使用飞羽开闭翼系统的垂直轴水风车原动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种垂直轴水风车原动机;一种避免对具有飞羽开闭翼系统的阻力型水风车原动机的损害的技术，该飞羽开闭翼系统在从流体接收力之后通过阻力而旋转；以及一种用于组合型水风车原动机的技术，该组合型水风车原动机在阻力型水风车原动机的外周圆侧设有翼，其中，该翼通过升力而旋转。
【背景技术】
[0002]作为垂直轴阻力型风车原动机的典型例子而已知的桨式和萨渥纽斯(Savonius)式以保持的方式在受风表面上直接接收流体的力，该受风表面是相对于流体的进入方向大约垂直的表面，并且因此，尽管优点是因为能够在低风速区域中开始旋转所以移动性很好，并且能够产生大的转矩，但是不可能获得等于或高于风速的风车原动机转速，并且它们还不适合于把在高风速区域中产生的高能量高效率地转换成旋转能量。
[0003]为了提高起动性被认为差的、升力型风车原动机的初始起动性，已经开发并采用了组合型水风车原动机，其中，萨渥纽斯式阻力型叶片安装在达里厄(Darrieus)式升力型风车原动机叶片的内旋转侧，这种技术的特征在于，风车原动机已经被改进，从而能够实现从低流体速度区域到高流体速度区域的旋转。
[0004]作为组合型水风车原动机，还有一种技术，其已经通过在外周侧上将阻力型横流叶片安装在线性翼面的内侧而提高了起动性，并且还已经通过安装横流叶片使得撞击横流叶片的流体沿着叶片流动且有效撞击升力型叶片而改进了旋转效率。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利申请公开特许公报第S54-093740号
[0008]专利文献2:日本专利申请公开特许公报第S56-143367号
[0009]专利文献3:日本专利申请公开特许公报第H07-208320号
[0010]专利文献4:日本专利申请公开特许公报第H11-294313号
[0011]专利文献5:日本专利申请公开特许公报第2004-293409号
[0012]专利文献6:日本专利申请公开特许公报第2005-054757号
[0013]专利文献7:日本专利申请公开特许公报第2005-83206号
[0014]专利文献8:日本专利申请公开特许公报第2007-40239号
[0015]专利文献9:日本专利申请公开特许公报第2007-40276号
[0016]专利文献10:日本专利第4727277号
[0017]专利文献11:日本专利第4354773号
[0018]专利文献12:日本专利申请公开特许公报第2001-193629号
[0019]专利文献13:日本专利申请公开特许公报第2004-332701号
[0020]专利文献14:日本专利申请公开特许公报第2008-309132号
[0021]专利文献15:日本专利第3224023号
[0022]专利文献16:日本专利第3538816号
[0023]专利文献17:日本专利第4488697号
[0024]专利文献18:日本专利第4753399号
【发明内容】
[0025]本发明要解决的问题
[0026]几乎所有的小型升力型风力发电机都需要辅助电源用于起动，因为这些发电机不能通过自身起动。因此，要解决的问题是与辅助电源系统的安装相关的费用的增加和归因于起动所消耗的电力量而导致的风车原动机总发电量的下降。
[0027]具有垂直轴且被旋转驱动的已知的升力型水风车原动机包括线性翼式风车原动机和达里厄式风车原动机。这些水风车原动机的缺点是，虽然在高流体速度区域获得流体力，以在等于或高于流体速度的转速下旋转叶片，并且高转速产生的输出系数也高，但是在低流体速度区域的初始起动性差。在特别是就高流体速度区域的性能而言被认为优于线性翼式风车原动机的达里厄式风车原动机中，显著的缺点是当流体是风力时起动性差，即，起动迹象仅仅出现在约4m/s的风速下。
[0028]已经经常被用作升力型风力发电机的水平轴螺旋桨式基于它的叶片面积的增减、从它的安装基部到羽的顶端的横向宽度的增减、以及流线形状随着叶片截面的变化而具有多种性能特性，但是，没有做出用于更换已经安装的叶片或在操作期间改变叶片形状的装置的发明，因此还没有解决技术问题，即，仍然未解决“在高速下能旋转的叶片难以由弱风起动，相反地，能够以弱风起动的叶片难以获得高速”的问题。
[0029]水平轴或垂直轴升力型通过升力旋转而在能量转换上显示出优秀效率，因为当受到直的且稳定的风连续撞击时升力逐渐增大。不像风洞实验室中的直风，即使在风向大致恒定的时候，自然界中的风也不断地上下、左右移动，并且已经观察到，当运动变大时，在旋转中途转速突然下降。因此，技术问题是转数的变化必须被抑制到稳定水平。
[0030]存在升力型组合型风车原动机，其中，安装了用于起动的萨渥纽斯式或横流式阻力型风车原动机，从而改善初始起动性，其中技术问题仍然未解决，即，用于操作阻力型的大的受风面在高速旋转区域引起大的抗力，这是升力型的优点，但是损害了升力型风车原动机在高速区域中的特性。
