专利名称：一种转门式数控风动力装置的制作方法
一种转门式数控风动力装置，它属于风力发电设备，用于风力与机械能之间的转模。特别适于在弱风下使用。
风力资源是一种有广泛利用前景的能量资源。特别是在如沙漠、高山、海岛等电网不易覆盖的地方，利用风力发电是时分重要的。但是现在的风动力装置多是采用螺旋桨型卧式装置或打蛋器式的竖式装置。这两种装置的工作效率主要是靠桨叶剖面型状来得到，设计制造都很困难，而且对于单位尺度的理论效率也不高。为得到较大功率时，装置结构尺寸很大。
本发明的目的是发明一种转门式数控风动力装置，它的叶片结构简单，理论工作效率高，并且对设计制造精度不敏感。
本发明如附
图1所示，它有输出轴1、转子框架2、转子框架上支承轴承3、转子框架下支承轴承4，其特征在于转子框架2围绕输出轴1有多个，在每一个转子框架2的中部有一个可相对转动的门叶5，在门叶5下部与转子框架2下沿连接处有门叶下支承轴承6，在门叶5上部与转子框架2上沿连接处有门叶上支承轴承7，在每个转子框架2上沿上有驱动门叶5相对转动的数控执行装置8，在输出轴1上有与数控执行装置8相连的配电环9，在支座对应处有配电刷10，在输出轴1上还有转子角度传感器11，在近旁装有风向传感器12，有标准工业控制介面13，标准工业控制介面13通过串行通讯接口与可和其它设备共用的中央控制计算机14相连，在标准工业控制介面13中插有与转子角度传感器11，风向传感器12相连的测量适配模块15和16，还插有通过配电环9和配电刷10分别与数控执行装置8相连并对其进行控制的控制适配模块17。
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明顶视剖视图。箭头的方向为风向，A半圆为顺风半圆，B半圆为逆风半圆。
本发明的工作原理如下门叶5在转子框架2中的角度位置由数控执行装置8确定，在该转子框架2转到相应顺风位置时，该转子框架2上的门叶5被控处于最大迎风面积位置。如附图2所示位置A状态。而当该转子框架2转到相应逆风位置时，该转子框架2上的门叶5被控处于最小迎风面积位置，如附图2所示位置B状态。由于门叶5在顺风位置的迎风面积与逆风位置的迎风面积不相等。因而在两边的受力也不相等，产生一个使转框架2绕输出轴1旋转的力矩，此力矩就为输出做功力矩。每一个门叶5的转动角度，都由中央控制计算机14通过标准工业控制介面13进行控制。在工作时，中央控制计算机14使用扫描的方法，定时通过标准串行通讯接口发出选通与风向传感器12相连的测量适配模块16的地址信号，由标准工业控制介面13接收后，选通插在其内的测量适配模块16，测量适配模块16把由风向传感器12测得的风向信号经A/D变换后反送回中央控制计算机14。中央控制计算机14依次再通过串行通讯接口发出选通与转子角度传感器11相连的测量适配模块15的地址选通讯号，标准工业控制介面13选通相应的测量适配模块15。选通后，测量适配模块15把由转角度传感器11测得的转角信号经A/D变换后反送回中央控制计算机14，中央控制计算机14依次再通过串行通讯接口发出选通与转子角度传感器11相连的测量适配模块15的地址选通讯号，标准工业控制介面13选通相应的测量适配模块15。中央控制计算机14根据当时的风向与及转子所处的角度位置计算机出每一个转子框架2中的门叶5的最佳角度。计算后通过标准串行通讯接口依次分别发出与这些门叶5的数控执行装置8相连的控制适配模块17的地选信号，标准工业介面13根据地选信号分别依次选通各控制适配模块17。选通后，中央控制计算机14再发出相应的最佳门叶角信号，该信号由控制适配模块17接收并锁存后，经D/A变换后驱动数控执行装置8的执行，使叶门5处在最佳位置。
本发明使用在转子框架上设置可控门叶的方法，使转子框架在处于顺风半周时，门叶有最大的受风面积，作用的风压力最大。而转子框架在处于逆风的半周时，门叶受控处于最小风面积位置，作用的风压力最小。因而产生风力不平衡，带动转子旋转以把风能转换成机械能输出，达到风能转换成机械能的目的。由于在顺风半周时门叶是利用风作用在其上的正压力，与现在已有风扇叶片不同，不是利用其特殊的剖面形状来产生升力。因而门叶的形状精度要求很低，与转换效率基本无关，大大简化了门叶的结构，并使其制造简单。由于在转子框架处于逆风半周时，门叶上只有很小的一点磨擦力，因而它的理论风能利用可以有整个转子受风面积一半，因而理论风能利用率可以接近50%。
