专利名称：风力设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力设备，该风力设备包括可以围绕旋转轴旋转的驱动 盘，在该驱动盘的进风侧配置有多个呈涡旋状围绕旋转轴适当排列的导流 片，使得该导流片能够将轴向流入的气流沿着径向向外排出，从而推动所述 驱动盘。
背景技术：
US 143 3 995公开了这样一种风力设备。这一美国专利所描述的风力设 备基于一种驱动盘形式的螺旋桨，其具有相对于半径方向斜置的叶片状导流 片。驱动盘安装在驱动轴上，驱动轴在悬挂装置范围内具有滑环，当驱动盘 也就是曲轴旋转时，滑环就会使得连杆执行往复运动。按照该发明所述，例 如可以利用往复运动的连杆来驱动泵，从而借助该发明实现自主、自动泵送。
在早期提出该发明申请的时候，也就是上世纪的二十年代，由于还不能 保证大范围集中供电，因此需要独立供电，而如今尽管能够进行大范围供电， 但仍然存在使用再生能源的需求，目的在于节电，或者保证以孤岛运行方式 供电。后者特别适用于看起来因为电能需求量不大而不值得铺设电线之处。
如今主要通过大型工业用风力设备来利用风能，但是也完全可以将风能 应用于个人家居生活。类似于屋顶上经常可以看见的家用太阳能集热器一 样，长期以来人们也在思考如何将风力应用于个人生活领域。例如DE 19615087 Al就公开了一种涡轮状的风力机械，DE 19506946 Cl甚至打算利 用建筑物立面的阻风或导风作用，方法是在建筑物的桁架之中安装风道，在 风道中通过气流驱动涡轮机来发电。
只有将发电机安装在户外空地上的风力设备上，才能有足够的风流过发电机，但这对于个人使用者而言，通常是难以实现的事。
同样也很少能够通过安装风道的方式将房屋的整个桁架用来发电，而且 只有当建筑物对准风向的时候，才有这样的可能性。
发明内容
鉴于这一背景，本发明的任务在于提供一种不仅可供个人使用者以节约 占地空间的方式进行安装、还能针对使用者的需求进行调整的风力设备。
采用一种符合权利要求1所述特征的风力设备，即可做到这一点。本发 明所述风力设备的其它合理实施方式均在相关从属权利要求中予以阐明。
本发明所述的风力设备主要由驱动盘构成，该驱动盘上排列有多个导流 片。这些导流片呈涡旋状排列在通常为圆形的驱动盘的旋转轴周围，使得轴 向(实际上是从正面)吹向驱动盘的气流能够从驱动盘中心沿径向向外排出。 由于导流片呈涡旋状排列在驱动盘上，因此径向偏转的气流可使得驱动盘朝 向旋转方向转动，之所以如此，是因为驱动盘被安装在可以相对其转动的壳 体之中。该壳体具有轴向进气口以及径向排气口，吹向风力设备的风可以穿 过所述径向排气口。在壳体的背面、也就是与进气口相对的一侧设置有托架， 利用该托架可以将本发明所述的风力设备悬挂在某一个平面上，尤其可悬挂 在某一个墙壁上。然后就可以借助适当的传动构件，将驱动盘的旋转运动传 递给发电机，再由发电机转换成电能。按照风力设备的这种实施方式，可以 将其固定在某一处墙壁上，因此任何人均可将其安装就位，不会发生过多的 费用。这里涉及的是一种能够在很小范围内利用风能的一种解决方案。
为了使本发明所述风力设备实现尽可能高的效率，可以采用各种各样的 结构设计方案来提高风力设备元件的效率。例如导流片可以从驱动盘上垂直 向上突起，以使得导流片能够捕捉斜吹到驱动盘上的风。按照另一种实施方 式所述，也可以让导流片相对于驱动盘适当倾斜，使得导流片与驱动盘相交成锐角，也就是使导流片朝向驱动盘的表面倾斜。此外还优选使得导流片至 少向外逐渐升高，从而可以使吹向驱动盘的气流更加平缓地导入到由导流片 所构成的流道之中。所述导流片具有机翼的压力分布特性，因此可以用来将 风力设备工作过程中所产生的噪声、也就是通过挡风作用将导流片边缘上所 产生的噪声减小到最低程度。这使得本发明所述的风力设备可以应用于个人 家居生活领域。尽管导流片呈扁平状终止于驱动盘的边缘区域内，但在其流 动分离边上具有凹口，这也是合理的。因为这些凹口同样也可使得进入到风 力设备之中的气流在位于径向外侧的导流片边缘区域内不会被轻易分离而 产生很大噪声，而是可以消减所产生的噪声。
