专利名称：风力发动机的制作方法
技术领域：
本发明是关于风能利用的装置，具体涉及一种风力发动机。
背景技术：
风能是一种取之不尽，用之不竭，对自然环境无污染，可再生的新能源。为了开发利用风能，人们投入了大量的人力，物力设计制造了各式风力发动机。
近几十年来人们又发明了一种S轮型风力机。S轮型风力机记载在《清洁新能源-21世纪的能源》一书第84页中，胡成春编著。北京科学技术文献出版社，1995·7。S轮型风力是芬兰人萨沃纽斯(savonius)发明的。这是一种阻力型风力机，由两个半圆桶(或称帆叶)与一竖轴对称地连成一体而构成。为了获取较大的功率，可以将多个风轮上下重叠装在一个竖轴上。
由于这种风力机竖轴顺风运行一侧半圆桶的凹面迎着风，风对半圆桶的压力较大，而竖轴逆风运行一侧的半圆桶处于凸面对着来风，所受到风的压力较小，从而使风轮轴两侧的半圆桶获得大小不等方向相反的力矩，由于风轮轴两侧的力矩差的作用，从而使风轮半圆桶凹面迎风一侧的半圆桶顺着风向转动，另一侧凸面迎风一侧的半圆桶则被带动逆风转动，风轮每转一周，两侧的半圆桶则分别逆、顺风各一次，从而使风轮不断地转动。由于半圆桶凸面迎风时是逆着风向转动的，阻碍风轮的运转，因而这种风力机的风能利用率不高。
发明内容
为了克服上述风力发动机的不足，本发明提供了一种新式风力发动机，其目的是增强顺风运行一侧帆叶的风速，减小或消除逆风运行一侧帆叶的风速，提高风轮的转动力矩，大范围、高效率地利用垂直于风向的单位面积的风能。
以上发明目的是通过下述技术方案来实现的，所述的风力发动机包括风轮，其风轮轴设有与发电机轴相连的装置，所述的风轮，其风轮轴周围轴对称地设置多个帆叶，风轮轴的两端分别穿过设于车架上轴承坐内的轴承，车架远离风轮的一端设有车辕，车辕套在一竖直立于地基上的桅杆的外面车辕的内壁面和桅杆的外壁面滑动配合，车辕能围绕桅杆转动，桅杆周围设有定位圈将车辕定位在桅杆的某一位置，在风力作用下，车架和安装在车架上的风轮处于桅杆的下风，风轮轴水平放置并与风向垂直，在风轮和桅杆之间还设有导风帆与车架定位相连，导风帆靠近风轮的一边高于远离风轮的一边，导风帆构成的面自远离风轮的一边向着靠近风轮的一边逐惭向上倾斜，靠近风轮的一边处于风轮的上风，且与风轮轴平行并与风轮轴处于同一水平面上，导风帆能遮挡住风轮轴下侧帆叶的来风，并将该侧帆叶上风的来风导流到风轮轴上侧的帆叶上。
所述的风力发动机的车架下方再设置车轮，车轮的轴线的延长线与桅杆轴线相交，在车架下面的地基上设有与车轮相应的圆心在桅杆轴线上的圆轨道，在风力作用下车轮能沿着圆轨道围绕桅杆转动，车架的上方还设有与车架连成一体的风塔，并在风塔上设置轴承坐及相应的轴承，风轮轴水平放置且与风向垂直的风轮，其风轮轴穿过设于风塔上轴承坐内的轴承，风轮与桅杆之间设有导风帆，导风帆周边设置导风架并与导风帆的周边相连，及车架或风塔相连。
所述的风力发动机跨过风轮的上方与桅杆之间的空间位置再设置聚风帆，聚风帆远离风轮的一边靠近桅杆，并斜向下跨过风轮的上方将其对边置于风轮的外缘。聚风帆的周边可设置聚风架，聚风帆的周边和聚风架相连，聚风架通过支撑杆与车架或风塔相连。
所述的风力发动机，在导风帆和聚风帆的两侧边之间再设置侧聚帆，侧聚帆的上、下两边分别和聚风帆、导风帆相应的两侧边相连。
所述的风轮，其风轮轴的周围分别设置与风轮轴连成一体的帆叶架，各帆叶的周边分别与其帆叶架相连。
