专利名称：具圆弧状叶片的垂直轴风车的制作方法
具圆弧状叶片的垂直轴风车技术领域
本发明涉具圆弧状叶片的垂直轴风车，属于风力动能利用的能源领域。
技术背景
达里厄式垂直轴风车中，具有跳绳曲线状的Φ型风车具有高的效率，但它不容易 启动，而且叶片制造要求较高，本发明人发现，当这种Φ型风轮所用叶片为圆弧型时，同样 具有较高的效率。中国专利03804514. 1和200720023978. 5分别介绍了使用后缘带有切口 的叶片构成的垂直轴风车，具有易于启动的优点，同时也兼顾了效率，但是这两个专利中叶 片都采用直叶片的形式，且切口部位均安排在朝向风轮轮毂的一侧，本发明人发现，当该种 叶片做成圆弧型叶片，且把切口安排在圆周外侧时，同样具有启动性能好，兼具的效率高的 特点，圆弧状的叶片无需直叶片所需的长支撑臂而直接连在风轮轮毂上，因此风车会更牢 固，而且这种圆弧状具有后缘切口的叶片易于用之构造出多种多样的风车形式。发明内容
本发明系提出一种具有圆弧形状的、后缘带有部分切缺的Φ型风轮叶片的结构， 以及用这种叶片构建垂直轴风车的方法。本发明的内容是
所述的圆弧状叶片，为一段圆弧形或一个圆环形，其横截面为鱼型，为一空腔结 构，该横截面处于圆弧凸起侧的一边，其后缘的一部分被切去，切口位于叶片厚度最大处之 后，切去部分的长度为占弦长的45 65%。如图1、图2所示。
这样的具有横截面被切去一部分后缘的叶片，当切口部分在对风时将产生一定的 阻力效应来推动风轮旋转，当风轮的旋转速度低时，这种利用气流阻力效应的作用更加明 显，有利于克服启动的阻力，增强风轮的启动能力。
本发明所述的垂直轴风车，系将复数个以上所述的带有切口的圆弧状叶片或圆环 状叶片，呈径向辐射状均勻分布地安装在一个轮毂的圆周上构成的风车，其中各叶片在轴 向上具有同等的高度，并使叶片的弦线与轮毂的圆周的切线有0 10度的夹角。
本发明所述的垂直轴风车，还可以是由复数个以上所述的带有切口的圆弧状叶片 或圆环状叶片，在轴向上分层、水平面上呈径向辐射状安装在一个轮毂的圆周上构成，构成 一个串型风车，各层风轮叶片在垂直投影的水平面上，任意相邻的两个叶片横截面，其弦线 中心点与风轮旋转中心点的连线之间的夹角θ存在以下关系所有锐角(合直角)θ之和 大于120度，优选条件为θ = 360/Σ y，其中y为叶片数。每层至少由一个叶片构成，上下 两层叶片在轴向上可以有交叉或无交叉，各层风轮的最大直径处相差不超过1/3，各层风轮 高度差不超过50%，在安装时叶片的弦线与轮毂的圆周的切线有0 10度的夹角。
本发明所述的垂直轴风车，还可以是在以上用圆弧状或圆环状叶片构成的风车的 基础上，进一步采用磁悬浮技术，构成的磁悬浮垂直轴风车。
本发明所述的磁悬浮垂直轴风车，在采用外转子发电机时，如图6所示。该外转子 发电机的定子轴69穿出外转子600之上，风轮的轮毂606套在定子轴69上，定子轴69穿出风轮的轮毂606上端，吸升的磁体盘62安装在定子轴69的顶端，在风轮轮毂606上端安 装受吸的磁体盘65，风轮的轮毂下端则连在发电机的外转子600上，其径向的磁悬浮由安 装在定子轴和轮毂间的径向磁轴承67和605承担。
本发明所述的磁悬浮风车，在采用内转子发电机时，如图11所示。该发电机壳下 装有吸升磁体盘，在转子的下出轴上装有受吸磁体盘，在转子上出轴和电机壳体间安装有 径向磁轴承。
本发明所述的磁悬浮风车，除了以上方式构成外，还可以采用市售的磁悬浮发电 机来构成。
附图1是叶片横截面和叶片形状的示意图。图中
a.叶片横截面形状b.叶片立体形状
附图2是叶片体视图的形状
附图3是由3个圆弧形叶片构成的风车示意图，图中
3a.风车示意图3b.风轮及轮毂的垂直投影31.风轮轮毂及转轴32.圆弧形叶片 33.发电机
附图4是用圆弧形叶片构成的2层串型风车的示意图，图中
