一种小型风能利用装置的制作方法

本实用新型涉及一种风能利用技术，特别是一种小型风能利用装置。

背景技术：

风能是大自然为人类提供的绿色能源。目前人们对风能大量的利用形式是用风轮，在风能的作用下产生旋转力，用于带动风力发电机发电；也有将风能直接带动泵用于提升液体（主要是水）。

风轮的结构形式以风轮旋转轴安装形式分为水平轴风轮和垂直轴风轮。获取的风能与风轮叶片的扫风面积成正比，因此风轮的直径都很大；同时，风在风轮上同时产生升力和阻力，升力产生旋转力为人们所用，而阻力则必须由风轮组的垂直支撑杆承受。因此，正像人们所看到的，特别是水平轴风轮机组，由高大粗壮的支撑杆举起，而支撑杆又必须牢固的安装在结实的地基上。同时，当风速超过设计最大风速时，则必须锁定风叶，此时风轮的迎风面积只等于叶片的迎风面积，从而保证垂直支撑杆受到的风阻大幅减小而不致倾倒。垂直轴风轮，目前多用于小型，但由于其扫风面积偏小，因效率较低，故使用场合很少。

综上，上述风轮装置具有两大缺陷：一是对可利用的风速受限，特别在风速较大的特殊天气不能使用；二是只能固定安装位置，不能移动使用。

那么，在风力资源比较丰富的地区，在平整的屋顶上、在长长的河堤岸上、在无垠的草原上，既可独立使用风能利用装置，亦可与太阳能接收装置联合使用，还是值得探求的目标。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种小型轻便、能适应较宽风速范围的小型风能利用装置。

本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种小型风能利用装置，其特点是：

包括风能装置支撑架、风叶杠杆和上下两片风叶，

风叶杠杆的中部设有风能输出轴，风能输出轴与风叶杠杆垂直设置，风能输出轴水平向装在风能装置支撑架上，风叶杠杆通过风能输出轴与风能装置支撑架铰接，

风叶选用上下弦面对称的翼型，以保证在正负迎角相同时，空气动力特性相同；风叶的根部设有风叶转轴，风叶转轴与风叶的上下弦面平行且轴向垂直风叶根部设置，

在风叶根部的两侧设有端板，风叶、风叶转轴和端板固定连接成一整体结构，端板上设有端板转轴，两端板上的端板转轴之间的中心连线通过风叶的重心设置，

所述端板转轴、风叶转轴和上述的风能输出轴三者平行设置，

上下两片风叶通过端板转轴装在风叶杠杆的两端，上片风叶重心偏向迎风一侧设置，上下两片风叶始终保持方向相反的迎角，同时保证上下两风叶前后的气流互不干扰，在同一方向的气流吹动下，带动风叶杠杆摆动；风叶转轴的一端固定安装有链轮，风叶转轴的另一端通过弹簧组件与风叶杠杆连接；

在风能装置支撑架上与风能输出轴同轴线设置有双盘链轮，双盘链轮通过上下链条分别与上下风叶的风叶转轴上的链轮连接，

风叶在气流吹动下带动杠杆旋转，链条通过风叶转轴上链轮，使得风叶转轴带动风叶相对于端板转轴作反向转动，风叶的迎角逐步变小，并在弹簧组件的作用下迅速变为反向迎角；在气流的连续吹动下，杠杆作反向旋转，如此往复，风能输出轴即输出正反方向的旋转力矩。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，风叶杠杆初始安装角度保证风叶的迎角不大于该风叶的临界迎角设置。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在风能装置支撑架上设有风叶杠杆摆动上、下限位置的限位块，在该限位块位置，由于风叶的转动惯性和弹簧组件的作用下，风叶的实际迎角变为反向迎角最大值。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，风能装置支撑架上设有传动功能箱，传动功能箱的输入轴与风能输出轴相连接。

本实用新型与现有技术相比，包括有可移动放置的风能装置支撑架，一付风叶杠杆，一对空气动力特性相同的风叶，两付分别安装在风叶转轴上和支架上的链轮及链条，支架上安装有限制杠杆旋转角度的限位块。风叶转轴与杠杆之间有弹簧组件连接，本风能利用装置通过风能输出轴直接输出正向和反向不断切换的旋转力矩。本实用新型所述的风能利用装置，风叶通过杠杆能产生较大的转矩，并可以放置在任何平坦的平面上工作。小型轻便，能适应较宽风速范围，既可独立使用，亦可与太阳能集热（含集电）装置联合使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为风能装置A向局部示意图；

图3为风能装置B向局部示意图；

图4为风能装置支撑架示意图；

图5为风叶迎角自动调整原理示意图及说明；

图6为在杠杆转动过程中，风叶瞬时位置示意图；

图7为弹簧组件动作原理示意图。

具体实施方式

以下进一步描述本实用新型的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，而不构成对其权利的限制。

一种小型风能利用装置，包括风能装置支撑架7、风叶杠杆6和上下两片风叶1，风叶杠杆的中部设有风能输出轴，风能输出轴11与风叶杠杆垂直设置，风能输出轴水平向装在风能装置支撑架上，风叶杠杆通过风能输出轴与风能装置支撑架铰接。