所述的含有风轮、导风帆、聚风帆及侧聚帆的其中部分部件或全部部件的风力发动机，将所含上述部件围绕通过风轮轴的水平的中垂线旋转180°使所含的上述部件上、下倒置而构成的风力发动机。
所述的含有风轮，导风帆、聚风帆及侧聚帆的其中部分部件或全部部件的风力发动机，将所含的上述部件围绕通过风轮轴的水平的中垂线旋转90°或270°使风轮轴竖直放置于两风塔中间而构成的风力发动机。
由于本发明所述的风力发动机设置了导风帆，使得风轮上风一侧的气流导流到风轮轴的另一侧的帆叶上，增大了另一侧流过帆叶的气流的流速，使得顺风运行一侧的帆叶获得较大的转动力矩，而逆风运行一侧的帆叶，因其上风的气流被导风帆遮挡，因而减少或消除了该侧帆叶运行的阻力，因而风轮的转速和转动力矩远远大于S轮型风力机。同时由于设置了桅杆，风轮能随着车架围绕桅杆转动，并始终处于桅杆的下风，因此在任何风向的风力作用下，风轮都能正常转动。
因车架下方设置车轮，并能在其水平的圆轨道上围绕桅杆转动，在风力作用下使得风轮始终处于桅杆的下风，车轮、桅杆构成较大的支撑面，可承受较大的风力发动机的自重，且耐大风龚击。车架上方设置风塔，可在两风塔之间设置较大的风轮，或多个风轮，获取较大的风能。
由于设置了聚风帆、侧聚帆，可将垂直于风向的较大范围的来风聚集到顺风运行的一侧帆叶上，使得风轮获取较大的转动动能，从而使风力发动机更有效地获取风能。
图1是所述的风力发动机第一个实施例的立体图。
图2是第二个实施例的立体图。
图3是第三个实施例的主视图。
图4是图3的左视图。
图5是图3的俯视图。
图6是第四个实施例的侧视图。
图7是第五个实施例的侧视图。
图8是第六个实施例的立体图。
图9是第七个实施例的立体图。
图10是第八个实施例的示意图。
图11是第九个实施例的立体图。
图中1.车架、2.车辕、3.桅杆、4.定位圈、5.车轮、6.发电机、7.圆轨道、8.风塔、9.轴承坐、10.轴承、11.风轮轴、12.风轮、13.帆叶、14.导风帆、15.支撑杆、16.外圆环、17.基轮杆、18.风杆、19.聚风帆、20.侧聚帆、21.轮杆、22.弧杆、23.聚风架、24.导风架、25.侧聚杆、26.风扣、a.风轮转动方向、b.气流的方向、R.风轮半径具体实施方式
图1是本发明所述的风力发动机第一实施例的立体图。车架1的一端设有车辕2，套在桅杆3的外面，桅杆3外还设有定位圈4，使车辕2定位于桅杆3的某一高度位置，使其不发生上下滑动，车辕2内壁为光滑的圆桶，桅杆3为外壁光滑的圆柱，车辕2套在桅杆3外面并与其活动配合，使车辕2能围绕桅杆3转动自如；车架1远离桅杆3的一端安置一风轮12，风轮轴11的两端穿过设于车架1上的轴承坐9内的轴承，风轮轴11的周围设置4个与风轮轴对称并连成一体的刚性帆叶13，在风轮12与桅杆3之间设置一导风帆14，导风帆14靠近风轮12的一边置于风轮12的上风，且在通过风轮轴线的水平面内，远离风轮12的一边，靠近桅杆3，其边低于靠近风轮12的一边，导风帆14能遮挡住风轮轴下侧帆叶13的来风，并将来风的气流导流到风轮轴11上侧的帆叶13上，导风帆14与车架1相连，并通过支撑杆15与车架1相连，风轮轴11与安装在车架1上的发电机6的轴相连，并带动发电机6发电，风轮12随同车架1在风力作用下始终处于桅杆3的下风。
