旋转叶片单元及旋转叶片系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种风能机设施，特别是一种旋转叶片单元，以及一种旋转叶片系统。


背景技术：

[0002]
将风能转化为电能是一项环保、经济、实用的技术。公众所熟知的风能转化为电能的设备是一种轴向为水平设置，叶片垂直旋转的风机，此类风机为了得到较大功率，叶片的直径都较大，受风面积小，轴心的位置都很高，而且占地面积大、安装维修难度大，投资成本高。另一种是轴向为垂直设置，叶片水平旋转的立式风能转化设备。现有技术中有平板叶片摆动式风能机，有屏障式平板叶片风能机，但都因其叶片在回转时的阻力太大，转化效率都比较低。
[0003]
针对此种情况，cn101576052a提供了一种多弧面旋叶立式风能机，其方案大致为将叶片的受风面由平板改进为多弧面，增加受风面的空气阻力、增大了叶片的有效做功区域，叶片采用偏心旋转，增大叶片的受风面积，得到较大转化率。同样的，cn101487445a所公开的旋叶立式风能机也大致采用了此类方案。
[0004]
但是，上述的方案中，在受到超强风冲击时，均是采用叶片冲击缓冲器以脱离限制，使侧向受风来对叶片进行保护。该设计存在几个较大的缺陷：
[0005]
1、旋转叶片在受大风冲击时，在正面受风时，需要压缩缓冲器再脱离其限制，仍会有一个时段受风面是遭遇大风的，仍存在较高被损坏的风险。并且，每一周均会压缩缓冲器，长久下来会使弹簧发生弹性疲劳而失去/减弱缓冲作用，失去对叶片的限制作用，降低转化效率。
[0006]
2、在受到大风冲击时，叶片面积较大部分脱离缓冲器限制后，待旋转到与转轴横梁平行后，面积较小部分会被缓冲器限制，而此时面积较大部分受风更大，通过杠杆原理，对面积较小部分有极大的作用力，极易导致叶片被折断或折弯。且在此种情况下，逆向风阻变大，降低了能源的转换效率。
[0007]
3、对现有叶片结构而言，叶片在受风发生翻转之时，由于惯性作用，面积较小部分会撞击到缓冲器上，久而久之，会造成严重的破损。


技术实现要素：

[0008]
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种旋转叶片单元，以在增大了叶片在转轴运行轨迹上的有效做功区域的同时，遭受大风时，自适应地翻转到侧向迎风，且避免与限位器发生碰撞而导致叶片折断/折弯的情况。
[0009]
本实用新型采用的技术方案如下：
[0010]
一种旋转叶片单元，包括旋转叶片、限位器和转轴横梁；旋转叶片通过转轴安装于转轴横梁上，转轴为偏心设置；
[0011]
限位器安装于转轴横梁上、靠近转轴的位置；
[0012]
旋转叶片靠限位器的一侧的结构为：在限位器处于工作状态时，被转轴区分的两部分中，面积较大的一部分被限位器限制通过，而面积较小的一部分被允许通过，在限位器处于非工作状态时，旋转叶片可绕转轴自由旋转。需要说明的是，被限位器限制通过，是即使限位器受到极大的压力，仍会限制住相应对象向被限制方向的运动。
[0013]
在正常风力作用下，由于旋转叶片为偏心设计，旋转叶片被限位器限制，正面受风，具备最佳的做工区域，而在与风向反向运动时，侧向迎风，最低程度减小风阻，进而达到最佳的转换效率。在叶片翻转时，叶片也不会撞击到限位器，并且也不会出现叶片迎风运动的情况。而在遭受强风时，限位器会可被调整为非工作状态，解除对叶片的限制，使得叶片始终侧向迎风。
[0014]
进一步的，旋转叶片靠限位器的一侧的结构为：在转轴处成台阶状，且旋转叶片被转轴区分的两部分中，面积较大的一部分的边缘高于面积较小的一部分。这样，面积较小部分始终不会接触到限位器，不会与其发生碰撞或被其限制。
[0015]