在本发明中，转子上的转子框架2的数目可以是两个、三个、四个或更多个，转子框架2应均匀布置。转子框架2的数目以3个为好，数目太多并不能显著增加效率。
在本发明中，门叶5的转轴可以在门叶5的中线处，使在门叶5上作用的风荷产生的力矩为零，减小控制门叶5角向位置的数控执行装置8的输出力矩。门叶5的转轴也可以在门叶5靠输出轴1的一边。本发明中所用的数控执行装置8，可以使用如步进电机加减速器的结构形式，也可以是执行电机加螺母螺杆的拉杆形式。也可以使用如CN91216027的“一种大速比差动端而输出装置的专利或是如CN91216107的“一种数控差动减速电动伺服单元”的专利。还可以使用如专利号为CH91278541或CN91208778的专利结构或产品在本发明中，配电环9和配电刷10可以采用交流电机环形电刷的结构形式，电极沿圆柱体的长度方向排列。由于数控执行装置8使用的电流不大，输出轴转速也比较低，因此也可以采用盘形配电环9和配电刷10。环形电极为同心圆分布在同一个圆盘上，并沿径向排列。也可以采用塔形排列，电极在径向和轴向两个方向都错开。
本发明中装在输出轴1上的转子角度传感器11可以是光栅式角度传感器，也可以磁感应式传感器，由于不需要高的测角精度，也可以使用光电反射或透射式角度传感器。
本发明中的风向传感器12，可以是一个装置装有风标的角度传感器。角度传感器可以和用于测量输出轴角度的角度传感器有相同的结构。在角度传感器的输入端装一个带一个阻力楔形的风标。由于风标在风力作用下自动转到阻力最小的角度，从而使所带的角度传感器输入端转到对应角度。
在本发明中，标准工业控制介面13可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I/O32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。中央控制计算机14可以选用美国OPTO22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块15或16可以采用OPTO22公司的AD3或类似的A/D转换模块。适配模块17可选用OPTO22公司的DA3或类似的D/A转换模块。
权利要求
1.一种转门式数控风动力装置，它有输出轴(1)、转子框架(2)、转子框架上支承轴承(3)、转子框架下支承轴承(4)，其特征在于转子框架(2)围绕输出轴1有多个，在每一个转子框架(2)的中部有一个可相对转动的门叶(5)，在门叶(5)下部与转子框架(2)下沿连接处有门叶下支承轴承(6)，在门叶(5)上部与转子框架(2)上沿连接处有门叶上支承轴承(7)，在每个转子框架(2)上沿上有驱动门叶(5)相对转动的数控执行装置(8)，在输出轴(1)上有与数控执行装置(8)相连的配电环(9)，在支座对应处有配电刷(10)，在输出轴(1)上还有转子角度传感器(11)，在近旁装有风向传感器(12)，有标准工业控制介面(13)，标准工业控制介面(13)通过串行通讯接口与可和其它设备共用的中央控制计算机(14)相连，在标准工业控制介面(13)中插有与转子角度传感器(11)，风向传感器(12)相连的测量适配模块(15)和(16)，还插有通过配电环(9)和配电刷(10)分别与数控执行装置(8)相连并对其进行控制的控制适配模块(17)。
全文摘要
一种转门式数控风动力装置，它有输出轴、转子框架等，其特征在于转子框架围绕输出轴1有多个，其中部各有一个可相对转动的门叶和驱动门叶转动的数控执行装置，在输出轴上有转子角度传感器，在近旁装有风向传感器、可共用的中央控制计算机和标准工业控制介面以及其中插有的各种测量和控制适配模块。使用设置可控门叶的方法，使转子框架在处于顺风半周和逆风半周所受风压力不同，因而带动转子旋转，达到风能转换成机械能的目的。
文档编号F03D9/00GK1094131SQ9310429
公开日1994年10月26日 申请日期1993年4月22日 优先权日1993年4月22日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