风叶1选用上下弦面对称的翼型，以保证在正负迎角相同时，空气动力特性相同；风叶的根部设有风叶转轴，风叶转轴与风叶的上下弦面平行且轴向垂直风叶根部设置。

在风叶根部的两侧设有端板，风叶、风叶转轴和端板固定连接成一整体结构，端板上设有端板转轴，两端板上的端板转轴之间的中心连线通过风叶的重心设置，所述端板转轴、风叶转轴和上述的风能输出轴11三者平行设置。

上下两片风叶通过端板转轴装在风叶杠杆的两端，上片风叶重心偏向迎风一侧设置，上下两片风叶始终保持方向相反的迎角，同时保证上下两风叶前后的气流互不干扰，在同一方向的气流吹动下，带动风叶杠杆摆动；风叶转轴的一端固定安装有链轮4，风叶转轴的另一端通过弹簧组件与风叶杠杆连接；在风能装置支撑架上与风能输出轴同轴线设置有双盘链轮9，双盘链轮通过上下链条8分别与上下风叶的风叶转轴上的链轮连接。上片风叶重心设置在第二象限，下片风叶重心设置在第四象限，风叶在该象限内摆动角度范围为40°~60°。

风叶在气流吹动下带动杠杆旋转，链条通过风叶转轴上链轮，使得风叶转轴带动风叶相对于端板转轴作反向转动，风叶的迎角逐步变小，并在弹簧组件的作用下迅速变为反向迎角；在气流的连续吹动下，杠杆作反向旋转，如此往复，风能输出轴即输出正反方向的旋转力矩。

风叶杠杆初始安装角度保证风叶的迎角不大于该风叶的临界迎角设置。

在风能装置支撑架上设有风叶杠杆摆动上、下限位置的限位块10，在该限位块位置，由于风叶的转动惯性和弹簧组件12的作用下，风叶的实际迎角变为反向迎角最大值。

风能装置支撑架上设有传动功能箱13，传动功能箱的输入轴与风能输出轴相连接。风能输出轴与传动功能箱。传动功能箱的输入轴与风能输出轴相连接，传动功能箱可以有不同的功能，可以完成将风能输出轴的正反向旋转转变为同一方向旋转输出，也可以将风能输出轴的正反向旋转转变为水平或垂直方向的往复直线运动。传动功能箱也可以配置旋转变速功能，以用于连接风力发电机。

具体的：将风叶1与风叶端板2固定连接；将风叶转轴3穿过风叶端板2及风叶1并固定连接；将风叶端板转轴5一端与风叶端板2进行可转动的连接，另一端与风叶杠杆6固定连接，风叶两侧装配过程相同，两片风叶装配过程相同，该组合件称为风能接收装置；

将上述风能接收装置安装到支架7的支耳上，风能输出轴11与杠杆6固定连接，与支架可转动的连接，在支架7的支耳上安装限位块10，用于限制杠杆的上下转动角度；

将两件链轮4分别装到两根风叶转轴3上（固定连接），将双盘链轮9装至支架7的支耳上（固定连接）并分别用链条8与链轮4相连接；

用弹簧组件连接风叶转轴3与风叶连接杠杆6；

将传动功能箱13安装在支架的支耳上。其输入轴与风能输出轴11相连接，不同功能的传动功能箱的输出轴可输出连续的同转向旋转，亦可输出水平或垂直方向的往复直线运动。

序号14、17为杠杆6下、上转动边界线；

序号5风叶侧板转轴处，即为该型风叶的空气动力中心；

序号15所示为风叶转轴和链轮一起实际转动轨迹；

序号16所示为：如无链轮组控制调整，风叶转轴应有的转动轨迹；

序号18所示为固定在序号2上的轴套，用以保证杠杆6和转轴相对于序号2的旋转；

图6中∠1为初始迎角，∠2为风叶杠杆向上转动中风叶的瞬时迎角，∠3为风叶迎角为零。

风叶迎角调整过程：在气流的吹动下，风叶的升力（在弹簧组件的辅助下）使杠杆6相对于支点11向上转动，风叶随杠杆向上旋转欲进入轨迹16，同时链轮组和弹簧组件带动叶轮转动以减小迎角并迫使叶轮转轴沿轨迹15向上转动；

在杠杆向上转动过程，风叶的实际迎角将由正角转变为零角，此时弹簧组件受到最大拉力（见图7），并使风叶的迎角变为负迎角并且迅速变为最大负迎角，杠杆的转动方向也由向上转为向下；

图7中∠1到－∠1为风叶正反迎角的临界角，本图所示弹簧组件三个受力状态即连接点19风叶轴3的距离，中间距离最长，此时风叶的实际迎角为零，而弹簧组件受到的拉力最大。

在杠杆向下转动开始后，链轮组将开始反向旋转。此时，杠杆的向下转动过程，风叶的实际迎角渐变过程与前述相反，当杠杆转动至下边界线14时，风叶的实际迎角已变为正向，如此往复。杠杆连接的另一片风叶，因初始迎角为负角，所以过程与上风叶相反，但两片风叶能接受的风能在风能装置输出轴11处，产生相同方向的旋转力矩。