小型发电机用螺旋桨式风车的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种改进的小型螺旋桨式风车，其在低风速时也能高效发电，并且在强风时风车不发生损坏，进而可以稳定地确保基本叶片的风向标方向性，并且环境负担小。本发明的小型螺旋桨式风车通过弹性体单侧支撑具有波浪翼形状的叶片，并且叶片和弹性体的材料为纸或塑料。为稳定地确保基本叶片的风向标方向性，将风向标稳定机构设置于基本叶片的后方。
【专利说明】小型发电机用螺旋桨式风车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种小型发电机用螺旋桨式风车，具体涉及一种小规模发电小型螺旋桨式风车。
【背景技术】
[0002](I)通常，用于风力发电的风车可以利用强大的自然能量获得电力，不过对此种风车，需要附加用于在自然环境中承受强风、对抗风力的结构或装置。因此，对于现有已知的螺旋桨式风车，实施有以下各种抗强风措施。
[0003]例如，在专利文献I中公开了利用设置于螺旋桨式风车的轮轴(hub)内的机械结构，分别独立地对该风车上的多个叶片的桨距角进行变更控制的发明(参照专利文献I)。
[0004]另一方面，对于小型螺旋桨式风车，由于其设置于地表附近，因此不能内藏上述复杂的桨距角改变控制机构。因此，通过增加风车的叶片和叶片安装部的强度，作为抗强风措施和抗风切变措施。
[0005]然而，在上述抗强风措施中，存在低风速时风车的启动性和发电效率受损的缺陷。
[0006]因此，开发出从低风速到强风都能高效发电，且在强风时风车也不会发生损坏的小型螺旋桨式风车，即PROVEN风车。(参照专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5、专利文献6。)
[0007](2)在下风型小型风车，即将发电机和风车叶片配置在作为摇摆轴的纵向支柱的下风侧的风车中，采用产生摇摆旋转力矩一类的风向标稳定措施，令叶片总是移位到下风位置。
[0008]但是，在下风型小型风车的情形下，已知上述结构中风向标稳定性不足。
[0009]一般地，对于下风型风车而言，认为若使风车叶片旋转面置于作为摇摆方向的旋转轴的纵向支柱的下风侧，则风车叶片的旋转正面会因大致位于叶片旋转面中心的风压中心和摇摆旋转轴的位置关系，而总是被吹到下风侧，但是实际上通过实验得知，对于旋转直径大约为50cm的小型风车，即使风速在5m以下时，风车叶片的旋转正面也未必总是移位到下风侧，而可能回到正对风的初始上风位置。
[0010]根据图12从理论上说明上述现象。附图标记100表示风车叶片。S卩，图12说明下风型风车稳定于上风位置的现象，当叶片旋转面120未正对风向，绕摇摆轴Zl保持一定的摇摆角度时，推测如下，叶片旋转面120起到像圆板翼一样的作用，在叶片旋转面120上风侧的叶片翼端区域110的内侧产生涡流V而使负压增加，而施加使叶片旋转面120返回正对风向的方向的力矩Ml。图中Fl表示空气气流。
[0011](3)现有的微型风力发电机具有如下结构，S卩，强风时对风车叶片的负荷大，叶片本身必须具有坚固的结构，另外，与发电机的输入轴的连接也需要加固，风车叶片的形态结构和发电机的发电容量的组合固定而受限制，不能根据输出负荷而改变风车叶片的形态结构。
[0012]一般在风车的设计中，因为是以最大程度吸收风能为目的来进行设计，因此对风车叶片设计为，在不同的转速下，在输出合理的扭矩时效率最大。因此，为了得到最大效率，对于普通的微型风力发电机，使发电机侧的发电性能匹配调整，以使在每个转速下都能对风车输入规定的抵抗扭矩。
[0013]另一方面，在发电机侧，若流过负载的电流值变化，则即使转速相同产生的扭矩也不同，因此存在不能利用输出负载自由确定阻力扭矩的问题。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:日本发明专利公开第2003-56448号公报
