风帆可作为单元，拼接成更大的复合风帆。设置在转盘下，平台之上的M个行走轮，M≥3，而各轮子所处位置为以转盘中心为中心的正M边形的各个顶点位置。上述特征的风车，只要有风，不管风向如何，都总有风帆的(+)面处于迎风之中，N片风帆轮番地获取风能，却不会产生阻力，便形成了转动部分的转动。

上述结构的风车与扇叶型风车相比，前者配备的发电机不须为风向变化而改变姿态，也不须为增大功率而增加高度，要增大功率只须加大风帆的面积便可，而且前者的风帆可升可降，效率更高，操作更方便。结构更简单，建造成本更低，更适宜风能发电的推广和普及。

下面结合附图绘出规格为，每帆三旗，N＝4，M＝4的轴立式风车的结构示意图对本发明作进一步详述。

图1是图2的Z→方向的侧视图。

图2是图1的F→方向的俯视图。

附图中，与地面垂直的刚性主转轴套管(2)从上可支承转动部分重量又支持转盘(12)作水平转动，下有空间(13)的水平平台(1)的中心处上下穿过并固定在一起；而发电机(11)固定在平台(1)下的空间(13)中的套管(2)的下方。刚性的主转轴(3)从转盘(12)的中心处以互相垂直状地上下穿过并固定在一起。主转轴(3)向下沿套管(2)的中孔穿过与发电机(11)连接，向上与四片单向透风风帆的平网(4)的侧弦作纵向连接，而四片平网(4)的底弦则按相邻夹角α＝360°/N＝360°/4＝90°，固定在转盘(12)上。风帆的平网(4)的同一面即(+)面的两侧的上下弦处与一对旗杆限位压条(6)的两端固定连接。三面可随风飘动的横杆吊挂方形旗(5)的横杆两端用连接软索(7)，按间距比旗子下垂时的长度稍短的规格串接成旗组。旗组接受旗杆限位条(6)的压制。旗组的第一面旗杆中间点与平网(4)顶弦的无线遥控软索收放器(9)，用收放软索(8)连接，软索(8)的长度与平网(4)的高度相若。当操作收放器(9)作全放松时，旗组会因重力全部落到限位条(6)的下限点处，如图1所示的左方的风帆，透过平网(4)的网眼可看到长长的收放软索(8)。当收放器(9)收紧软索(8)时，第一面旗的旗杆升到限位压条(6)的上限点，如图1中所示的右方风帆，这一面是(+)面，这时三面旗子(5)组成的旗组把平网(4)的全部网眼覆盖。这是工作状态的风帆。如图2所示，四个行走轮(11)布设在按以转盘(12)的中心为中心的正四边形的四个顶点位置上，这样可保证转动部分在平台(1)上的转动平稳性。在图2中，过转轴(3)的中心任作直线，都有一个必然结果，即其右方的风帆都(+)面迎风，而左方的风帆都是(-)面迎风。依这种风帆的特征，当四片风帆的收放器(9)都收紧软索(8)时，只要有风，处于右方的风帆，风吹方形旗(5)，旗(5)后飘遇平网(4)阻挡，风压便传给平网(4)风帆会向后行，因风帆的平网(4)与转轴(3)和转盘(12)是结成一个整体，所以处于右方的风帆向后行，而且是四片风帆轮番地重复着这个过程，便成就了整个转动部分的逆时针方向的转动。转动的转轴(3)沿主轴套管(2)的中孔来到平台(1)下的空间(13)中设置的发电机(11)，助发电机(11)完成发电任务。

Claims (9)

1、轴立式风车，由固定部分和转动部分组成。固定部分的特征是，与地面垂直的主轴套管(2)在水平平台(1)中心穿过，并固定在一起，发电机(11)设在套管(2)的下方。转动部分的特征是，主转轴(3)从刚性转盘(12)中心处上下穿过，并相互垂直；其向下沿套管(2)中孔，出孔与下方的发电机(11)连接；向上则与N片单向透风风帆的侧弦，即方形刚性外框平网(4)的侧弦作纵向结合，而单向透风风帆的下弦即平网(4)的下弦都固定在转盘(12)上。

2、按权利要求1中所述的单向透风风帆，其特征是，其两个面分别迎相对称的风时，其对风的阻力是不对称的。其结构特征为，能随风飘动的横杆吊挂方形旗(5)，由软索(7)连成旗组，其旗杆两端被一对限控条(6)限压在方形刚性外框平网(4)的一个面上。而平网(4)的顶弦设有软索收放器(9)。一条收放软索(8)连接收放器(9)与旗组末端旗杆的中间处。

3、按权利要求1中所述的N片单向透风风帆，其特征是，规定N≥3，而相邻两风帆之夹角α＝360°/N。

4、按权利要求1中所述的转盘(12)，其特征是M个能在平台(1)上行走的行走轮(10)各分布在以转盘(12)的中心为中心的正M边形的各个顶点位置上。

5、按权利要求1中所述的水平平台(1)。其特征是，其下方空间(13)是工作间，而上方通过M个行走轮(10)支承起整个转动部分。

6、按权利要求1中所述的轴套管(2)，其特征是，其中孔为圆孔，其内径比圆柱状的转轴(3)的直径稍大。

7、按权利要求2中所述的平网(4)顶弦所设的收放器(9)，其特征是通过无线遥控操作。

8、按权利要求2中所述，由软索(7)将旗子(5)连接成的旗组，其特征是，连接相邻两旗杆间的软索(7)的长度比旗子自然下垂时的长度稍短。当软索(8)收紧时，旗组会把整个平网(4)的网眼全部复盖。

9、按权利要求2中所述的一对旗杆限条(6)与方形刚性外框平网(4)的连接，其特征是两条限条(6)的两端分别与平网(4)的同一面的两侧顶部连接。

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