进一步的，限位器包括安装架和顶杆，顶杆铰接于第一铰接点，该第一铰接点与安装架相对静止；安装架与顶杆之间，还设置有伸缩杆，伸缩杆铰接于第二铰接点，该第二铰接点位于安装架与顶杆之间，且与安装架相对静止；安装架与顶杆之间，连接有一可折叠机构，该可折叠机构的折叠工位连接于伸缩杆的自由端。
[0016]
上述结构的限位器，通过调整伸缩杆，即可完成对限位器工作状态的切换。且各部分均为铰接连接方式，能够应不同的状态而自行发生位移进行调整适应，相对于固定安装的方式，可靠性更高。
[0017]
进一步的，可折叠机构包括第一连接杆和第二连接杆；第一连接杆和第二连接杆分别铰接于伸缩杆的自由端，第一连接杆的另一端铰接于安装架上，第二连接杆的另一端铰接于顶杆上。
[0018]
进一步的，安装架包括安装板和连接板，连接板的一端垂直连接于安装板上，第一铰接点位于连接板的另一端，第二铰接点位于连接板中部。
[0019]
进一步的，旋转叶片包括叶片本体，贯穿该叶片本体相对两侧设计有轴心，该轴心为偏心设置，转轴穿过该轴心，转轴的两端分别连接于转轴横梁上；叶片本体由本体框和若干并排的叶片条构成，叶片条两端分别固定于本体框上，相邻叶片条之间留有透风槽，各叶片条的迎风面均成齿形或波浪形。透风槽的设计可以增加局部风压，弧形叶片条的设计可以增加受风面积。
[0020]
本设计还提供了一种旋转叶片系统，包括中轴和若干上述的旋转叶片单元，各旋转叶片单元绕中轴均匀分布；各旋转叶片单元的转轴横梁均连接到中轴上。
[0021]
进一步的，还包括电源模块，在旋转叶片系统的转轴横梁上，设置有离心力传感器，该离心力传感器连接于电源模块，电源模块通过第一继电器分别连接各旋转叶片单元的伸缩杆的收缩触发端，离心力传感器连接到第一继电器的触发端。旋转叶片单元转速过高时，离心力传感器的触点会闭合，导通电源使第一集电器工作而接通伸缩杆的电源，使得伸缩杆收缩，以解除对叶片的限制。
[0022]
进一步的，还包括遥控接收器，该遥控接收器连接于电源模块，电源模块还通过第二继电器分别连接各旋转叶片单元的伸缩杆的伸展触发端，遥控接收器分别连接第一继电器的触发端和第二继电器的触发端。遥控接收器属于现有设施，其在接收到不同指令信号
时，会向相应的继电器发出脉冲，导通相应的继电器，进而使伸缩杆发生收缩或伸展。
[0023]
进一步的，电源模块包括发电机和蓄电单元，发电机的电流输出端连接蓄电单元；贯穿中轴设置有旋转轴，旋转轴端部设置有固定轮，发电机通过发电机支架安装于旋转叶片系统的转轴横梁上，发电机的转轴通过皮带连接于固定轮。
[0024]
上述设计的电源模块，通过旋转叶片系统自身的运动进行发电，实现了自供能。
[0025]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
[0026]
1、本设计的旋转叶片单元，在正常风力下，具备最佳的做工区域，叶片不会与限位器发生碰撞。在遭受强风时，叶片能够自适应翻转而侧向受风，不会出现逆向迎风运动的情况。
[0027]
2、本设计的旋转叶片单元，限位器可切换状态，使得在遭受强风时，叶片能够始终侧向迎风。并且，限位器结构不会因长久工作而发生疲劳。限位器各部分结构采用铰接方式，使得各部分能够相互配合地位移而与不同的状态适应。
[0028]
3、本设计的旋转叶片系统，在遭受强风时，能够自动解除对叶片的限制，进而及时避免遭受损坏。并且，系统的电源模块通过系统叶片的旋转来进行充电，实现就地取能，省去了复杂的线路，同时也提高了对风能的利用率。
附图说明
[0029]
图1是旋转叶片系统结构示图。
[0030]
图2是限位器结构示图。
[0031]
图3是沿图2中5-5侧视图。
[0032]
图4是叶片旋转叶片结构图。
[0033]
图5是沿图4中2-2侧视图。
[0034]
图6是沿图4中3-3的截面图。
[0035]
图7是沿图4中4-4侧视图。
[0036]