图2是本发明所述的风力发动机第二个实施例的立体图。水平放置的车架1下方设置2个车轮5，并置于同一圆轨道7上，各车轮5的轴线其延长线与桅杆3的轴线相交于同一点，圆轨道7其圆心在桅杆3的轴线上，圆轨道7所在的平面水平放置；车架1的上方设有与其连体的两个竖直放置的风塔8，两风塔8之间设有一风轮轴11水平放置的风轮12，风轮轴11的两端穿过设于两风塔8上轴承坐9内的轴承，在风轮12与桅杆3之间设有一导风帆14，导风帆14靠近桅杆3的一边低于风轮12下缘的水平高度，其帆叶面向着风轮12的方向逐渐向上倾斜，其对边置于风轮12与桅杆3之间，且靠近风轮12的边缘处。导风帆14与车架1定位相连，并通过支撑杆15与车架1定位相连；导风帆14为刚性材料(如金属板、塑料板等不易发生变形的材料)制成的板面。风轮轴端设有与发电机轴相连的装置。
图3-图5是第三个实施例的视图图3是在车架1的上方竖直设置3个风塔的风力发动机的主视图，图4是图3的左视图，图5是图3的俯视图。3个风塔8竖直放置在同一车架1上，两风塔8之间分别设置风轮12，各风轮轴的两端分别穿过设于相应风塔8上轴承坐内的轴承，各风轮12与桅杆3之间分别设置导风帆14，车架1的下方设置2个车轮5并置于同一圆轨道7上，各风轮轴端分别设有与发电机轴相连的装置。
同一车架上可设置任意多个风塔及相应的风轮等部件。
图6是所述的风力发动机第四个实施例的侧视图。图中所示，在两风塔8之间的上下不同高度分别设置3个风轮12，各风轮轴11水平放置，每个风轮12的上方各设置一车架1，各车架的车辕2分别套在同一桅杆3的外面，并用定位圈4定位在桅杆3的各个相应的高度位置。在3个风轮12与桅杆3之间分别设置3个导风帆14，最下层的车架1的下方设置2排车轮5，分别置于圆心在桅杆3轴线上的同圆心的两个圆轨道7上；在箭头b所示的气流作用下，各风轮12向着箭头a所示的方向转动，并在箭头b所示的风力作用下，使两排车轮5分别沿着各圆轨道7运转到桅杆3向着箭头所示的一侧，各风轮轴分别设有与发电机轴相连的装置。
两风塔之间上下不限于设置1个或3个风轮，可以设置任意多个风轮及相应的部件。
图7是所述的风力发动机第五个实施例的侧视图，它是图2所示的风力发动机又设置一聚风帆19而构成的风力发动机；图中风轮12的上方又设置了一车架1，上方车架1有车辕2的一端套在桅杆3的外面，并由定位圈4定位在一适当高度，另一端与风塔8的顶端相连；跨过风轮12的上方和桅杆3之间设置一聚风帆19，聚风帆19靠近风轮12的一边，置于离桅杆3较远的一侧风轮的外缘上，该聚风帆19靠近风轮12的一边通过支撑杆15与风塔8相连；远离风轮12的一边靠近桅杆3，且与风轮12上方的车架1相连，聚风帆19可以用刚性材料制成。设置聚风帆19可使来自桅杆3风轮12上方流动的气流沿着聚风帆19的下表面聚集到风轮轴11上方帆叶13上，风力更集中，当气流向箭头b所示的方向流动时，风轮12向着箭头a所示的方向转动，从而使垂直于风向的较大截面的风能转化成风轮12转动的机械能。
图8是所述风力发动机第六个实施例的立体图，它是图7所示的风力发动机在其导风帆14和聚风帆19的两侧之间又分别设置侧聚帆20的风力发动机，两侧聚风帆20靠近风轮12的一边设有弧杆22，弧杆22的上端与靠近风轮12的一边的聚风架23定位相连；侧聚帆20远离风轮12的一边设有侧聚杆25侧聚杆25的上下两端分别和远离风轮12一端的聚风架23、导风架24端部相连，远离风轮12的聚风架23、导风架24的边长大于靠近风轮12一边的边长。侧聚帆20、导风帆14聚风帆19用刚性材料制成，其相邻边定位相连；也可以用柔质材料(指帆布、塑料膜、布料等柔软面料)制成，其周边分别和聚风架23、导风架24及侧聚杆25、弧杆22相连。侧聚帆20、导风帆14、聚风帆19构成上风口向着远离风轮12靠近桅杆3，下风口对着风轮轴上侧的帆叶13，形成从桅杆3向着风轮轴上侧的帆叶13截面逐渐变小的嗽叭形聚风道；上、下两车架1由两风塔8连成一体，各车架靠近桅杆1的一端设有车辕，分别套在同一桅杆上、下的相应位置，下面车架1的下方设有车轮5，车轮5置于圆轨道7上，在风力作用下，车轮5能沿着圆轨道7围绕桅杆3转动，使风轮始终处于桅杆3的下风。
