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1、(10)申请公布号 CN 102840099 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 0 0 9 9 A *CN102840099A* (21)申请号 201110167793.2 (22)申请日 2011.06.22 F03D 3/02(2006.01) F03D 3/06(2006.01) (71)申请人北京银万特科技有限公司 地址 100085 北京市海淀区上地十街1号院 2号楼1115室 (72)发明人不公告发明人 (54) 发明名称 导向叶片变角垂直轴风能装置 (57) 摘要 本发明涉及一种导向叶片变角垂直轴风能装 置，主要由主轴、主轴轮、叶片、叶片。
2、轴、叶片轴轮 组成，叶片由至少两片弧形片组成，叶片弧形片呈 叶片轴中心对称结构分布，叶片轴与主轴平行，可 以绕主轴旋转，主轴与叶片轴之间具有横杆结构 连接，主轴轮与叶片轴轮之间以传动部件传动连 接，主轴轮固定不可转动，与主轴同轴心，叶片轴 轮可公转与自转，叶片连接在叶片轴轮上，主轴轮 与叶片轴轮的周长比为1：2，并利用地面效应原 理，使叶片始终处于做正功的状态，形成正扭矩， 它能够最大程度地迎着风向，克服现有风机的叶 片在某些位置处做负功的状态，提高风能利用率。 这种垂直轴风能利用装置具有启动风力小、效率 高、易于维护的特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 (1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 1/1页 2 1.一种导向叶片变角垂直轴风能装置,主要由主轴、主轴轮、叶片、叶片轴、叶片轴轮 组成，其特征在于: 主轴与叶片轴之间具有横杆结构连接； 主轴轮与叶片轴轮之间可传动连接； 主轴轮固定不可转动，与主轴同轴心； 叶片轴轮可自转及绕主轴公转，叶片连接在叶片轴轮上； 叶片由至少两片弧形片组成。 2.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的主轴轮 与叶片轴轮的周长比为1：2。 3.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述叶片弧形 片呈叶片。
4、轴中心对称结构分布。 4.根据权利要求2所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的叶片的 旋转方向与风能装置的主轴旋转方向相反。 5.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的叶片对 于主轴轴心呈现中心对称结构分布。 6.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：每个主轴与叶 片轴之间的横杆结构为一个，连接于叶片轴的中部区域。 7.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的主轴轮 与叶片轮之间的传动连接为柔性传动连接，此柔性传动部件为链条或皮带。 8.根据权利要求7所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的柔。
5、性传 动部件为正时皮带。 9.根据权利要求1所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的主轴轮 与叶片轮之间的传动连接为刚性传动连接，此刚性传动部件为齿轮。 10.根据权利要求9所述的导向叶片变角垂直轴风能装置,其特征在于：所述的齿轮 部件连接方式，具有中间辅助齿轮。 权 利 要 求 书CN 102840099 A 1/4页 3 导向叶片变角垂直轴风能装置 技术领域 0001 本发明涉及一种风能利用装置，特别是一种导向叶片变角垂直轴风能装置，适合 作为风力发电机及其它动力装置。 背景技术 0002 在现有能源结构中，有很大一部分是取自于自然界的能源，如风能、太阳能、地热 能等，其中风能。
6、应用的时间最为久远，为了更好地利用风能，长期以来，人们设计了多种形 式和结构的风力发电装置，依据风力发电机旋转轴在空间方向与位置的不同，又可分为水 平方向的水平轴风力发电机和垂直方向的垂直轴风力发电机，目前应用最多还是水平轴风 力发电机，水平轴水力发电机有它的优点，如水平轴风力发电机组已经完全达到工业化生 产，配套生产与运营经验全面，但垂直轴风力发电机具有结构体积小、无方向性要求、维修 方便等特点，垂直风力发电机还具有安全、高效、噪声低、成本低、维护方便等优势。 0003 这目前的绝大部分垂直轴发电机为固定迎风角的叶片结构，这种结构有效力矩较 小，并且还可能在特定条件存在负力矩，降低了整体效率。
7、，所以影响了这种类型发电装置的 推广和应用，另外，由于风速与设置距地面的距离有关，所以，离地面越高则可利用的有效 风速就越大，而现有的垂直轴发电机叶片轴是垂直安装的，真正有效利用的只是迎风的一 面，而逆风的一面常常是做负功的，所以目前垂直轴发电机还有一些不足和缺点有待改善。 发明内容 0004 本发明目的就是提供一种启动风力小、效率高、应用范围广的横置垂直轴风能利 用装置。 0005 为了达到上述发明目的，本发明采用下述技术解决方案： 一种导向叶片变角垂直轴风能装置,主要由主轴、主轴轮、叶片、叶片轴、叶片轴轮组 成，叶片可以绕主轴旋转，主轴与叶片轴之间具有横杆结构连接，主轴轮与叶片轴轮之间可 。