图8是加强件三视图。
[0037]
图9是中轴部分结构图。
[0038]
图10是旋转叶片单元在与固定风向下不同角度的状态俯视图。
[0039]
图11、12是旋转叶片系统的一个实施例。
[0040]
图13是旋转叶片系统电路结构图。
[0041]
图中，1为旋转叶片，2为限位器，3为转轴横梁，4为中轴，5为离心力传感器，6为发电机，7为旋转轴，11为转轴，12为叶片本体，121为本体框，122为叶片条，123为透风槽，13为轴心，14为加强筋，15为加强件，16为迎风面，17为螺钉，21为安装架，22为伸缩杆，23为顶杆，231为减震垫，24为第一连接杆，25为第二连接杆，41为轴承，42为卡簧，61为发电机支架，62为皮带，71为固定轮，a、b、c分别为三组旋转叶片单元。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0043]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释
本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0044]
实施例一
[0045]
一种旋转叶片单元，如图1所示，包括旋转叶片1、限位器2和转轴横梁3，旋转叶片1通过转轴11安装于转轴横梁3上，转轴11为偏心设置，即转轴11区分的旋转叶片1的两部分的面积不同。限位器2安装于转轴横梁3上、靠近转轴11的位置；旋转叶片1靠限位器2的一侧的结构为：在限位器2处于工作状态时，被转轴11区分的两部分中，面积较大的一部分被限位器2限制通过，而面积较小的一部分被允许通过，在限位器2处于非工作状态时，旋转叶片1可绕转轴11自由旋转。如图4所示，在一个实施例中，旋转叶片1靠限位器2的一侧的结构为：在转轴11处成台阶状，且旋转叶片1被转轴11区分的两部分中，面积较大的一部分的边缘高于面积较小的一部分，这样，处于工作状态的限位器2就能够限制面积较大的一部分高出的位置，而面积较小的一部分则可自由旋转，不受限位器2的限制。
[0046]
上述结构的旋转叶片单元，在受风时，在不同的位置会进行如图10所示的翻转，其中16为风向。在120
°
左右位置时，背景技术中的结构在受到强风时，叶片的面积较小部分会因面积较大部分在0
°
左右已脱离缓冲器的限制而接触到缓冲器，继续顺时针旋转则会因叶片被缓冲器限制住而使叶片逆向受风，一方面容易折断叶片，另一方面也抵消的叶片系统的正向做功。
[0047]
实施例二
[0048]
本实施例公开了限位器2的具体结构。如图2、3所示，限位器2包括安装架21和顶杆23，顶杆23铰接于第一铰接点，该第一铰接点与安装架21相对静止；安装架21与顶杆23之间，还设置有伸缩杆22，所述伸缩杆22铰接于第二铰接点，该第二铰接点位于安装架21与顶杆23之间，且与安装架21相对静止；安装架21与顶杆23之间，连接有一可折叠机构，该可折叠机构的折叠工位连接于所述伸缩杆22的自由端。伸缩杆22（如电动推杆）的伸缩会带动可折叠机构的折叠状态，进而调整安装架21和顶杆23之间的间距，从而调节限位器2的工作状态。优选的，顶杆23的自由端端部（与旋转叶片1接触的部位）设置有（硅胶）减震头231。
[0049]
在一个实施例中，可折叠机构包括第一连接杆24和第二连接杆25；第一连接杆24和第二连接杆25分别铰接于伸缩杆22的自由端，第一连接杆24的另一端铰接于安装架21上，第二连接杆的另一端铰接于顶杆23上。
[0050]
安装架21包括安装板211和连接板212，连接板212的一端垂直连接于安装板211上，整体成“7”字形，第一铰接点位于连接板212的另一端（即远离安装板211的一端），第二铰接点位于所述连接板212中部。
[0051]
实施例三
[0052]
