專利名稱：自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)車裝置，尤其涉及自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的阻力型垂直軸風(fēng)車都有兩個弱點(diǎn)一是此類風(fēng)車很難做到自動控速，易被大風(fēng)損毀；二是此類風(fēng)車的扇葉由剛性材料制成，重量大，費(fèi)料，性價(jià)比低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，克服了現(xiàn)有技術(shù)的阻力型垂直軸風(fēng)車的不足之處，提供了一種自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)本實(shí)用新型也是一種由普通輕質(zhì)材料 制成的廉價(jià)風(fēng)車，大幅度降低了此類風(fēng)車的造價(jià)。本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車，包括有透風(fēng)網(wǎng)、扇葉A、垂直軸、啟動布、螺旋式彈簧、齒板、控速小風(fēng)車、齒輪、阻擋卡A、軸承A、工作布卷筒、扇葉C、軸承B、工作布、風(fēng)兜、扇葉D、扇葉B、阻擋卡B、防重力下垂斜拉鋼絲繩和均力鋼絲繩，同一層共有四個扇葉，分別為扇葉A、扇葉B、扇葉C和扇葉D，四個扇葉組成十字型，每個扇葉的矩形框架的內(nèi)沿固定著透風(fēng)網(wǎng)，透風(fēng)網(wǎng)制成曲面，能與工作布構(gòu)成凹面阻風(fēng)屏障，與平面相比，其空氣動力系數(shù)更大一些，在透風(fēng)網(wǎng)凹面的一側(cè)，安裝著垂直軸和工作布卷筒，工作布卷筒兩端裝有軸承A和軸承B，軸承被固定在扇葉框架上，工作布的一個邊在豎直方向上被鉚釘固定在工作布卷筒上；工作布卷筒上端的轉(zhuǎn)軸與一個控速小風(fēng)車的垂直軸連接在一起?？厮傩★L(fēng)車是一個阻力型垂直軸風(fēng)車，它由四片扇葉，相互組成十字形，扇葉皆是由不銹鋼半球殼及長柄組成，控速小風(fēng)車的垂直軸上有齒輪，齒輪與齒板相嚙合，齒板的兩端各有阻擋卡，并且齒板的其中一端與螺旋式彈簧相連接。本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車轉(zhuǎn)動時(shí)，如果扇葉A和扇葉B處在順風(fēng)一側(cè)時(shí)，其工作布就會貼在透風(fēng)網(wǎng)上，產(chǎn)生阻力；此時(shí)扇葉C和扇葉D則處在逆風(fēng)一側(cè)，其工作布在風(fēng)中飄揚(yáng)，風(fēng)從透風(fēng)網(wǎng)孔透過，幾乎不產(chǎn)生阻力，這樣就產(chǎn)生了較大的阻力差，這個阻力差就是推動本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車轉(zhuǎn)動的動力。從無風(fēng)到有風(fēng)且風(fēng)速大于2. 5米/秒時(shí)，此時(shí)啟動布貼在透風(fēng)網(wǎng)上，在風(fēng)中產(chǎn)生阻力，該阻力推動本實(shí)用新型所述自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車轉(zhuǎn)動，當(dāng)本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車啟動旋轉(zhuǎn)180°之后，工作布才開始正常工作。工作布卷筒上端的轉(zhuǎn)軸與一個控速小風(fēng)車的垂直軸連接在一起，該控速小風(fēng)車是一個阻力型垂直軸風(fēng)車，它由四片扇葉，相互組成十字形，扇葉皆是由不銹鋼半球殼及長柄組成?？厮傩★L(fēng)車的垂直軸上有齒輪，齒輪與齒板相嚙合，齒板的兩端裝有阻擋卡A和阻擋卡B，并且齒板的其中一端與螺旋式彈簧相連接。這樣就使控速小風(fēng)車的垂直軸始終從螺旋式彈簧的拉力中獲得一定值的扭力矩。阻擋卡A和阻擋卡B具有限制齒板只能在一定范圍內(nèi)傳動的作用，同時(shí)又使螺旋式彈簧始終保持著一定的伸長，從而確保螺旋式彈簧始終對控速小風(fēng)車垂直軸施加一定的扭力矩M。