为了改善效率，尤其是在叶片区域内更好地捕捉、引导风，可在靠近旋 转轴的区域内给叶片配置一些折边，这些折边为风扇叶片形式，能够更好地 捕捉流入到叶片区域内的气流。
另一种改善风力设备效率的方法是在进气口区域内配置漏斗形边框， 使得流向进气口的气流经由斜置的漏斗壁倾斜地吹向导流片，从而具有径向 运动分量。
这种漏斗形边框还可用来消减导流片外边缘上形成的噪声，因为这种边 框具有屏蔽噪声的作用。
该边框可以通过分割边而被划分为适当相交成一定角度的内侧面和外 侧面，从而将流向内侧面的空气导向驱动盘，并且将吹向外侧面的空气从装 置侧面排出。吹向外侧面的一部分气流所产生的流动有助于使空气沿驱动盘 的径向流动方向排出。经过优化设计的外侧面边缘能够对径向排气口产生正 面影响，因为可在漏斗形边缘后面产生负压，这有助于使空气从驱动盘沿着 径向向外排出。这样可防止在径向排气口区域内出现背压，因此该措施有助 于提高风力设备的效率。
为了能够利用风力设备的作用力，需要以任何一种形式使其偏转，并且将力传递给某一个取力器，尤其是将转动能传递到驱动轴上的用于产生电能 的发电机上。驱动盘最好具有滚花，例如具有齿弧，齿轮或者恰当的齿形皮 带或其它形式的皮带可以啮合在该齿弧之中。尤其可以给驱动盘配置附件， 例如配置辅助的滚花盘，以借助该滚花盘将力从风力设备传递给发电机。也 可以使用各种各样的附件，使得使用者能够选择将力传递给发电机或者传递 给其它任意一种能量接收装置的形式。也可以直接或者通过具有滚花或齿弧 的转向装置来连接发电机或另一种能量接收装置。
由于要制成尽可能轻巧的驱动盘，而轻巧的驱动盘会被轻微的风力所驱 动，因此当风力较大时，驱动盘会因为交变的风速而以交变的速度旋转，这 样会使得发电量不均匀。为了调整驱动盘使其适应较大的风速，可以给其配 置质量盘，该质量盘可以相对于标准值提高驱动盘的重量或质量。该质量盘 的作用在于将风能以转动能也就是以动能形式暂时存储起来，质量盘也可根 据需要以可拆卸的方式与驱动盘相连，当预期风力较强时，使用者可以根据 需要加上质量盘，而当风力较弱时，则可卸去质量盘。为了让使用者省去这 一额外的操作步骤，质量盘最好通过离心式离合器与驱动盘相连，这样只有 当离合器达到一定的旋转速度时，才会使得质量盘与驱动盘一起转动，或者 通过增大的风压使得质量盘与驱动盘结合在一起。这样可以使得驱动盘的效 率更加均匀，或者使其运转更加平稳。
尤其当驱动盘半径较大时，可以将驱动盘分解成多个扇形部分，使其具 有模块化结构。并且可将驱动盘安装在基盘上，因为可以使用比较小的机床 和运输装置，因此可使制造、运输及仓储明显得以简化。此外如果是大小相 同的扇形部分，则可明显简化制造工艺。
如果驱动盘半径较大，那么尤其适合作为基盘的是辐条轮，其不仅稳定 性好，而且重量比较轻。外环可以具有较大的重量，以使得驱动盘以及整个 风力设备具有较高的运转稳定性。如有必要，还可以通过适当的配重来调整辐条轮或者驱动盘。
承托壳体的托架最好可以固定在墙壁上，尤其可以将能够固定在墙壁上 的支架安装在托架下方。但也可以对这一发明思想加以改进，在墙壁固定构 件的区域内给托架配置铰链，从而不必将托架固定在墙壁上的某一位置上， 而是可根据需要使其随风转动，以便获得更好的效率。在这种情况下，也可 以在必要时将本发明所述的风力设备从通道向外翻开，否则将需要较大的安 装空间。为了将托架保持在围绕铰链转动后的某一位置，托架还可以具有定 位弓架，以防止因逆风而意外收折。
