专利名称：垂直轴风力发电机风叶结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电机技术领域，特指一种垂直轴风力发电 机风叶结构。
技术背景
目前常见的风力发电站，大多数是使用水平轴风力发电机，水平 轴风力发电机是指风叶旋转轴的安装位置为水平的风力发电机，现在 普遍使用的是并网型水平轴风力发电机，其不足之处在于水平轴风 力发电机的机舱安装在高达20m — 50m的塔架上，大型的螺旋桨式风 力发电机的叶片回转直径有40米以上，而风能有利用价值的风速通常 都在10米/秒以上，单张叶片重达数百公斤甚至一吨以上，叶片将会 受到巨大的离心力的作用，且螺旋桨式风力发电机的叶片的受力模型 是悬臂梁结构，内力状况较差，因此对于叶片的材质有非常苛刻的要 求，需要采用碳纤维增强树脂并在非常严格的条件下制造叶片，成本 非常高，导致整个电站的建设费用高，机舱和叶片维护很不方便，制 造安装难度大，叶片还是一种易损品，对叶片的更换也造成了发电成 本的提高，这些都限制了螺旋桨式风力发电机的普及应用，且再扩大 螺旋桨式风力发电机的单机装机容量是非常困难的；另一种垂直轴风 力发电机是指风舱轴线的安装位置与水平面垂直的风力发电机，现有 的垂直轴风力发电机，其主要缺点是结构设计不合理，对风力的利 用率不高，导致设备庞大而发电量小，制造成本高，效率低。
发明内容本实用新型的目的是提供一种在各种风向下均可利用风力进行工 作的结构简单合理、发电功率强大，控制方法简单的垂直轴风力发电 机风叶结构
本实用新型的目的是这样实现的垂直轴风力发电机风叶结构， 包括有垂直轴及扇叶，其特征在于在垂直轴上周向均布有至少三组 扇叶框架，扇叶框架形成的平面竖直安装在垂直轴上，扇叶的一个边 铰接在扇叶框架的内壁上，在扇叶框架上设置有扇叶限位块，限制扇 叶的最大打开角度为小于或等于90度，在扇叶框架上靠近垂直轴的一 侧设置有一条通风孔，在扇叶的迎风面上设置有挡风条及穿透扇叶的 成排的透风小孔。
上述的扇叶垂直铰接在扇叶框架的外侧内壁上。
上述的扇叶限位块的一端铰接在扇叶框架上，扇叶限位块的中部 设置有可拉动扇叶限位块转动以便将扇叶限制在最小打开角度的绳 索，绳索的另一端通过垂直轴引入人们便于操作的位置。
上述的至少三组扇叶框架的每组扇叶框架至少有两组小框架组 成，内侧的小框架固定连接在垂直轴上，外侧的小框架铰接在内侧小 框架的外端，外侧的小框架通过固定在内侧小框架外端的定位块限制 其最大张开角度，外侧小框架完全张开后与内侧小框架处于同一平面。
上述的透风小孔为锥形孔，而且迎风面的直径大，背风面的直径小。
一种用上述的垂直轴风力发电机风叶结构制作的垂直轴风力发电 机，其特征在于将所述的风叶结构通过机械传动机构与直流或交流发 电机连接，形成垂直轴风力发电机。
本实用新型相比现有技术突出的优点是
1 、本实用新型可在任意风向下始终保持在同一旋转方向上工作， 即可在任意风向下始终保持一个转向上的风叶受力，另一转向上的叶不受力；
2、 本实用新型可根据发电功率的大小而设计风叶总面积的大小， 基本不受风叶重量的限制；
3、 由于本实用新型采用垂直轴结构，与水平轴结构的风力发电机 相比，产品结构紧凑、简单，高度降低，便于维修；
4、 本实用新型的扇叶及扇叶框架的结构简单，可用金属、塑料、 纤维等材料制作，制作容易，成本低廉；
5、 本实用新型可连接直流或交流发电机对外输出电能，根据发电 功率的大小可设计形成系列产品，适宜在2级风力以上的地区安装使 用。
图1是本实用新型的结构原理及受力分析示意图，图中的中空箭 头方向表示风向，有弧线的箭头方向表示扇叶的转动方向； 图2是图1的A—A向剖视图； 图3是本实用新型的立体示意图4是本实用新型的扇叶上的透风小孔的局部剖视图，图中的中
空箭头方向表示风向；
图5是本实用新型的扇叶全部张开后的局部示意图6是本实用新型的扇叶限位块将扇叶限制在关闭状态时的结构
示意图7是本实用新型的扇叶限位块将扇叶限制在关闭状态时、而且 将扇叶框架折叠定位后的结构示意图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本实用新型作进一步描述，参见图l一6: 垂直轴风力发电机风叶结构，包括有垂直轴10及扇叶30，其特征 在于在垂直轴10上周向均布有至少三组扇叶框架20，扇叶框架20形成的平面竖直安装在垂直轴10上，扇叶30的一个边铰接在扇叶框 架20的内壁上，在扇叶框架20上设置有扇叶限位块40,限制扇叶30 的最大打开角度为小于或等于90度，在扇叶框架20上靠近垂直轴10 的一侧设置有一条通风孔2011，在扇叶30的迎风面上设置有挡风条 301及穿透扇叶30的成排的透风小孔302，挡风条301及成排的透风 小孔302可有效地保证风在扇叶30上的停留时间及风力与垂直轴10 上的扭距的能量转化。
上述的扇叶30垂直铰接在扇叶框架20的外侧内壁上。 上述的扇叶限位块40的一端铰接在扇叶框架20上，扇叶限位块 40的中部设置有可拉动扇叶限位块40转动以便将扇叶20限制在最小 打开角度的绳索50，绳索50的另一端通过垂直轴10引入人们便于操 作的位置。