本实施例公开了旋转叶片1的结构。如图4-8所示，旋转叶片1包括叶片本体12，贯穿该叶片本体12相对两侧设计有轴心13，该轴心13为偏心设置，转轴11穿过该轴心13，转轴11的两端分别连接于转轴横梁3上，这样，叶片本体12即可绕转轴11旋转。
[0053]
叶片本体12在轴心13所贯穿的两侧中，靠限位器2一侧在轴心13的位置（附近）成台阶状，且在成台阶状的位置，叶片本体12被轴心13区分的两部分中，面积较大的一部分的边缘高于面积较小的一部分的边缘。
[0054]
叶片本体12被轴心13区分的两部分中，至少面积较小的一部分与轴心13垂直的方向上的侧面成外凸状（如三角形状），以在与风向平行时起到良好的导流作用，减小风阻。
[0055]
在叶片本体12上，设置有至少一根加强筋14，以提高叶片本体12的刚性，防止在大风作用下从轴心13处折断/折弯。加强筋14优选为均垂直于轴心13的轴向；或者至少有一根垂直，其余的与轴心13轴向成45度左右的锐角。
[0056]
叶片本体12对应于限位器2的位置，安装有加强件15，加强件15通过螺钉17固定于叶片本体12上，以防止因与限位器2的撞击而使叶片本体12发生损坏。
[0057]
在一个实施例中，叶片本体12的迎风面16成齿形或波浪形（即弧形），以增加受风面积，以提高转速。如图5、6所示，在一个实施例方式，叶片本体12由本体框121和若干并排的叶片条122构成，叶片条122两端分别固定于所述本体框121上，相邻叶片条122之间留有透风槽123，以提高局部风压，各叶片条122的迎风面16均成齿形或波浪形。各叶片条122均与轴心13的轴线方向平行。
[0058]
实施例四
[0059]
本实施例公开了一种旋转叶片系统，如图11、12所示，包括中轴4和若干旋转叶片单元，各旋转叶片单元绕中轴4均匀分布；各旋转叶片单元的转轴横梁3均连接到所述中轴4上。优选的，旋转叶片单元成对设置，成对的旋转叶片单元相对设置于中轴4的两侧。旋转叶片单元的转轴横梁3可依次串联，再连接到中轴4上。
[0060]
旋转叶片系统还包括电源模块，如图1所示，在旋转叶片系统其中一个旋转叶片单元的转轴横梁3上，设置有离心力传感器5，如图13所示，该离心力传感器5连接于电源模块，电源模块通过第一继电器分别连接各旋转叶片单元的伸缩杆22的收缩触发端，离心力传感器5连接到第一继电器的触发端。当遇到超强风力时，旋转叶片单元的转速会超过额定转速，离心力增加，离心力传感器5的触点闭合，进而导通电源使第一继电器工作，从而接通各伸缩杆22的电源，使各伸缩杆22收缩，解除对旋转叶片1的限制，又由于转轴11偏心设置的原因，转轴11两侧叶片本体12受力不均，面积较大一部分受力较大而旋转到始终与风向平行而不受限位器2的阻挡。
[0061]
如图13所示，旋转叶片系统还包括遥控接收器，该遥控接收器连接于电源模块，电源模块还通过第二继电器分别连接各旋转叶片单元的伸缩杆22的伸展触发端，遥控接收器分别连接第一继电器的触发端和第二继电器的触发端。遥控接收器接收遥控信号以导通第一继电器或第二继电器，从而使伸缩杆22收缩或伸展。
[0062]
在一个实施例中，电源模块包括发电机6和电瓶（即蓄电单元，未示出），发电机6的电流输出端通过调压器连接所述电瓶，贯穿中轴4设置有旋转轴7，旋转轴7与中轴4之间通过轴承41连接，并通过卡簧42固定，旋转轴7端部设置有固定轮71，发电机6通过发电机支架61安装于旋转叶片系统（其中一根）的转轴横梁3上，发电机6的转轴通过皮带62连接于所述固定轮71，这样，在旋转叶片单元绕旋转轴7旋转时，皮带62则会带动发电机6的转轴旋转，从而产生电流，该电流经过调压器整流后，输入到电瓶进行存储。
[0063]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。