按照风力设备的另一种实施方式所述，托架安装在安装框架上，从而可 以在户外将其安装于某一个平面上。适合作为这种平面的例如有平屋顶，气 流可以毫无阻碍地穿过平屋顶。最好给安装框架配置底板，通过底板可将安 装框架与底座相连。按照风力设备的这种可安装方式的改进实施方式所述， 可以将安装框架相对于壳体朝向各种不同的方向偏转。如果所使用的摆动轴 垂直于风向也就是进气方向，则特别有益。还可以给安装框架配置一些轴向 布置的偏转构件。这些偏转构件大致为偏转板形状，由于风力设备可以摆动， 因此当风斜吹到风力设备上时，就会使风力设备转动，使得风力设备可以按 照流入的气流方向自动对准风向。这样，沿任意方向吹向风力设备的气流都 可以被有效利用。
让驱动盘两侧均具有导流片，就可以使得风力设备能够在两个方向工 作。就这种实施方式而言，同样也可在驱动盘两侧均布置漏斗形边框。视导 流片以相同方向或者相反方向排列，驱动盘的旋转方向随着受风侧的变化而 改变或者保持相同。例如当想要利用交变的气流时，例如当全天风向从海面 刮向陆地、并且反向从陆地刮向海面时，就可以使用这种布置形式。
以下将参照附图根据实施例对本发明进行详细解释。在附图中
图1为从上朝向进气方向观察的驱动盘的俯视图，
图2为具有中间环以及滚花盘的驱动盘的分解图，
图3为由多个扇形部分构成的另一种驱动盘的分解图，
图4为图1所示驱动盘的局部透视图，该驱动盘的导流片上具有折边，
图5为两侧均具有导流片的另一种驱动盘的透视图，
图6为从斜下方观察的一种本发明所述风力设备的透视图，该风力设备
包括用于固定在墙壁上的托架，
图7为从斜后方观察图4所示风力设备的透视图，
图8为从斜上方观察的风力设备另一种实施方式的透视图，该风力设备 包括漏斗形边框以及可以逆风偏转的固定装置，
图9为图8所示风力设备的一种实施方式的局部透视剖面图，该风力设 备包括漏斗形边框，
图10为从斜后方观察图6所示风力设备的透视图，
图11为从斜上方观察安装在可以围绕两个摆动轴摆动的安装框架上的 风力设备的另一种实施方式的透视图，以及
图12为从斜前方观察安装在固定于底板上的安装框架上的风力设备的 另一种实施方式的透视图。
附图标记清单
1风力设备， 2驱动盘， 3旋转轴， 4导流片， 5凹口， 6滚花盘， 7滚花， 8中间环， 9折边， 10壳体， 11托架， 12墙面安装支架， 13进气口， 14排气口， 15发电机， 16漏斗形边框， 17铰链， 18定位弓架， 19力传递构件， 20安装框架， 21底板， 22摆动轴， 23分割边， 24内侧面， 25外侧面， 26流动分离边，27扇形部分， 28辐条轮， 29连接构件， 30质量环。
具体实施例方式
图1所示的驱动盘2具有一排导流片4，这些导流片4呈涡旋状排列在 旋转轴3周围。图中所示的驱动盘2是风力设备1的一部分，可将直接吹向 风力设备1、即从正面吹向驱动盘2的气流转变成为驱动盘2的旋转运动。 迎面气流垂直吹向驱动盘2，且必须沿径向偏移，从而将气流挤压到由导流 片4所构成的通道之中。这些导流片具有机翼的作用，可使得驱动盘2围绕 旋转轴3旋转，同时可利用驱动盘2背面上的滚花将旋转运动传递给发电机。 这种布置形式的优点在于可以将其平装在墙壁上，因此不需要有风穿过的 场地。只要风吹向正面，也就是吹向房屋立面即可。因此这种布置形式适合 于个人使用者，可以将这种风力设备安装在常见的房屋墙壁上。
图2所示为图l所示驱动盘2的分解图。除了驱动盘2之外，还包括另 一滚花盘6，该滚花盘内圆周上的滚花7可以与连接发电机15旋转轴的齿轮 啮合。以这种方式和方法可以将气流所驱动的驱动盘2的旋转运动间接或直 接传递给发电机15。驱动盘2上的导流片4在其流动分离边区域内具有多个 凹口5，在这些凹口处可以阻挡离开风力设备1的气流，使得气流沿径向从 风力设备1的壳体10向外流出，从而能够将气流在相应风力设备1的区域 内产生的噪声保持在最低水平。