4a.串型风车示意图4b.串型风轮及轮毂的垂直投影示意图41.风轮轮毂及转轴 42.上层圆弧形叶片43.下层圆弧形叶片44.发电机
附图5是用闭合环形叶片构成的风车示意图，图中
5a.风车示意图5b.风轮及轮毂的垂直投影51.风轮轮毂及转轴52.环形叶片
53.水平支撑臂54.发电机
附图6是外转子式磁悬浮风车结构图，图中
61.推力轴承62.磁吸体盘63.磁吸体64.受吸磁体65.受吸磁体盘66.圆弧形 叶片67.径向磁轴承68.径向轴承69.定子轴600.外转子601.外转子磁体602.定子线 圈603.定子604.径向轴承605.径向磁轴承606.风轮轮毂
附图7是内转子式磁悬浮风车结构图，图中
701.上层风轮圆弧形叶片702.风叶斜支撑臂703.连接斜支撑臂的水平横梁 704.连接下层风轮叶片斜支撑臂的水平横梁705.定子壳706.转子707.磁吸体盘708.磁 吸体709.受吸磁体710.受吸磁体盘711.转子下出轴712.下层风轮圆弧形叶片713.转 子线圈714.径向磁轴承715.转子轴具体实施方式
以下结合实施实例，进一步对本发明进行说明，但本发明不仅限于这些实例。
实例1 :3叶片式Φ型风车
如图3所示。该风车的风轮由3个具有切口的圆弧形风叶与风轮毂、发电机等构 成。风叶32围绕着轮毂31圆周安装，连接到轮毂上，叶片之间的夹角为120度，即3个叶 片均分轮毂圆周，发电机安装在风轮底部。
实例2 具有两层Φ型风轮的串型风车
如图4所示。该风车的风轮由上下两层Φ型风轮串联而成，每层风轮具有2个叶 片，上层风轮与下层风轮按优选条件θ =90度布置，发电机置于风轮底部。
实例3 由两个闭合的圆环型叶片构成的风车
如图5所示。该风车的风轮具有两个圆环型的叶片52，对称地置于风轮轮毂及转 轴51的两侧，水平支撑臂53穿过圆环型叶片52的中央，与环形叶片圆周上两个点相连，发 电机M则安置水平支撑臂53的下方。
实例4 具有圆弧状叶片的外转子磁悬浮风车
如图6所示。该风车的风轮由叶片66、风轮轮毂606、中心转轴69以及发电机部 分的601 604等部分构成。发电机的外转子600上连接有风轮叶片66和风轮轮毂606， 风轮轮毂606的上端安装有受吸磁体盘65，受吸磁体64安装在65上，与65相对应的上方 安装有磁吸体63，63固定在磁吸体盘62的下方，62固定安装在定子轴69上，在62与65之 间安装有推力轴承61，用于保证63和64之间留有一定的空隙，避免互相接触；在风轮轮毂 606和定子轴69之间安装有径向磁轴承67，以及保护性轴承68，用于保证磁轴承67的内外 圈之间留有一定的空隙但又不会互相撞击；径向磁轴承605也起到相似的作用。
实例5 具有圆弧状叶片的内转子串型磁悬浮风车
如图7所示。该风车为具有两层单体风轮的串型风车，叶片为本发明所述的圆弧 形叶片，图中701为上层单体风轮叶片，712为下层单体风轮叶片，702为叶片的斜支撑臂， 703、704为斜支撑臂之间的水平横梁，它们共同组成了风轮；705为定子外壳，706为转子磁 体，713为转子线圈，711为转子轴，它们共同组成了风力发电机；707为磁吸体盘，即磁吸体 磁轭，708为磁吸体，709为受吸磁体，710为受吸磁体盘，它固定在711上，它们共同组成了 磁悬浮的主要部分，将风轮及发电转子拉抬起来；714则是径向磁轴承，为一套环结构，目 的是减少风轮径向的摩擦力。
以上实例说明了如何利用这种具有后缘切口的圆弧形叶片来构建风轮及磁悬浮 串型风车的方法，但本发明并不仅限于上述实例，由于本发明的叶片可以互相进行组合，构 建出多种形式的风轮，尤其是采用串联风轮的形式，可以构建出一系列的串型风轮，因此用 本发明的原理来组合出的风轮形式是非常多的。具有本领域内专业知识的人员，完全可以 利用本发明的技术原理构建出更多的风轮，同时在磁悬浮风车方面也可以做出非常多的造 型，但只要不脱离本发明给定的必要条件和思路，不会超出本发明要求的保护范围。