[0017]专利文献2:日本发明专利公布第昭25-3964号公报
[0018]专利文献3:日本发明专利公布第昭29-8608号公报
[0019]专利文献4:日本发明专利公开第平4-103883号公报
[0020]专利文献5:日本发明专利公开第平9-79127号公报
[0021]专利文献6:日本发明专利第3435540号公报
【发明内容】
[0022]发明要解决的问题
[0023](I)但是，在上述现有技术中已知的PROVEN风车中，通过在风车的叶片安装部设置铰链，允许风车叶片存在襟翼角(flap angle)，而使风车的叶片能随风摆动，但是在风低速时，无法获得发电效率高的转速和扭矩。
[0024](2)另外，作为下风型小型风车的风向标稳定度的增强措施，有如图13所示的、在风车叶片100的旋转轴160上安装风向标稳定板210的方法，但是，为了使该风向标稳定板210不与风车叶片100同轴旋转，而使结构复杂化，作为小型风车成本却大幅上涨。
[0025]另外，虽然也设计有使风向标稳定板210与风车叶片100同轴旋转的结构，但在空气动力学上不优选在风车叶片100的下风侧旋转的风向标稳定板210。
[0026]结果，对于下风型的小型发电机用螺旋桨式风车，在风车叶片的下风侧配置风向标稳定板是不现实的，除了将发电机壳体做成细长形以便尽量使风压中心远离摇摆方向旋转轴，或者在发电机壳体附近设置大型方向稳定板以外，没有其他提高风向标稳定性的方法。
[0027]另外，在设置上述方向稳定板的结构之外，还考虑有如下方法，S卩，作为与风车叶片同轴旋转，并且在空气动力方面不会受到不良影响，能稳定地发挥风向标效果的方法是，在风车叶片的下风侧设置简单且轻质的筒体。
[0028]但是，因为筒体为圆形截面，垂直横向受风时产生的阻力小，不能确保充分的风向标稳定性。为获得风向标稳定性，必须增加筒体的直径或增大筒长，但是若增加直径，则不仅整体重量变重，而且在其后产生涡流，在空气动力方面造成不良影响，另外，若增大筒长，贝U同样有重量增加的问题。甚至，从筒体形状的特殊性来看，还产生输送效率降低的附加问题。
[0029](3)另外，在现有的微型风车系统中，风车叶片和发电机的输入轴为一体的固定组件，因此风车叶片的桨距角(pitch angle)无法改变。因此，该桨距角在未匹配发电机侧的输出负荷的状态下即被预先确定。只能以风车叶片桨距角的预设状态来使用，此种组合造成的损耗绝对不低。
[0030]鉴于上述问题，需要有能够与发电机侧的多种输出负荷相匹配的小型发电机用螺旋桨式风车的技术革新。
[0031]解决问题的方法
[0032]本发明为解决上述课题而设置以下结构。即，本发明提供一种小型发电机用螺旋桨式风车，其特征是，横支柱可自由旋转地连接于纵支柱，发电机设置于该横支柱，并通过轮轴，将由薄板状的片材构成的叶片以旋转轴对称方式安装于该发电机的输入旋转轴，该叶片形成波浪翼(corrugated wing)形状,并且该叶片可替换为桨距角或前端方向长度不同的叶片。
[0033]另外，所述叶片经可自由变形的弹性体单侧支撑于所述轮轴。
[0034]另外，所述叶片和所述弹性体由纸或塑料形成。
[0035]保持一定间隔将多个以旋转轴对称方式安装于所述发电机的输入旋转轴的所述叶片重叠组合。
[0036]另外，本发明提供一种小型发电机用螺旋桨式风车，其特征是，以旋转轴对称形状的两叶螺旋桨型的叶片为基本叶片，保持一定间隔将多个所述基本叶片重叠安装于所述发电机的输入旋转轴，并且使各基本叶片的叶片本体长度方向的轴线在方位角方向上错开相同角度而进行安装。
[0037]另外，所述叶片本体的桨距角可以自由设定。