图9是所述的风力发动机第七个实施例的立体图，图中在风轮12的各帆叶13的两侧分别设置风杆18，各风杆18靠近风轮轴的一端和风轮轴连成一体，远离风轮轴11的一端分别和风轮轴同轴线，半径和风轮12半径相等的两侧外圆环16连成一体，各帆叶13靠近风轮轴11的一边设有基轮杆17，各基轮杆17与风轮轴平行并与风轮轴的距离相等，其两端分别和相应的风杆18连成一体，各帆叶13远离风轮轴的一边分别设有与风轮轴线平行且与风轮轴线的距离等于风轮12半径的轮杆21，各轮杆21的两端分别和相应的风杆18的外端及外圆环16连成一体；各帆叶13的周边的相应的风杆18、基轮杆17和轮杆21构成帆叶架，各帆叶架及两侧外圆环16用刚性材料制成，帆叶13用柔质材料制成，各帆叶13和帆叶架用风扣26相连；风轮轴11的两端穿过与车架1连成一体的风塔8上轴承坐内的轴承10；在风轮12与桅杆3之间还设有用柔质材料制成的导风帆14，其周边设有用刚性材料制成的导风架24，导风帆14用风扣26和导风架相连，导风架24与车架1并通过支撑架15与车架1相连，车架1一端的车辕2套在桅杆3外，并用定位圈4定位于桅杆3的一适应高度，车架1下方通过连接装置连接车轮5，并置于圆轨道7上，车轮轴的轴线与桅杆3的轴线相交。
上述与风轮轴11连成一体的帆叶架用风扣26与用柔质材料制成的帆叶13的周边相连所构成的风轮12，可置换上述各实施例中的风轮12而构成的风力发动机。
图10是所述风力发动机第八个实施例的示意图。它是图7所示的风力发动机，将风轮12、导风帆14、聚风帆19围绕风轮轴水平的中垂线旋转180°使上述部件上下倒置而构成的风力发动机；图中风轮轴11的两端穿过安装在与车架1连成一体的风塔8上轴承坐内的轴承；导风帆14靠近风轮12的一边在风轮轴11与桅杆3之间，且在通过风轮轴线的水平面上，它通过支撑杆15与上方的车架1相连，与风轮轴线的距离为风轮12半径的1.05倍；远离风轮12的一边，靠近桅杆3，且高于靠近风轮12的一边，并与上方的车架1相连；聚风帆19的一边置于风轮12下方且在风轮1 2远离桅杆3一侧的边缘，该边用支撑杆15与下方车架1定位相连；另一边从风轮12的下方斜向下向着桅杆3方向延伸，其边靠近桅杆3，用支撑杆15与下方的车架1定位相连；风轮2的上、下各车架1分别用2个车辕2套在同一桅杆3的上、下相应位置，并由定位圈4定位在桅杆3的相应高度；下面车架1的下方设有车轮轴线与桅杆3轴线相交的车轮5。
具有风轮12、导风帆14的风力发动机和具有风轮12、导风帆14、聚风帆19和侧聚帆20的风力发动机也可以将所含有的上述部件倒置安装。