8、传动连接，主轴轮固定不可转动，与主轴同轴心，叶片轴轮可自转及绕主轴公转，叶片连接 在叶片轴轮上，叶片由至少两片弧形片组成。 0006 优选的，所述的主轴轮与叶片轴轮的周长比为1：2。 0007 优选的，所述的叶片的弧形片呈叶片轴中心对称结构分布。 0008 优选的，所述的叶片的旋转方向与风能装置的主轴旋转方向相反。 0009 优选的，所述的叶片对于主轴轴心呈现中心对称结构分布。 0010 优选的，每个主轴与叶片轴之间的横杆结构为一个，连接于叶片轴的中部区域。 0011 优选的，所述的主轴轮与叶片轮之间的传动连接为柔性传动连接，此柔性传动部 件为链条或皮带。 0012 优选的，所述的柔性传动部件。
9、为正时皮带。 0013 优选的，所述的主轴轮与叶片轮之间的传动连接为刚性传动连接，此刚性传动部 件为齿轮。 说 明 书CN 102840099 A 2/4页 4 0014 优选的，所述的齿轮部件连接方式，具有中间辅助齿轮。 0015 本发明效果和特点体现在以下： 这种风能利用装置的迎风面利用率最高，而迎风角一直也在变化，叶片通过叶片轴、 叶片轴轮被传动部件及主轴、主轴轮带动，使得叶片绕主轴旋转一周，叶片绕自身的旋转轴 自转半周，这样的话，叶片在两个弧形片的作用下，回流的作用使机器始终处于做正功的状 态，形成正扭矩，它能够最大程度地迎着风向，克服现有风机的叶片在某些位置处做负功的 状态，提高风能。
10、利用率，即使在一个临界位置，也可以利用地效应产生的升力做功。这种垂 直轴风能利用装置具有结构简单、启动风力小、效率高、易于维护的特点。 附图说明 0016 图1是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的外观示意图； 图2是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的俯视图； 图3是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的叶片位于位置A时示意图； 图4是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的叶片位于位置B时示意图； 图5是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的叶片位于位置C时示意图； 图6是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的叶片位于位置D时示意图； 图7是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能。
11、装置的工作示意图； 图8是本发明提出的导向叶片变角垂直轴风能装置的侧视工作示意图。 0017 图中说明： 1为主轴； 11为主轴轮； 2为横杆； 3为叶片； 4为叶片轴； 41为叶片轴轮； 42为传动部件； 5为发电机。 具体实施方式 0018 本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集 方法及装置，因此，对现有技术中所涉及的技术方案进行了改进与提高。在现有的垂直轴风 力发电装置中，不但叶片的角度是固定不变的，而且叶片轴也是与地面垂直的，这样，随着 叶片的转动可能会受到负力矩，另外，由于风速与设置距地面的距离有关，所以，离地面越 高则可利用的有效风速就越大，也就是说。
12、，在风机的高处较低处更有效。为了避免这种情况 的发生，在本实施例中采用改进和优化的技术方案，请参考附图2，图中箭头所示为来风方 向，这个风吹向风能装置，此装置是一种导向叶片变角垂直轴风能装置,主要结构还是与 现有技术较为类似，由主轴1、主轴轮11、叶片3、叶片轴4、叶片轴轮41组成，主轴1与地面 垂直与来风方向垂直，叶片轴4与主轴1平行，并可以绕主轴1旋转，主轴1即是带动发电 机的动力轴，与主轴1相连接的还有主轴轮11，主轴轮11固定不可转动的，与主轴同轴心， 说 明 书CN 102840099 A 3/4页 5 叶片轴轮41与叶片轴4连接，叶片轴轮41可自转与绕主轴1公转，叶片3连接在叶片轴。
13、 轮41上，叶片由至少两片弧形片组成，结构上与一个微型上的S垂直轴发电装置具有类似 之处，叶片3的作用是用来将风能转化为机械动能，叶片3是固定在叶片轴4上的，与叶片 3相连接的还有叶片轴轮41，主轴1与叶片轴4之间具有横杆2进行结构连接，主轴轮11 与叶片轴轮41之间可直接传动连接，也可以以传动部件42传动连接，当风作用力叶片3上 时，由于叶片3由至少两片弧形片组成，并呈现弧形片呈叶片轴4中心对称结构分布，正向 风速会产生一个顺时针方向的力矩，同时，作用在正向弧形片的风速会产生回流作用到背 风的弧形片上去，这样就会产一力矩，并且这个力矩始终为正力矩，这个力矩会通过传动部 件42作用到主轴轮11。
14、上，而产生一个作功力矩，同时，还有风力作用在叶片3上更大的作 用力，与弧形片所产生的力矩叠加，这样整个装置就会旋转起来，整个装置可以在风的作用 力下运转起来，并且效率更高。 0019 在本实施例中，叶片3是由两片弧形片组成的，在其它应用当中可以为多片，两片 以上都可以。 0020 为了更详细地说明工作原理，定义了四个叶片3的位置，如图2中所示，相对于来 风方向定义了四个叶片3的位置，分别为位置A、位置B、位置C、位置D,其中位置A是最接 近来风的位置，此时叶片3的横杆2与来风的夹角为0度；那么，位置B是较接近来风的位 置，此时叶片3的横杆2与来风的夹角为90度；位置C是较远离来风的位置，此时叶。