[0038]另外，提供一种小型发电机用螺旋桨式风车，其特征是，将所述基本叶片安装于所述发电机的输入旋转轴并使其位于所述发电机的后方，在该基本叶片的后方同轴地设置风向标稳定机构，并且该风向标稳定机构包括，由薄的片状材料构成的前部封闭的筒体和连接于该筒体后端的多片的橫风翼，并且所述发电机、所述基本叶片和所述风向标稳定机构可一体地摇摆旋转。
[0039]另外，所述多片的橫风受翼截面为卍字形或截面为钩十字形。
[0040]另外，所述前部封闭的筒体可自由拆装地连接于所述发电机的输入旋转轴后端。
[0041]发明效果
[0042](I)根据本发明的小型发电机用螺旋桨式风车，通过具有经弹性体对具有波浪翼形状的叶片进行单侧支撑的结构，根据具有该波浪翼形状的叶片的空气动力学特性，可以大幅度提高低风速、低转速时，即低雷诺数区域中的该叶片的空气动力学性能(升阻比lift-drag ratio),同时能够使结构极为小型轻量化。
[0043]因此，可以大幅提高低风速时该风车的旋转启动性，并可以大幅提高该风车低风速时的发电效率。
[0044]S卩，在本发明中，对具有该波浪翼型的叶片进行单侧支撑的弹性体可以发生大的弹性变形，因此在强风时，该弹性体的弹性变形使该波浪翼形状的叶片形成大的襟翼角，可以防止由于强风引起的风车破坏。
[0045](2)根据本发明，由于叶片可用像纸一样薄的塑料制成，因此能够以低成本制造，从而能够实现基本叶片的模块化，对于一台发电机，作为使用的叶片可准备包括不同桨距角类型的多个模块。
[0046]另外，当以左右对称的两叶螺旋桨型的基本叶片为基本模块时，与发电机同轴地使基本模块重叠，并以均等的方位角将其固定于发电机的输入旋转轴，由此可以构成适应环境、适应风的方向和强度的风车，进而可以匹配发电机的输出负荷来改变作为基本模块的基本叶片的重叠片数和方位角，可以提供高效的小型发电机用螺旋桨式风车。
[0047]例如，对于一个发电机，当将轮轴部分的桨距角为15度和桨距角为7.5度的两种无扭转的基本叶片各4片分别组合时，即构成相对发电机侧的输出负荷的变化极为高效的风车。
[0048]另外，通过选择或减小桨距角，或缩短叶片本体的长度并减小旋转直径，或减少基本叶片的片数等，虽然降低风车的产生扭矩，但能够提高对应于风速的风车转速，相反，如果增加桨距角大的基本叶片片数，则虽然降低转速但可以增加产生扭矩。
[0049]如上所述，通过匹配实际的发电机的输出负荷状态来组合多种不同设计的桨距角和长度的基本叶片，可以选择效率最高的各种基本叶片的组合，具有以下效果，即，能够使利用风车发电的现有的小型发电机用风车，扩大在根据输出负荷进行电压和电流管理的小型发电机用螺旋桨式风车中的应用。
[0050]进而，例如，一套基本叶片为大直径且桨距角为7.5度，另一套为小直径且桨距角为15度，切割叶片的前端，形成约2/3长度的7.5度基本叶片，当将桨距角大的基本叶片设置于上风侧时，在风车叶片制作中，不必设置需要最消耗制造成本的翻折，能够获得等同于形成翻折的指定转速和扭矩。
[0051](3)根据本发明，由于将基本叶片安装于发电机的输入旋转轴，使其位于发电机的后方，并且发电机、基本叶片和风向标稳定机构形成一体并可摇摆旋转，因此能够以很小的重量，几乎不会对由基本叶片构成的风车造成重量负担，而实现小型发电机用螺旋桨式风车。
[0052]另外，通过如上所述地构成风向标稳定机构的筒体，从而不扰乱来自基本叶片的气流，进而能够起到橫风受翼的支撑梁的作用，用于支承位于基本叶片下风侧的远处的作为风向标的横风受翼。
[0053]另外，通过做成如上所述的结构，使得筒体自身也具有风向标功能。
[0054]另外，如果使大致十字形截面的翼的翼幅、即大致十字形截面的翼的旋转轨迹的直径在筒体的直径以下，则增加筒体的风向标稳定功能，能够呈现整体优良的风向标稳定效果。