令，扭力矩M與控速小風(fēng)車從額定風(fēng)速11. I米/秒中獲得的扭力矩大小相等、方向相反，于是，當(dāng)風(fēng)速不大于額定風(fēng)速11. I米/秒時(shí)，控速小風(fēng)車從風(fēng)中獲得的扭力矩就不大于螺旋式彈簧施加的扭力矩，此時(shí)控速小風(fēng)車不轉(zhuǎn)動，工作布卷筒也不轉(zhuǎn)動，工作布貼在網(wǎng)上的面積處于最大狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速11.1米/秒時(shí)，控速小風(fēng)車從風(fēng)中獲得的扭力矩將大于螺旋式彈簧施加的扭力矩，于是控速小風(fēng)車開始轉(zhuǎn)動，控速小風(fēng)車的垂直軸帶動工作布卷筒轉(zhuǎn)動，于是部分工作布被工作布卷筒卷纏，使工作布貼在透風(fēng)網(wǎng)上的面積減少，而裸露的透風(fēng)網(wǎng)在風(fēng)中幾乎不產(chǎn)生阻力，于是扇葉接受的風(fēng)能減少，這樣就確保了本實(shí)用新型所述自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車在風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)不發(fā)生超速運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象。控速小風(fēng)車轉(zhuǎn)動時(shí)通過齒輪撥動齒板，進(jìn)一步拉伸螺旋式彈簧，螺旋式彈簧對控速小風(fēng)車施加的扭力矩增大，控速小風(fēng)車將在螺旋式彈簧施加的扭力矩與其在大風(fēng)中獲得的扭力矩達(dá)到平衡后停止轉(zhuǎn)動。螺旋式彈簧伸長量的增加與控速小風(fēng)車從螺旋式彈簧的拉力中獲得的扭力矩的增加量呈線性關(guān)系，而風(fēng)速的增大與控速小風(fēng)車從風(fēng)中獲得的扭力矩的增加量是非線性關(guān)系。當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，經(jīng)估算，單根螺旋式彈簧只能維持本實(shí)用新型風(fēng)車在風(fēng)速達(dá)到15米/秒之前有較穩(wěn)定的功率輸出。當(dāng)風(fēng)速大于15米/秒時(shí)本實(shí)用新型風(fēng)車逐漸減速，在風(fēng)速約為20米/秒時(shí)工作布幾乎被全部卷纏在工作布卷筒上，此時(shí)本實(shí)用新型風(fēng)車自動進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。為使本實(shí)用新型所述自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車在風(fēng)速大于15米/秒時(shí)依然能正常工作，應(yīng)使齒板能在不同時(shí)刻陸續(xù)自動掛載多級螺旋式彈簧。在齒板上陸續(xù)自動掛載多級螺旋式彈簧的情況下，可使本實(shí)用新型所述 自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車在2. 5米/秒 24米/秒的風(fēng)速范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)速大于24米/秒時(shí)，本實(shí)用新型所述自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車將逐漸自動進(jìn)入低轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)，進(jìn)行自動保護(hù)。當(dāng)風(fēng)速由大變小時(shí)，螺旋式彈簧將拉動控速小風(fēng)車倒轉(zhuǎn)，此時(shí)齒板能在不同時(shí)刻陸續(xù)自動卸載多級螺旋式彈簧，此時(shí)工作布卷筒也倒轉(zhuǎn)，之后被卷纏的工作布將在飄揚(yáng)時(shí)被安裝在工作布尖端的風(fēng)兜所接受的風(fēng)力展開，于是本實(shí)用新型所述自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車自動恢復(fù)正常工作。在垂直軸頂端與扇葉的框架之間設(shè)置有防重力下垂斜拉鋼絲繩，可防止扇葉因受重力作用而下垂變形。為了消除扇葉在工作中所受風(fēng)力的不均衡，用均力鋼絲繩將四片扇葉緊緊連鎖在一起，使各個扇葉均勻承擔(dān)風(fēng)力，這樣相當(dāng)于每片扇葉的強(qiáng)度加強(qiáng)到四倍。設(shè)控速小風(fēng)車的扇葉面積為S，扇葉中心到其垂直軸軸線的距離為h，齒輪的半徑為r，螺旋式彈簧的勁度系數(shù)為k，螺旋式彈簧的初始伸長量為