图3所示为驱动盘2的一种制造方式，驱动盘具有辐条轮28作为基盘。 该基盘上安装有多个扇形部分27，每个扇形部分27为四分之一圆。在驱动 盘2中心具有用来固定旋转轴的凹口，扇形部分27在该凹口区域内通过适 当的连接构件29与辐条轮28相连。辐条轮28的重量比较轻，可用来实现 稳定、轻巧的结构。通过质量环30来限定辐条轮28的周长，该质量环具有 可供驱动盘2稳定运转的重量。采用将驱动盘2分割的方式，既有利于制造、
12也有利于运输风力设备1。
图4所示为图1所示驱动盘2的一种实施方式，该驱动盘上的导流片4 具有折边9，利用该折边可将流入驱动盘2区域的气流朝向驱动盘2挤压， 从而提高风力设备1的效率。还可以按照一种改进实施方式所述，使得导流 片4同样也相对于驱动盘2斜置，以便进一步促进这种作用。
图5所示为两侧均具有导流片4的另一种驱动盘2。可以在两侧均受到 风力作用的风力设备1中使用这种驱动盘2。在这种情况下，当空气流动转 向时，例如在海滨从日间风向变为夜间风向时，可不必重新对准风力设备1。 而且通过选择导流片的排列方向(涡旋方向)，就可以决定驱动盘2在受到 不同方向的风力作用时是以不同的旋转方向旋转还是以相同的方向旋转。
图6所示为一个完整的风力设备1，驱动盘2安装在壳体10之中。壳体 IO具有中心轴向进气口 13，气流通过该进气口吹向驱动盘2。气流从驱动盘 2沿径向排出，然后通过径向排气口 14从壳体10向外排出。在壳体10背面 设置有托架11，用来将图中所示的风力设备1安装到墙壁上。这样就可以将 风力设备1直接平装在某一处墙壁上，使得吹向该墙壁的气流能够推动驱动 盘2以及与该驱动盘连接的发电机15。通过这种方式使得个人家居生活也能 利用吹向房屋的风能，且不必为此采取大规模的建筑措施。
图7所示为之前所述利用墙面安装支架12将风力设备1安装在托架11 上的形式，从这一后视图上可以看出，发电机15借助于齿轮与驱动盘2上 的滚花7接合。当驱动盘2在流入的空气的作用下旋转时，与驱动盘2相连 的滚花盘6以及滚花7就会一同旋转。通过转动滚花7使得滚花7区域内的 齿相对于发电机15侧向运动，从而驱动安装在发电机15的驱动轴上的齿轮。 这样就可产生电流，该电流可供应给蓄电池或者其它蓄电装置。
图8所示为风力设备1的另一种实施方式，该风力设备可利用铰链17 安装在墙面上。将风力设备1仅仅固定在具有铰链17的两个点上，不仅可以将风力设备1平装在墙壁上，而且可使风力设备从墙壁向外摆动，从而适 于转向吹向墙壁的气流。为了能够更好地捕捉气流，图中所示风力设备l的
轴向进气口 13具有漏斗形边框，以使得对准进气口 13流入的气流能够沿径 向相对于驱动盘2略微偏转，从而保证提高效率。在铰链17对面设置有定 位弓架18，用来相对于墙壁对风力设备进行定位。这样就可以将风力设备l 固定在某一个位置，从而不会因为风压而导致风力设备1发生错位。
图9所示为另一种漏斗形边框16，该漏斗形边框16具有分割边23。该 分割边23将漏斗形边框16划分成内侧面24和外侧面25。吹向内侧面24 的空气被导向驱动盘2，而吹向外侧面25的空气则通过流动分离边26沿径 向离开驱动盘2转入到排气侧区域之中。在流动分离边26后面将形成吸气 压力，可辅助驱动空气沿径向从驱动盘2排出，从而改善该装置的效率。此 外，该漏斗形边框还可起到噪声防护作用，可消减导流片4外侧边缘区域内 所产生的空气噪声。