[0055]另外，由于将大致十字形截面的翼的侧边部弯折，做成卍形截面或钩十字形截面，因此与单纯的大致十字形截面的翼相比，承受橫风时的风的流动状态和作用不同。即，因为绕轴的运动量变量在旋转轴的两侧不同，所以产生使基本叶片绕旋转轴向正方向旋转力矩。
[0056]此外，虽然基本叶片在橫风作用下不具有轴旋转力矩，但在对大致十字形截面的翼的侧边缘进行弯折加工后，能够在橫风作用时对基本叶片施加旋转启动扭矩。
[0057]另外，前部封闭的筒体可自由拆装地连接于发电机的输入旋转轴后端，即基本叶片的轮轴上，由此，可根据需要连接接筒体，提高风向标效果，并且在仅有基本叶片能够充分实现风车功能的环境下，与不设置筒体相应地使基本叶片的旋转扭矩增大，或者提高旋转速度。【专利附图】
【附图说明】
[0058]图1为本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的侧视示意图。
[0059]图2为表示本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的叶片所具有的波浪翼形状的示意图。
[0060]图3A为表示作用于本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的叶片的力的平衡的示意图。
[0061]图3B为表示作用于本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的叶片的力的平衡的示意图。
[0062]图4为从侧面观看本发明的小型发电机用叶片风车的放大示意图。
[0063]图5为从侧面观看本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的风洞试验结果的示意图。
[0064]图6为从下风侧观看本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的示意图。
[0065]图7为从侧面观看本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的放大示意图。
[0066]图8为本发明的小型发电机用螺旋桨式风车的叶片的金属支架安装部的示意图。
[0067]图9为安装有本发明的风向标稳定机构的小型发电机用螺旋桨式风车的侧视示意图。
[0068]图1OA为关于本发明的风向标稳定机构的橫风受翼的橫风效果的示意图。
[0069]图1OB为关于本发明的风向标稳定机构的橫风受翼的橫风效果的示意图。
[0070]图1lA为安装有作为本发明的风向标稳定装置的圆筒的小型发电机用螺旋桨式风车的侧视示意图。
[0071]图1lB为图1lA的A-A向视图。
[0072]图12为非优选的、现有的下风方式风向标稳定点的示意图。
[0073]图13为现有的下风方式风向标稳定装置示例的示意图。
[0074]附图标记说明
[0075]I 叶片
[0076]la、Ib 叶片本体
[0077]2 弹性体
[0078]3 轮轴
[0079]4 发电机
[0080]4a 输入旋转轴
[0081]5 风向标稳定板
[0082]6 横支柱
[0083]7 纵支柱
[0084]8 旋转支撑部
[0085]9 配重物
[0086]10 制动器
[0087]11 衬垫
[0088]12 金属支架
[0089]13 筒体[0090]14大致十字形截面的翼
[0091]14a十字形截面的翼
[0092]14b卍形截面的翼
[0093]14c钩十字形截面的翼
[0094]16旋转轴
[0095]18PET瓶的盖体
[0096]20橫风受翼
[0097]30基本叶片
[0098]F气流
[0099]M力矩
[0100]Z摇摆轴
【具体实施方式】