上述的至少三组扇叶框架20的每组扇叶框架有三组小框架201、 202、 203组成，内侧的小框架201固定连接在垂直轴IO上，外侧的小 框架202及203分别铰接在内侧小框架201及(相对于小框架203来 说是"内侧小框架")202的外端，外侧的小框架202及203通过固定 在内侧小框架201及202外端的定位块2012、 2022限制其最大张开角 度，外侧小框架202、 203完全张开后与内侧小框架201处于同一平面。
上述的扇叶30上的透风小孔301为锥形孔，而且迎风面的直径大， 背风面的直径小。
一种用上述的垂直轴风力发电机风叶结构制作的垂直轴风力发电 机，其特征在于将所述的风叶结构通过机械传动机构与直流或交流发 电机连接，形成垂直轴风力发电机。
本实用新型的工作原理是在垂直轴10的外表面上焊接三组扇叶 框架20，每组扇叶框架20的之间周向相距120度，参见图l:南风吹 来时，扇叶框架20东侧的扇叶30全面呈顺风状态，打开后呈"I "状，此时风阻系数最小，而扇叶框架20西侧的两组扇叶30全部关闭， 风力F可分解成分力Fl和F2，分力F1对扇叶30不作功，作用于扇 叶30上的分力F2推动扇叶30做顺时针转动，扇叶30的转动可通过 垂直轴IO及机械传动机构与直流或交流发电机连接，将风能转换成电 能，为蓄电设备充电或直接输出直流或交流电，当风力较大时，可拉 动扇叶限位块40的操纵绳索50，将扇叶30关小或关闭(参见图6)， 当扇叶30关小或关闭后，由于反方向旋转的力矩增大，使转速减慢， 以防止发电量过大将用电器损坏；当风力太大，例如台风季节，可在 关闭扇叶30的同时，拉动扇叶框架20的操纵绳索51，将扇叶框架20 折叠成图7所示的三角形状，这样，使整机的受风面积减小，而且， 正转力矩与反转力矩部分抵消，使转动速度减慢，扇叶框架20和扇叶 30不容易被大风吹坏。
上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例之一，并非以此限 制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型的形状、结构、原 理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、垂直轴风力发电机风叶结构，包括有垂直轴及扇叶，其特征在于在垂直轴上周向均布有至少三组扇叶框架，扇叶框架形成的平面竖直安装在垂直轴上，扇叶的一个边铰接在扇叶框架的内壁上，在扇叶框架上设置有扇叶限位块，限制扇叶的最大打开角度为小于或等于90度，在扇叶框架上靠近垂直轴的一侧设置有一条通风孔，在扇叶的迎风面上设置有挡风条及穿透扇叶的成排的透风小孔。
2、 根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶结构，其特征在 于所述的扇叶垂直铰接在扇叶框架的外侧内壁上。
3、 根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶结构，其特征在 于所述的扇叶限位块的一端铰接在扇叶框架上，扇叶限位块的中部设 置有可拉动扇叶限位块转动以便将扇叶限制在最小打开角度的绳索， 绳索的另 一端通过垂直轴弓I入人们便于操作的位置。
4、 根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶结构，其特征在 于所述的至少三组扇叶框架的每组扇叶框架至少有两组小框架组成， 内侧的小框架固定连接在垂直轴上，外侧的小框架铰接在内侧小框架 的外端，外侧的小框架通过固定在内侧小框架外端的定位块限制其最 大张开角度，外侧小框架完全张开后与内侧小框架处于同一平面。
5、 根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶结构，其特征在 于所述的透风小孔为锥形孔，而且迎风面的直径大，背风面的直径小。
6、 一种用根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶结构制作 的垂直轴风力发电机，其特征在于将所述的风叶结构通过机械传动机 构与直流或交流发电机连接，形成垂直轴风力发电机。
专利摘要本实用新型涉及风力发电机技术领域，即垂直轴风力发电机风叶结构，包括有垂直轴及扇叶，其特征在于在垂直轴上周向均布有至少三组扇叶框架，扇叶框架形成的平面竖直安装在垂直轴上，扇叶的一个边铰接在扇叶框架的内壁上，在扇叶框架上设置有扇叶限位块，限制扇叶的最大打开角度为小于或等于90度，在扇叶框架上靠近垂直轴的一侧设置有一条通风孔，在扇叶的迎风面上设置有挡风条及穿透扇叶的成排的透风小孔，优点是本实用新型可在可在任意风向下始终保持一个转向上的风叶受力，产品结构紧凑简单、重量轻、便于维修、制作容易、成本低廉，可连接直流或交流发电机对外输出电能，适宜在2级风力以上的地区安装使用。
文档编号F03D11/00GK201232605SQ20082011300
公开日2009年5月6日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者张国明, 陈和友 申请人:张国明