15、片3的 横杆2与来风的夹角为180度；而位置D是较接近来风的位置，此时叶片3的横杆2与来风 的夹角为270度。 0021 为了能够使叶片尽可能发挥最大的作用，除了应用上述的至少两片弧形片结构以 外，更加充分地利用风能，使主轴轮11与叶片轴轮41的周长比为1：2，这样，在叶片3绕主 轴1旋转时，叶片轮轴41绕主轴轮11形成公转，同时，由于主轴轮11与叶片轴轮41之间 以传动部件42传动连接，或是直接传动连接，所以，叶片轴轮41会产生自转，由于主轴轮11 与叶片轴轮41的周长比为1：2，所以自转的角速度是公转角速度的二分之一。 0022 这样的话，叶片在不同的位置就与来风有着不同的迎风角，下面就叶。
16、片3分别在 位置A、位置B、位置C、位置D的情况作说明，如图2所示,，以及图3、图4、图5、图6中可以 清晰地看到，位置A是最接近来风的位置，此时叶片3的横杆2与来风的夹角为0度，而叶 片3与来风的夹角为45度，如图3所示；位置B是较接近来风的位置，此时叶片3的横杆2 与来风的夹角为90度，而叶片3与来风的夹角也为90度，如图4所示；位置C是较远离来 风的位置，此时叶片3的横杆2与来风的夹角为180度，而叶片3与来风的夹角为135度， 如图5所示；而位置D是较接近来风的位置，此时叶片3的横杆2与来风的夹角为270度， 而叶片3与来风的夹角为180度，如图6所示。 0023 这样，很显然，在叶片。
17、3除了在位置D不会产生正力矩以外，在其它位置都由于阻 力或是升力可以产生正的力矩，特别是在位置B时，产生的正力矩最大。 0024 另外，由图2可以看出，在该实施例受风力旋转时，旋转方向为逆时针方向旋转， 而叶片3的旋转方向为顺时针，又因为在叶片3的最外边缘所受风力最大，所以，叶片3本 身是受到一个逆时针方向的力矩的，与叶片3的顺时针旋转方向相反，也就是，在这种情况 下可能会产生一个力矩抵消的可能，这样就有可能降低整个装置的风能利用效率，为了避 免这种情况产生，在本发明中，使叶片3具有两个弧形片，如图2、图3、图4、图5、图6所示， 说 明 书CN 102840099 A 4/4页 6 并且叶片。
18、3的弧形片旋转方向与风能装置的主轴旋转方向相反，这样，在本实施例中，叶片 3的最外边缘所受风力会小于内边缘的风力，就不会出现负力矩的情况，并且会产生一个顺 时针的旋转力矩，使装置运行更加平稳和高效。 0025 由此可看出，叶片3在这种情况下为逆时针公转、顺时针自转，互为相反，并且没 有负力矩；如果叶片3公转旋转方向为顺时针，则叶片3自转旋转方向也是相反变为逆时 针，互为相反的。因而，叶片3对于主轴1轴心呈现中心对称结构分布。 0026 另外，在正常情况下，每个主轴1与叶片轴4之间的横杆2为二个，这样的结构较 为稳定，但是也较为复杂，并会影响到风能利用效率，因而，也可以是每个主轴1与叶片轴4 之。
19、间的横杆2为一个，横杆2连接于叶片轴4的中部区域，这样结构更简单，风能利用效率 更高，外观也更好看。 0027 在前述的主轴轮11与叶片轴轮41之间可以直接传动，也可以通过传动部件42来 连接，传动部件42为柔性传动连接，此柔性传动部件为链条或皮带，特别是为正时皮带。 0028 同时，所述的主轴轮11与叶片轮轴41之间的传动部件42也可为刚性传动连接， 此刚性传动部件为齿轮，当采用齿轮部件连接方式时，可以具有中间辅助齿轮。 0029 这样，这种风能利用装置的迎风角一直在变化，叶片3通过叶片轴4、叶片轴轮41 被传动部件42及主轴1、主轴轮11带动，使得叶片3绕主轴1旋转一周时，叶片3绕自身的 。
20、叶片轴4自转半周，这样的话，在所有的位置，叶片3始终处于做正功的状态，形成正扭矩， 它能够最大程度地迎着风向，克服现有风机的叶片在某些位置处做负功的状态，提高风能 利用率。如图7、8所示。 0030 因此，这种垂直轴风能利用装置具有结构简单、启动风力小、效率高、易于维护的 特点。 0031 上述的实施例不仅是一种风力发电机，更可以是一风力动力装置，可以是风能水 泵、风能气泵、风能磨机、风能制冷、风能采暖、风能机械能机等各种动力装置。 0032 虽然这里只说明了本发明的部份优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适 用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏 离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。 说 明 书CN 102840099 A 1/6页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102840099 A 2/6页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102840099 A 3/6页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102840099 A 4/6页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102840099 A 10 5/6页 11 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102840099 A 11 6/6页 12 图8 说 明 书 附 图CN 102840099 A 12 。