[发明专利]马格努斯式垂直轴风轮及风力机

说明书

本发明公开了一种马格努斯式垂直轴风轮及风力机，属于风力驱动设备技术领域，风轮包括风轮框架、转轴、圆柱转子及挡风板，两个圆柱转子由驱动部件驱动并设于风轮框架两端，两个挡风板对应设于两个圆柱转子里侧，挡风板中部与风轮框架转动配合，偏心机构驱动挡风板偏摆来抑制圆柱转子所受马格努斯力的大小；风轮框架固定在转轴上。通过挡风板对马格努斯力进行控制，在上风侧圆柱转子推动风轮转动时，马格努斯力基本不受到影响，在下风侧圆柱转子抑制风轮转动时，减小马格努斯力，以此实现风轮的转动。采用发明能够实现垂直轴风力机转子的顺利旋转，进而确保风力机的正常运转。

技术领域

本发明属于风力驱动设备技术领域，尤其涉及一种马格努斯式垂直轴风轮及风力机力机。

背景技术

流体中旋转的圆柱会受到一个垂直于转动轴和流动方向的力作用，这种现象称为马格努斯效应。在马格努斯式的垂直轴风力装置中，通过马格努斯力得到垂直轴风轮的转动扭矩。但马格努斯力的方向始终垂直于圆柱转动方向和来流风方向，且马格努斯力的大小由风速和圆柱转子的转速决定。然而在垂直轴的风车中，旋转圆柱沿着一个方向转动时，产生的马格努斯力在上风侧和下风侧为同一方向，此时作为垂直轴风力机风轮的转动扭矩会相互抵消，因此不能直接使用旋转圆柱作为垂直轴式的风力机转子。

目前，解决上述问题的方法之一是在上风侧和下风侧分别改变圆柱转动方向，但是采用该方法时需要频繁地切换圆柱转动方向，这对于装置自身以及驱动电机会产生损耗，极大地减小使用寿命，并且圆柱在高转速下，减速后换方向加速同样需要一定的时间，这有可能使得圆柱的旋转方向切换跟不上风轮的转动而导致装置效率降低。

另外，还有另一种解决方法：使用一组转动方向相反的旋转圆柱，沿着风轮内外侧布置，通过上风向马格努斯转子对下风向的遮挡作用减小下风向转子的马格努斯，当旋转圆柱组处于上风侧时，外侧转子处于上风向，内侧转子处于下风向，风轮产生沿着外侧转子的马格努斯力方向的扭矩；当旋转圆柱组处于下风侧时，外侧转子处于下风向，内侧转子处于上风向。如此一来在上风侧和下风侧风轮就能产生同一方向的转动扭矩。这种方法能够有效解决频繁切换圆柱旋转的问题，但由于同时需要驱动两根旋转圆柱，因此成本也会相应的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种马格努斯式垂直轴风轮及风力机力机，旨在解决现有技术中由多个旋转圆柱组成的风轮因受马格努斯效应产生的负扭矩而无法直接在垂直轴式风力机上使用，影响风力机工作效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种马格努斯式垂直轴风轮，所述风轮包括矩形风轮框架、转轴、两个圆柱转子及两个挡风板，所述圆柱转子由驱动部件驱动并设置于风轮框架的两端、且与风轮框架转动配合，两个挡风板对应设置于两个圆柱转子的里侧，两个挡风板的中部均与风轮框架转动配合，所述挡风板的活动端与偏心机构相连，所述偏心机构用于驱动挡风板转动来抑制圆柱转子所受马格努斯力的负扭矩大小；所述风轮框架的中部与转轴固连。其中，驱动部件通过导电滑环进行供电，导电滑环设置在转轴下侧，连接驱动部件与导电滑环的导线设置于风轮框架和转轴内部。

优选的，所述挡风板的侧面为矩形平板状，所述挡风板的中部与风轮框架转动配合，所述挡风板的活动端与偏心机构的偏心臂转动相连。

优选的，所述挡风板的两侧面由活动端至自由端逐渐靠近并拢，所述挡风板的活动端为圆弧面。

优选的，所述挡风板的中部设有与固定杆转动配合的通孔，所述固定杆的两端与风轮框架的上下边框固连；所述挡风板的活动端设有与活动杆配合的通孔，所述活动杆的下端与偏心机构的偏心臂末端转动配合。

优选的，所述偏心机构包括偏心基座和两个偏心臂，所述偏心基座上设有偏心座，所述偏心座套装在转轴的外侧、且与转轴外壁之间设有间隙，偏心座与转轴的中心轴线不重合；所述偏心臂的一端与偏心座转动配合、另一端与挡风板的活动端转动配合，两个偏心臂分别与偏心座转动配合。