此外，在磁悬浮风车方面，用市售的磁悬浮发电机配合本发明的叶片构建出风轮， 也可以方便地制造出磁悬浮风车，在此不再举例，但是亦不应超出本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，所述圆弧状叶片为一段圆弧形或一 个圆环形，其横截面为鱼型，为一空腔结构，该横截面处于圆弧凸出的一侧，其后缘的一部 分被切去，切口位于叶片厚度最大处之后，切去部分的长度为占弦长的45 65%。
2.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，风车的风轮系将 复数个以上所述的带有切口的圆弧状叶片，呈径向辐射状均勻分布地安装在一个轮毂的圆 周上，构成一个风轮，其中各叶片在轴向上具有同等的高度，并使叶片的弦线与轮毂的圆周 的切线有0 10度的夹角。
3.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，风车的风轮系将 复数个以上所述的带有切口的圆弧状叶片，在轴向上分层、水平面上呈径向辐射状安装在 一个轮毂的圆周上构成，各层风轮叶片在垂直投影的水平面上，任意相邻的两个叶片横截 面，其弦线中心点与风轮旋转中心点的连线之间的夹角θ存在以下关系所有锐角(含直 角)θ之和大于120度，优选条件为θ = 360/Σ y，其中y为叶片数；每层至少由一个叶 片构成，上下两层叶片在轴向上可以有交叉或无交叉，各层风轮的最大直径处相差不超过 1/3，各层风轮高度差不超过50 %，在安装时叶片的弦线与轮毂的圆周的切线有0 10度的 夹角。
4.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，权利要求1和权利 要求2所述风轮可以采用磁悬浮的办法构成磁悬浮风车，所构成的磁悬浮风车发电机可以 使用外转子发电机和内转子发电机。
5.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，采用外转子发电 机构成磁悬浮风车时，该风车具有以下的结构外转子发电机的定子轴穿出外转子之上，风 轮的轮毂套在定子轴上，定子轴穿出风轮的轮毂上端，吸升的磁体盘安装在定子轴的顶端， 在风轮轮毂上端安装受吸的磁体盘，风轮的轮毂下端则连在发电机的外转子上，在定子轴 和轮毂间安装有径向磁轴承，径向磁轴承分别安装在风轮轮毂的上端和下端。
6.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，采用内转子发电 机构成磁悬浮风车时，该风车具有以下的结构发电机壳下装有吸升磁体盘，在转子的下出 轴上装有受吸磁体盘，在转子上出轴和电机壳体间安装有径向磁轴承。
7.根据权利要求1所述的具圆弧状叶片的垂直轴风车，其特征在于，可以采用目前市 售的内转子和外转子磁悬浮发电机构成磁悬浮风车。
全文摘要
本发明涉及到一种圆弧状叶片以及由此叶片构成的垂直轴风车。所述叶片为一段圆弧形或一个圆环形，其横截面为鱼型，为一空腔结构，该横截面处于圆弧凸起侧的一边，其后缘的一部分被切去，切口位于叶片厚度最大处之后，切去部分的长度为占弦长的45～70％。将复数个以上所述的带有切口的圆弧状叶片或圆环状叶片，呈径向辐射状均匀分布地安装在一个轮毂的圆周上构成风轮，并使叶片的弦线与轮毂的圆周的切线有0～10度的夹角，这些叶片可以单层安装或多层安装，所构成的风轮可以通过利用磁拉力的作用使之被拉升悬空，进而构成磁悬浮的垂直轴风车，根据发电机类型的不同有外转子和内转子两种结构模式。
文档编号H02N15/00GK102032101SQ201110020070
公开日2011年4月27日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者李永平 申请人:李永平