[发明专利]凸轮式立轴流体换能器叶片角度调节机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种凸轮式自动调节立轴式流体动能转换器叶片角度的装置。

背景技术

将自然界中的各种流体的动能转换为可供直接利用的电能是一种环保清洁的能源方式，具体的方式一般有水力发电和风力发电两种，由于具有无污染和可再生的特点而受到世界各国广泛重视。以风力发电来说，风力发电机的能量转换形式主要由立轴式以及水平轴两种，当前水平轴风力发电应用较为普遍，而立轴式风力发电则较为罕见，原因是立轴式风力发电应对变化的气流较为困难，尤其是逆向风力运动的叶片受力会导致工作效率的降低。本发明将水平轴风力发电的对风装置与凸轮机构相结合，可以自动对正流体速度方向，并精确控制叶片与流体速度矢的相对角度，最大限度的减小不必要的阻力，增大有效驱动力，从而获得优异的能量转换效率。本装置在对结构相应强化后，也可以安装固定在海中，实现对没有固定方向的海洋洋流动能转换发电的功能。

发明内容

对立轴风力发电机而言，由于其能量转换器（叶片）被置于流场中，按照叶片受力的作用可以将叶片运行经过的空间区域分为两部分：动力区和阻力区。动力区内运动的叶片受到的流体作用力驱动叶片产生驱动转矩驱动立轴旋转；阻力区内运动的叶片受到的流体作用力同样产生阻力转矩阻止其转动，驱动转矩与阻力转矩之差才是最终驱动立轴旋转的动力。

本发明的思路是将通过对风装置调节发电机与风力（水流）之间的方向，使叶片能正对流体速度最大的方向。而利用凸轮及相应的机械传动机构控制叶片在动力区与阻力区内运行的角度，使得叶片在动力区内运行时具有最佳的迎风受力角度，以便充分的转换风力；在阻力区内运行时运行时具有最佳的避风受力角度，风力对叶片运动的阻力，达到驱动转矩与阻力转矩之差的最大化，从而实现对风力的最大化利用。

本发明的技术实现的关键是：在假定流体的流向固定的前提下，根据叶片的特点、在流体场中的受力规律确定叶片在所受的驱动转矩与阻力转矩之差的最大的条件下，立轴旋转一周的过程中叶片与流体流向速度夹角的变化曲线，以其为基础求取叶片自身转动角度与立轴旋转时的转动角度的对应关系，并以此为依据设计相应的凸轮及相应传动机构。

具体来说：本发明中的立轴流体换能器，由叶片支架、立轴、对风装置、凸轮、叶片、凸轮从动件、从动件安装与联接约束机构及相应的后级传动机构、基座等构成。

叶片支架与中心立轴相连接成为一体，叶片支架的中心轴与中心立轴的轴线共轴，通过旋转轴联接到基座上，叶片支架与中心立轴绕基座上的旋转轴旋转，此旋转运动作为流体能量的转换输出，用于驱动发电机等机械；叶片支架上有与叶片数量相同的叶片安装轴孔，用于联接叶片，叶片通过旋转轴安装在叶片支架上，并可绕叶片支架上的叶片安装轴旋转；对风装置与凸轮相联接（由对风装置驱动凸轮旋转），凸轮自身旋转轴心与叶片支架的中心轴、中心立轴的轴线重合，凸轮可独立绕凸轮自身旋转轴心旋转；凸轮从动件、从动件安装与联接约束机构及相应的后级传动机构则安装固定在叶片支架上，构成机械运动传动链，其数量与需要控制的叶片8的数量一致，并将从动件的运动变换为叶片的旋转运动，在叶片支架绕中心立轴旋转的过程中，从动件将凸轮设定的运动规律通过从动件及后级传动机构传递到叶片上，使得叶片在机架旋转的过程中的角度变化符合预先设定的叶片与流体流向速度夹角的变化曲线。

 叶片支架的旋转作为对流体能量转换的输出，可以用于驱动发电装置。

附图说明

图1为本发明示意图

图2为分解示意图

图3为叶片角度变化图1

图4为叶片角度变化图2

图5为叶片角度变化图3

图6为叶片角度变化图4

图7为叶片角度变化图5

图8为叶片角度变化图6

1为对风装置，2为凸轮，3为滑块导轨，4为摆动轮，5为摆动连杆，6为凸轮滑块，7为叶片驱动轮，8为叶片，9为中心立轴，10为基座，11为叶片支架

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，由必要在此指出的是本实施例只是对发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例

       如图1、2所示，本机构由对风装置1、凸轮2、叶片8、中心立轴9、基座10、叶片支架11以及相应的附属传动构成。