图11是本发明所述的风力发动机第九个实施例的立体图，它是图2所示的风力发动机将风轮12、导风帆14围绕风轮轴11水平的中垂线顺时针方向旋转90°(从桅杆3的一侧向风轮12观看)而构成的风轮轴11竖直放置于两风塔8中间的风力发动机。图中风轮轴11上、下两端分别穿过设于风轮12上、下两车架1中轴承坐内的轴承，风轮轴端设有与发电机轴相连的装置，上、下两车架1分别通过两风塔8连成一体，导风帆14竖向放置，靠近风轮12的一边处于风轮轴线和桅杆轴线所构成的平面上，与风轮轴线的距离为风轮半径的1.05倍，导风帆14的上、下两边分别用支撑15和上、下两车架相连；远离风轮12靠近桅杆3的一边与上、下两车架定位相连；上、下两车架1一端的车辕2分别套在同一桅杆3的上、下相应位置；下面车架1的下方设置2个车轮轴线与桅杆3轴线相交的车轮5。
具有风轮1、导风帆14、聚风帆19的风力发动机和具有风轮12、导风帆14、聚风帆19和侧聚帆20的风力发动机，可以将上述所含的部件旋转90°或270°将风轮轴11竖向放置的风轮置于两风塔8中间而构成的风力发动机。
权利要求
1.一种风力发动机其风轮轴端设有与发电机轴相连的装置，风轮轴(11)周围对称地设置多个帆叶(13)，其特征是，风轮轴(11)穿过设于车架(1)上轴承座(9)内的轴承，车架(1)在远离风轮(12)的一端设有与其连成一体的车辕(2)，车辕套在一竖直立于地基上的桅杆(3)外面，车辕(2)与桅杆(3)活动配合，桅杆(3)周围设有定位圈(4)，将车辕(2)定位在桅杆(3)的一相应位置，风轮轴水平放置且与风向垂直，在风轮(12)与桅杆(3)之间设有导风帆(14)，并与车架(1)定位相连，导风帆(14)靠近风轮(12)的一边高于远离风轮(12)的一边，，导风帆(14)的上表面构成迎风面，从桅杆(3)向风轮(12)沿导风帆(14)的迎风面流动的气流，被导风帆(14)导流到风轮轴(11)上侧的帆叶(13)上，同时导风帆(14)遮挡住风轮轴下方帆叶(13)的来风。
2.根据权利要求1所述的风力发动机，其特征是，所述的车架(1)下方设置车轮(5)，车轮(5)的轴线与桅杆轴线相交，在车架(1)下面的地基上设有与车轮(5)相应的圆心在桅杆轴线上的圆轨道(7)，在车架(1)上方设有与车架(1)连成一体的风塔(8)，风塔(8)上设有轴承座(9)及相应的轴承(10)，风轮轴(11)水平放置的风轮(12)，其风轮轴(11)穿过设于风塔(8)上轴承座(9)内的轴承(10)，风轮(12)与桅杆(3)之间设有导风帆(14)，导风帆(14)和车架(1)或风塔(8)定位相连。
3.根据权利要求2所述的风力发动机，其特征是，跨过风轮(12)的上方与桅杆(3)之间再设置聚风帆(19)，聚风帆(19)，远离风轮(12)的一边靠近桅杆(3)，聚风帆(19)斜向下跨过风轮(12)的上方，将其对边置于远离桅杆(3)一侧风轮(12)的外缘，聚风帆(19)的下表面构成迎风面，聚风帆(19)的迎风面与导风帆(14)的迎风面相对，气流沿着聚风帆(19)的迎风面从远离风轮(12)的一边向着靠近风轮的一边流动，使风轮(12)上方来自桅杆(3)方向较大范围的风聚集到顺着气流方向运动的一侧帆叶(13)上，所述的帆叶(13)，导风帆(14)及聚风帆(19)用刚性材料制成。
4.根据权利要求3所述的风力发动机，其特征是，在导风帆(14)和聚风帆(19)两侧边之间，分别设置侧聚帆(20)，侧聚帆(20)的上下两边分别和聚风帆(19)，导风帆(14)的两侧边相连，导风帆(14)、聚风帆(19)和侧聚帆(20)其远离风轮(12)一边的长度大于靠近风轮(12)一边的长度，导风帆(14)、聚风帆(19)和侧聚帆(20)构成大口对着桅杆(3)，小口对着风轮轴上方的帆叶(13)喇叭形聚风道，侧聚帆(20)靠近风轮(12)的一边是围绕风轮(12)两侧的外缘构成的弧状边，侧聚帆(20)为刚性材料制成。