h。經(jīng)推導(dǎo)，當(dāng)本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車處在額定風(fēng)速時(shí)，控速小風(fēng)車
的扇葉與螺旋式彈簧的匹配參數(shù)關(guān)系為=由此確定了本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車處于額定風(fēng)速時(shí)，控速小風(fēng)車的扇葉面積S、控速小風(fēng)車扇葉中心到其垂直軸軸線的距離h、螺旋式彈簧的勁度系
數(shù)k、螺旋式彈簧的初始伸長量I0、齒輪半徑r之間的定量關(guān)系。同時(shí)，可以估算本實(shí)用新型所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)螺旋式彈簧的伸長量 ，進(jìn)而可以求算控速小風(fēng)車旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，即齒輪旋轉(zhuǎn)的周數(shù)為
^，同時(shí)控速小風(fēng)車帶動工作布卷筒也轉(zhuǎn)動相同的周數(shù)，設(shè)被卷纏在工作布卷筒上的
2π r工作布長度為N，工作布卷筒半徑為R，則
權(quán)利要求1.自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車，包括有透風(fēng)網(wǎng)(I)、扇葉A(2)、垂直軸(3)、啟動布(4)、螺旋式彈簧(5)、齒板(6)、控速小風(fēng)車(7)、齒輪(8)、阻擋卡A (9)、軸承A (10)、工作布卷筒(11)、扇葉C (12)、軸承B (13)、工作布(14)、風(fēng)兜(15)、扇葉D (16)、扇葉B (17)、阻擋卡B (18)、防重力下垂斜拉鋼絲繩(19)和均力鋼絲繩(20)，同一層共有四個扇葉，分別為扇葉A (2)、扇葉B (17)、扇葉C (12)和扇葉D (16)，四個扇葉組成十字型，其特征在于每個扇葉的矩形框架的內(nèi)沿固定著透風(fēng)網(wǎng)(1)，透風(fēng)網(wǎng)(I)制成曲面，能與工作布(14)構(gòu)成凹面阻風(fēng)屏障，與平面相比，其空氣動力系數(shù)更大一些，在透風(fēng)網(wǎng)(I)凹面的一側(cè)，安裝著垂直軸(3)和工作布卷筒(11)，工作布卷筒(11)兩端裝有軸承A(IO)和軸承B (13),軸承被固定在扇葉框架上，工作布(14)的一個邊在豎直方向上被鉚釘固定在工作布卷筒(11)上；工作布卷筒(11)上端的轉(zhuǎn)軸與一個控速小風(fēng)車(7)的垂直軸(3)連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車，其特征在于控速小風(fēng)車(7)是一個阻力型垂直軸風(fēng)車，它由四片扇葉，相互組成十字形，扇葉皆是由不銹鋼半球殼及長柄組成，控速小風(fēng)車(7)的垂直軸(3)上有齒輪(8)，齒輪(8)與齒板(6)相嚙合，齒板(6)的兩端各有阻擋卡，并且齒板(6)的其中一端與螺旋式彈簧(5)相連接。
專利摘要自動控速阻力型垂直軸風(fēng)車，包括有透風(fēng)網(wǎng)、扇葉、垂直軸、啟動布、螺旋式彈簧、齒板、控速小風(fēng)車、齒輪、阻擋卡、軸承、工作布卷筒、工作布、風(fēng)兜、防重力下垂斜拉鋼絲繩和均力鋼絲繩。同一層共有四個扇葉，四個扇葉組成十字型。每個扇葉的矩形框架的內(nèi)沿固定著透風(fēng)網(wǎng)，透風(fēng)網(wǎng)制成曲面，能與工作布構(gòu)成凹面阻風(fēng)屏障，與平面相比，其空氣動力系數(shù)更大一些。在透風(fēng)網(wǎng)凹面的一側(cè)，安裝著垂直軸和工作布卷筒，工作布卷筒兩端裝有軸承，軸承被固定在扇葉框架上。工作布的一個邊在豎直方向上被鉚釘固定在工作布卷筒上。工作布卷筒上端的轉(zhuǎn)軸與一個控速小風(fēng)車的垂直軸連接在一起。本實(shí)用新型不易被大風(fēng)破壞，其扇葉制造材料為普通材料，制造成本低。
文檔編號F03D7/06GK202732218SQ20122033741
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者李秀全, 邢飛, 馮周民, 賈娟, 陳剛 申請人:李秀全