图10所示为从斜后方观察的图8中所示的风力设备1，从图中可以看出， 托架11的结构比较窄，用于将风力设备1安装在墙面上的铰链17以及定位 弓架18均固定在该托架上，因此在壳体10后面没有安装发电机的空间。因 此在此情况下，可将发电机15安装在驱动盘2的旋转轴中心，并且通过绕 在驱动盘2周围的皮带被驱动盘2转动，从而利用力传递构件19将力传递 给发电机15。
图11所示为风力设备1的另一种实施方式，该风力设备1的壳体支撑 于安装框架20上。通过摆动轴22在壳体与安装框架20之间进行连接，使 得壳体的方位角度可以调节，从而使得风力设备1能够对准相应的气流。风 力设备同样也可在安装框架20和底板21之间的偏移范围内摆动，从而可以 任意选择风力设备1的方位。利用底板21可以将风力设备1固定在任意位 置上。但"底板"这一说法并不掩饰也可将这种板固定在顶棚或者墙壁上。图12所示为本发明所述风力设备1的另一种实施方式，图中所示的安
装框架可用来进行户外安装。例如可以在车库屋顶上进行安装，利用这种安
装框架20能够很方便地将风力设备1安装到屋顶上。这样，吹过屋顶的风 可通过进气口 13进入壳体10之中，并在驱动盘2的导流片4中经过偏转之 后通过排气口 14向外导出。这种实施方式的突出优点是可以折叠，从而能 够以节省空间的形式存放、运输这种风力设备。按照这种实施方式，也可以 将发电机15安装在壳体10下方，通过围绕驱动盘2圆周的传动构件(例如 齿形皮带)将力传递给发电机15。
上述风力设备也可在个人家居生活领域用来转换风能。本发明推荐的是 一种简单的风力设备，只要将其固定在房屋墙壁上，就可将吹向房屋墙壁的 风转换成电能。
权利要求
1、一种风力设备，该风力设备包括能够围绕旋转轴(3)旋转的驱动盘(2)，在该驱动盘的进风侧配置有多个呈涡旋状围绕所述旋转轴(3)排列的导流片(4)，使得所述导流片(4)能够将轴向流入的气流沿着径向向外排出，从而推动所述驱动盘(2)旋转，其特征在于，所述驱动盘(2)安装在具有轴向进气口(13)和径向排气口(14)的壳体(10)之中，该壳体在与所述进气口(13)相对的一侧设置有用来悬挂所述壳体(10)的托架(11)。
2、 根据权利要求1所述的风力设备，其特征在于，所述导流片(4)垂 直于所述驱动盘(2)向上突起。
3、 根据权利要求1所述的风力设备，其特征在于，所述导流片(4)与 所述驱动盘(2)相交成锐角。
4、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述导 流片(4)至少向外逐渐升高。
5、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述导 流片(4)在所述驱动盘(2)的靠近旋转轴(3)的区域内具有沿径向向外 延伸的、相对于所述导流片(4)斜置的折边(9)。
6、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述导 流片(4)在所述驱动盘(2)的边缘区域内以扁平的流动分离边终止，所述 流动分离边上具有至少一个凹口 (5)。
7、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述进 气口 (13)处配置有漏斗形边框(16)。
8、 根据权利要求7所述的风力设备，其特征在于，所述漏斗形边框(16) 通过分割边(23)被划分为内侧面(24)和外侧面(25),从而将吹向所述 内侧面(24)的空气导向所述驱动盘(2)，并且使得吹向所述外侧面(25) 的空气从所述驱动盘(2)排出。
9、 根据权利要求8所述的风力设备，其特征在于，所述外侧面(25) 在所述驱动盘(2)的排气区域内形成流动分离边(26)，使得吹向所述外侧 面(25)的空气在该流动分离边(26)后面形成吸气压力。