[0101]本发明涉及一种小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于，横支柱可自由旋转地连接于纵支柱，在该横支柱上设置发电机，并且在该发电机的输入旋转轴上通过轮轴以旋转轴对称方式安装由薄板状的片材形成的叶片，该叶片为波浪翼形状，并且该叶片可替换为桨距角或前端方向长度不同的叶片。
[0102]所述叶片经可自由变形的弹性体单侧支撑于所述轮轴，所述叶片和所述弹性体由纸或塑料形成。
[0103]另外，保持一定间隔将多个以旋转轴对称方式安装于所述发电机的输入旋转轴的所述叶片重叠组合。
[0104]并且，以旋转轴对称形状的两叶螺旋桨型的叶片为基本叶片，保持一定间隔将多个所述基本叶片重叠安装于所述发电机的输入旋转轴，并且使各基本叶片的叶片本体长度方向的轴线在方位角方向上错开相同角度而进行安装。
[0105]通过替换基本叶片可以自由设定该叶片本体的桨距角。
[0106]进而，将基本叶片安装于发电机的输入旋转轴并使其位于发电机的后方，将风向标稳定机构可自由拆装地设置于发电机的输入旋转轴后端，即基本叶片的轮轴背面，该风向标稳定机构包括，由薄的片状材料构成的前部封闭的筒体和连接于该筒体后端的多片的橫风翼，并且发电机、基本叶片和风向标稳定机构可一体地摇摆旋转。
[0107]另外，橫风受翼截面为卍字形或截面为钩十字形。
[0108]进而，PET瓶筒体的瓶口可拆卸地旋紧在固定于发电机的输入旋转轴后端，旋紧在固定于轮轴背面的PET瓶盖体上，由此，通过PET瓶的瓶口可自由拆装地连接前部封闭的筒体。
[0109]以下详细说明本发明的实施方式。
[0110]图1为叶片的旋转直径最大为22cm的下风型小型发电机用螺旋桨式风车的侧视
示意图。
[0111]具有图1所示的波浪翼形状的两个英国图画纸(Kent paper)制叶片I分别粘接固定于两个英国图画纸制的薄板(弹性体2)。该英国图画纸制的薄板的弹性体2粘接固定于同为纸制的轮轴3，即，使叶片I在由英国图画纸制的薄板的弹性体2支撑其一侧的状态，而固定于轮轴3。图1所示的英国图画纸制的轮轴3直接连接固定于作为超小型发电机的发电机4的输入旋转轴4a。发电机4连接固定于钢制的圆柱棒状的横支柱6的一端。横支柱6通过由轴承形成的旋转支撑部8安装于钢制的圆柱棒状的纵支柱7的前端并可在水平面上自由旋转。另外，在横支柱6的侧面，在延伸方向上安装有风向标稳定板5。如此，作为整体构成下风型的风车。
[0112]本实施方式所示的小型发电机用螺旋桨式风车的叶片I具有如图2所示的波浪翼形状。
[0113]本发明的发明人通过详细研究在低雷诺数区域中飞行的蜻蜓翅膀的翼型，发现波浪翼形状的空气动力学的性能(升阻比)。即，发现波浪翼形状以弦长雷诺数来计算，在10的3次方阶以下的区域中，表现出凌驾于其他翼型之上的空气动力学性能(升阻比);但另一方面，以弦长雷诺数计算，在超过10的4次方的区域，则具有空气动力学性能(升阻比)急剧下降的倾向。可认为该倾向存在于所有具有任意凹凸形状的波浪翼形状。因此，本实施方式所示的小型发电机用螺旋桨式风车基于该波浪翼型在低雷诺数区域的优良空气动力学性能(升阻比)而构成，另外，还基于如下效果而构成，所述效果为，通过由图1所示的轻量英国图画纸形成的叶片1、弹性体2和轮轴3，可以大幅降低惯性力矩。
[0114]另一方面，在强风时，由于弦长雷诺数增大，导致本实施方式所示的小型发电机用螺旋桨式风车，其波浪翼形状的叶片I的空气动力学性能(升阻比)急剧下降。
[0115]因此，如图3A的本实施方式的螺旋桨式风车所示，作用于其波浪翼形状的叶片I的“扬力”比同样作用于叶片I的“阻力”小，结果使风车的“旋转力”降低。
[0116]S卩，能够在强风时解除风速和风车转速之间的比例关系，防止风车损坏。
[0117]另外，在强风时，与作用于图3A所示的波浪翼形状的叶片I的扬力的增加率降低相反，作用于叶片I的襟翼(flap)空气动力增加率急剧升高，因此如图3B所示，在作用于叶片I的扬力的作用下，降低获得旋转力的状态，也降低作用于该叶片I的离心力的增加率。