[0031 ]萨渥纽斯式阻力型风车原动机具有大的受风表面并且通过在其整个表面上接收风力而产生高转矩，但是，就安装了阻力型的组合型水风车原动机而言，在强风的时候抗力进一步增大，因为升力型叶片被附加到具有大的受风表面的阻力型叶片。因此，必须解决难以对强风采取合适的措施的问题。
[0032]问题是，就组合型水风车原动机而言，在提高升力型的初始起动性的同时，必须安装一种阻力型风车原动机，其包含有显著减少抑制垂直轴升力型在高速区域中的性能的因素的技术，并且需要一种能够广泛地且更有效地把进入原动机的水力/风力能量转换成旋转能量的技术。
[0033]另一问题是，很少发现水风车原动机即使在强风时也能够发电，S卩，没被使用的区域中的能量必须被开发和利用。
[0034]解决问题的方式
[0035]存在一种方式，其用于通过将阻力型水风车原动机和升力型水风车原动机组合为组合型原动机而制造水风车原动机，从而在低风速区域到高风速区域的范围内的区域中通过一个水风车原动机有效地操作，单个阻力型水风车原动机在低风速区域开始操作，高风速区域由单个升力型水风车原动机产生。
[0036]为了进一步地改善组合型水风车原动机的起动性，存在一种方式，其使用一种机构，该机构允许由垂直地分割叶片而形成的每个小部件都在阻力型叶片对抗流体移动时打开，从而使应当接收阻力的叶片表面被释放，并且由此，流体能够被朝向叶片后侧吹动穿过叶片的所释放的间隙。
[0037]在相同方向上一体旋转的垂直轴组合型水风车原动机能够得到改善阻力型的初始起动性的优势，而且，在升力型不能从流体接收升力的上述低速区域中，由于被阻力型的阻力旋转拉动，因此升力型开始旋转，并且，这种状态作为改善旋转效率的方式是有效的，即，升力型叶片总是能够更迅速准确地捕获更好的流体力，而不使用任何初始起动电力，而且也有效地作为一种提高总发电量的方式。
[0038]当流速度进一步增大并且以等于或高于流体速度的速度旋转的升力型叶片进入高速旋转区域时，旋转方向与水/风一致的阻力型叶片的凹陷表面变成抗力表面。为了产生即使在上述场合阻力型叶片也不接收抗力的状态，机构是，在组合型水风车原动机的转速变得等于或高于被动流体速度的阶段，作为阻力型的受风表面的凹陷表面被来自凹陷表面外部的抗力自然释放，其中，抗力是从与流体方向相反的方向产生的。这是一种用于在从低速旋转区域到高速旋转区域的范围内的所有旋转区域中减小阻力型的叶片表面应当接收的抗力的方式。
[0039]为了进一步地改善起动性并增大阻力型叶片的被动面积，共用旋转轴1的多段式装置可用作解决问题的有效方式。
[0040]作为避免强风(例如台风)时的危险的措施，其中，危险出现在阻力型的大叶片面积直接接收强风且阻力型的主体倒塌的时候，存在一种方式，其通过释放阻力型的所有叶片、减小整体容积或者通过将羽滑动且聚集到旋转轴1侧来减小翼面积而避免灾害。
[0041 ]本发明的效果
[0042]通过使用垂直轴组合型水风车原动机，提供了使被动流体速度区域变宽的功能，以使一体式水风车原动机1能够操作，并且能够获得能够捕获更多的能量的效果和通过减小阻力型的水风车原动机叶片抗力来增大旋转能量的效果，在垂直轴组合型水风车原动机中，阻力型和升力型可在相同方向上一体旋转，阻力型具有在低流体速度区域中旋转的功能并且表现出减小的翼面抗力，升力型在高流体速度区域中获得高性能。
[0043]本发明的效果是，因为能够简单且即时地采用处理由高速流体引起的危险高速旋转的措施，所以由于简化了用于灾害的操作过程而降低了成本，并且节约时间。
【附图说明】
[0044]图1是垂直轴阻力型水风车原动机的、解释了基本结构的立体图。
[0045]图2是垂直轴阻力型水风车原动机的平面图，示出描绘水风车原动机的翼线形及其范围的方法。
[0046]图3是垂直轴阻力型水风车原动机的平面图，示出在使用和操作风车原动机时候的风流和羽的运动。
[0047]图4是垂直轴阻力型水风车原动机的平面图，示出在使用和操作水车原动机时候的风流和羽的运动。
[0048]图5是垂直轴阻力型水风车原动机的平面图，示出使用风车原动机时、避免危险的高速旋转时的羽的状态以及吹过的风的抗力。
[0049]图6是垂直轴阻力型水风车原动机的平面图，示出使用水车原动机时、避免危险的高速旋转时的羽的状态以及流过的水的抗力的状态。
[0050]图7是详细示出垂直轴阻力型水风车原动机的羽的旋转范围和在短方向上的羽的长度的变化的平面图，其中，图A和图C示出操作时刻，图B和图D示出避免危险的高速旋转的时刻。
[0051]图8是垂直轴组合型水风车原动机(线性翼式)的立体图。
[0052]图9是垂直轴组合型水风车原动机(达里厄式)的立体图。
[0053]图10是垂直轴组合型水风车原动机的平面图，示出起动状态。
[0054]图11是垂直轴组合型水风车原动机的平面图，示出高速旋转状态。
[0055]图12是使用伸缩装置和电机的翼折叠式水风车原动机在操作期间的平面图。
[0056]图13是使用伸缩