5.根据权利要求4所述的风力发动机，其特征是，导风帆(14)周边设置与车架(1)相连的导风架(24)，导风帆(14)用柔质材料制成其周边用风扣(26)与导风架(24)相连，聚风帆(19)周边设置与车架(1)相连的聚风架(23)，聚风帆(19)用柔质材料制成其周边用风扣(26)与聚风架(23)相连，侧聚帆(20)靠近风轮(12)的一边设置弧杆(22)，远离风轮的一边设置侧聚杆(25)，侧聚帆(20)用柔质材料制成，其周边用风扣分别和弧杆(22)、导风架(24)、聚风架(23)及侧聚杆(25)相连。
6.根据权利要求1至5项的任何一项所述的风力发动机，其特征是，所述的风轮(12)，其风轮轴(11)周围设有与其连成一体的帆叶架，帆叶(13)用柔质材料制成，帆叶(13)的周边用风扣和帆叶架相连。
7.根据权利要求1至5项的任何一项所述的风力发动机，其特征是，将含有风轮(12)，导风帆(14)，聚风帆(19)及侧聚帆(20)的部分部件或全部件的风力发动机，使含有的上述部件围绕风轮轴水平的中垂线旋转180°，使含有的上述部件上下倒置而构成的风力发动机。
8.根据权利要求6所述的风力发动机，其特征是，将含有风轮(12)，导风帆(14)，聚风帆(19)及侧聚帆(20)的部分部件或全部部件的风力发动机，使含有上述部件上下倒置而构成的风力发动机。
9.根据权利要求1至5项的任何一项所述的风力发动机，其特征是，将含有风轮(12)，导风帆(14)，聚风帆(19)，侧聚帆(20)的部分部件或全部部件的风力发动机，将所含有的上述部件围绕风轮轴水平的中垂线旋转90°或270°，使风轮的风轮轴(11)竖直放置于两风塔(8)中间，风轮轴(11)上下两端分别穿过设置与两风塔(8)连成一体的上下两车架(1)中轴承座内的轴承，构成风轮轴(11)竖直放置于两风塔中间，所含的导风帆(14)，聚风帆(19)竖向放置，侧聚帆(20)分别置于风轮(12)的上方和下方的风力发动机。
10.根据权利要求6所述的风力发动机，其特征是，将含有风轮(12)，导风帆(14)，聚风帆(19)，侧风帆(20)的部分部件或全部部件的风力发动机，将其所含的上述部件围绕风轮轴水平的中垂线旋转90°或270°，使风轮的风轮轴(11)竖直放置于两风塔(8)中间，风轮轴(11)上下两端分别穿过设置于两风塔(8)连成一体的上下两车架(1)中轴承座内的轴承，构成风轮轴竖直放置于两风塔中间，所含导风帆(14)，聚风帆(19)竖向放置，侧聚帆(20)分别置于风轮(12)的上方和下方的风力发动机。
全文摘要
本发明涉及一种风力发动机，它是在车架1的一端设有与其连成一体的车辕2并套在一竖直立于地基上的桅杆3上，车架1下方设有车轮5并置于圆心在桅杆轴线上的水平圆轨道上，车架1上还可设有风塔8，风轮12的风轮轴11穿过设于风塔8上轴承座内的轴承，风轮12与桅杆3之间设有导风帆14，还可再设置聚风帆19及侧聚帆20，将风轮12上较大范范围的来风聚集到顺风运行一侧的帆叶13上。该风力发动机获取风能大，造价低，带动发电机发电，具有较大的经济效益。
文档编号F03D11/02GK1558110SQ200410001768
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月31日 优先权日2004年1月31日
发明者徐传富 申请人:徐传富