[0118]另一方面，作用于叶片I的襟翼空气动力的增加率急剧增大，大的弯曲扭矩作用于对叶片I进行单侧支撑的弹性体2。
[0119]这样，如图4所示，在对叶片I单侧支撑的本实施方式中，由英国图画纸制成的弹性体2向下风侧柔软地弹性变形并弯曲，由此可以使叶片I产生襟翼角(flap angle)，从而有效地减少风车的受风面积，卸去强风时的风力，可以防止本实施方式的风车被破坏。
[0120]图5为表示使本实施方式的螺旋桨式风车在风洞内旋转的风洞试验的结果的侧视示意图。螺旋桨式风车的叶片I的扭转角为O度，桨距角为负15度。
[0121]在风洞试验中，在图5所示的风速6m/s的旋转状态下，本实施方式的小型发电机用螺旋桨风车不产生襟翼角，风车转速与风速成正比上升。
[0122]另外，在该风洞试验中，到风速8m/s为止，本实施方式的小型螺旋桨式风车转速与风速成正比上升。
[0123]在该风速和风车的转速成比例的区域，本实施方式的小型发电机用螺旋桨式风车，基于波浪翼形状的叶片I的优良空气动力学性能(升阻比)，可极有效地产生大的扬力。
[0124]另外，可以极有效地将大的旋转力(旋转扭矩)施加于本实施方式的小型发电机用螺旋桨风车。
[0125]因此，本实施方式的小型发电机用螺旋桨式风车，与现有的螺旋桨式风车相比，可以有效地将风力转换为电力，适于进行发电。
[0126]另一方面，当风速超过8m/s时，由于叶片I所具有的波浪翼形状的空气动力学性能(升阻比)急剧降低，因此可以防止风速与风车转速成比例地增加。进而，如图5所示，单侧支撑叶片I的英国图画纸制薄板弹性体2发生弹性变形并弯曲，由此在叶片I被风吹动时，在风速16m/s时开始具有大的襟翼角，在风速28m/s时襟翼角超过45度，在该风洞的最大实验风速40m/s时襟翼角达到75度，而卸去强风，本实施方式的小型发电机用螺旋桨式风车不发生损坏。
[0127]为了更随意地调整本实施方式的小型发电机用螺旋桨式风车所具有叶片的空气动力学性能(升阻比)，如图6所示，可在叶片I的前端后缘部粘贴纸制粘贴胶带作为迎角调整用配重9，并分别调整其重量。
[0128]通过粘贴配重9，当在强风下形成襟翼角而旋转时，可利用由该襟翼角产生的上风方向分力成分使叶片I的前端后边缘部向上风侧翻卷，因此，能够起到与扭转叶片I相同的功能，并且可以使叶片I的前端部处叶片I的迎角增加。
[0129]S卩，由于能够扭转叶片I的翼面来形成扭转形态，因此能够自由地对在强风下叶片I的迎角和失速状态进行变更控制，防止风车破损。
[0130]如上所示的本实施方式的小型发电机用螺旋桨式风车，由于小型轻便，因此可以容易地设置在任何场所，并且可以对在现有技术中不能用于风力发电的低风速时的风力加以利用。
[0131]另外，即使在强风下，风车也不会损坏，能够继续发电，在此基础上，即使在强风时的高转速状态下，因为叶片等为纸制，不会对周围造成危险，另外还可以极大降低制造风车所带来的环境负担。
[0132]在图7中，附图标记10为圆柱形的钢制制动器，与发电机4的输入旋转轴4a固定成一体。另外，11为聚氨酯橡胶制的衬垫(9 4 f 一)。
[0133]另外，对于轴对称地安装于发电机的输入旋转轴并具有波浪翼形状的叶片，将其
多片保持一定间隔重叠组合。
[0134]另外，将具有旋转轴对称形状的两叶螺旋桨型叶片作为基本叶片，在小型发电机的输入旋转轴上保持一定间隔多个重叠安装上述基本叶片，并且在进行安装时，使各个基本叶片的叶片本体的长度方向轴线在方位角方向上逐一错开相等角度。叶片本体的桨距角可任意设置。
[0135]S卩，如图6所示，以具有旋转轴对称形状的两叶螺旋桨型叶片作为基本叶片30，该基本叶片30由两片叶片本体la、lb构成。S卩，如图8所示，当通过夹紧螺母将两片叶片本体la、lb各自的基端部以对置的方式旋紧固定于可拆卸地嵌入于发电机输入旋转轴4a的两片金属支架12之间，完成具有旋转轴对称型的两叶螺旋桨型基本叶片30。也可以不将两片叶片本体la、lb进行组合，而是一体成形来形成基本叶片30。