10、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述驱 动盘(2)具有滚花(7)或者齿弧，用于将力传递给力传递构件(19)，优 选传递给传动皮带或者传动链。
11、 根据权利要求IO所述的风力设备，其特征在于，所述驱动盘(2) 与发电机(15)形成作用连接，尤其是通过所述滚花(7)或齿弧以直接方 式或者通过转向装置形成作用连接。
12、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，在所述 驱动盘(2)的与所述进气口 (13)相对的一侧配置有附加的质量盘。
13、 根据权利要求12所述的风力设备，其特征在于，所述质量盘以能 够拆卸的方式与所述驱动盘(2)相连。
14、 根据权利要求13所述的风力设备，其特征在于，所述质量盘通过 离心式离合器与所述驱动盘(2)相连。
15、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述驱 动盘(2)由多个尤其是相同的扇形部分(27)组合而成。
16、 根据权利要求15所述的风力设备，其特征在于，所述扇形部分(27) 被设置于辐条轮(28)形式的基盘上，并且通过连接构件(29)与该基盘相 连。
17、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述驱 动盘(2)借助配重实现均匀的径向和/或轴向质量分布。
18、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述托 架(11)具有用来固定在墙壁上的构件(12)。
19、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述托 架(11)具有至少一个用来固定在墙壁上的铰链(17)。
20、 根据权利要求19所述的风力设备，其特征在于，在所述托架(11) 的与所述铰链(17)相对的一侧设置有附加的定位弓架(18)。
21、 根据权利要求1—17中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述 托架(11)与安装框架(20)相连。
22、 根据权利要求21所述的风力设备，其特征在于，所述安装框架(20) 借助底板(21)与底座相连，且所述安装框架(20)能够相对于所述底板(21 ) 偏转。
23、 根据权利要求22所述的风力设备，其特征在于，所述安装框架(20) 还能够围绕第二摆动轴(22)偏转，且该第二摆动轴优选垂直于第一摆动轴。
24、 根据权利要求22或23所述的风力设备，其特征在于，所述壳体(10) 在背向所述进气口 (13)的一侧沿径向配置有偏转构件，从而能够在流入的 气流作用下使所述壳体(10)自动对准风向。
25、 根据上述权利要求中任一项所述的风力设备，其特征在于，所述驱 动盘(2)的两侧均配置有所述导流片(4)，因此所述驱动盘(2)能够从两 侧受到风的作用。
26、 根据权利要求25所述的风力设备，其特征在于，所述驱动盘(2) 两侧的所述导流片以相同方向或者相反方向排列。
全文摘要
本发明涉及一种风力设备。已知的风力设备均具有轴向进气口和径向排气口，因此能够实现非常扁平的结构型式。但这些风力设备正是由于其结构型式而不适合家庭使用。本发明意在提供一种可供个人使用者使用的风力设备。这种风力设备设置于可利用托架安装在墙壁上或者竖立安装的壳体之中，从而使得任何人均可在很小的空间使用该风力设备。
文档编号F03D1/04GK101624966SQ200910163910
公开日2010年1月13日 申请日期2009年5月31日 优先权日2008年5月29日
发明者克劳斯·费切勒 申请人:克劳斯·费切勒