[0136]将多片该两叶螺旋桨型的基本叶片30保持一定间隔重叠组合。即，两叶螺旋桨型的基本叶片30利用其中央的金属支架12嵌入于发电机输入旋转轴，并且以金属支架12的厚度作为间隔物，多片保持一定间隔重叠组合。并且使各基本叶片的叶片本体长度方向的轴线在方位角方向上逐一错开相等角度而重叠地进行安装。
[0137]夹在金属支架12间的叶片本体，通过在各在基端部形成一定的扭曲而形成基本叶片的桨距角。为得到规定的转速和扭矩，通过准备例如15度和7.5度两种桨距角的基本叶片，并通过改变数量和重叠顺序等，来实现对应风的方向和强度的最适合的基本叶片组合，能够构成具有良好的与输出负荷变化相应的效率的螺旋桨式风车。若预先准备多种不同的桨距角的基本叶片以便如上所述地任意改变桨距角，则可以构成与小型发电机输出负荷最相适应的风车。
[0138]如图9所示，风向标稳定机构50可自由拆装地安装于轮轴3的后方。风向标稳定机构50包括筒体13和连接于其后端的多片橫风受翼20，筒体13的截面面积大约与轮轴面积相同。附图标记4表示发电机，附图标记Z表示摇摆轴。
[0139]筒体13可利用薄的片状材料构成的PET瓶的瓶口的螺纹，与固定于基本叶片30的中心的轮轴3的PET瓶的盖体18螺合。
[0140]通过如上所述地构成作为风向标稳定机构50的筒体13，从而不干扰来自基本叶片30的风的流动，还可以起到在后端支承橫风受翼20的支撑臂的作用，使该横风受翼20位于基本叶片30下风侧的远处位置，实现风向标功能。
[0141]在此基础上，因为筒体13本身也具有一定的风向标效果，因此筒体形状是最有闻效的风向标结构。
[0142]安装于筒体13后端并具有风向标功能的多个橫风受翼20使用与PET瓶相同的薄的片状材料，通过将长方形翼安装成截面为大致十字形并呈放射状来充分发挥风向标功能，同时由于重量轻且抗强风，并且不牺牲基本叶片30的性能，根据具体情况，如下所述设定其设计条件，以提高风车性能。
[0143]S卩，当由上述多片橫风受翼20形成的大致十字形截面的翼14的翼宽大于前方筒体13的直径时，大致十字形截面的翼14的前端部分暴露于基本叶片30的尾流，考虑到其空力干扰，而不做优选。这里，将大致十字形截面的翼14的翼宽，即大致十字形截面的翼14的旋转轨迹的直径，设置为筒体13的直径以下，由此可获得更好的风向标稳定效果，至少优于仅有筒体13时的风向标稳定效果。
[0144]进而，可对上述大致十字形截面的翼14进行加工，将十字翼的侧端边缘弯折成大致直角。
[0145]弯折方向使得，在风车承受橫风时该弯折部分承受橫风，在基本叶片30的规定旋转方向施加旋转力矩。
[0146]其结果是，进行上述弯折加工后，大致十字形截面的翼14的形状形成卍形截面或钩十字形截面。
[0147]实施如上所述的大致十字形截面的翼14侧端边缘的弯折加工后，与未进行弯折加工的翼相比，如图1OA和图1OB所示，两者承受橫风时的气流F的形态与作用不同。
[0148]未进行弯折加工的十字形截面的翼14a拦住的空气量少，因此对橫风的阻力小，自然在橫风作用下被风吹动而产生的力矩小。
[0149]另一方面，对大致十字形截面的翼14侧端边缘进行弯折加工，将翼的形状制成卍形截面或钩十字形截面，由于在旋转轴16的两侧绕轴的运动变化量不同，因此产生使基本叶片30绕旋转轴16向正向旋转的绕旋转轴的力矩M。图1OB表示在卍形截面的翼14b的情形下橫风的气流，以及产生的力矩M。
[0150]如上所述，虽然围绕旋转轴16的力矩M小，但由于其作用于基本叶片30的正向旋转方向，因此在基本叶片30非常轻时，也能使基本叶片30旋转。
[0151]由于基本叶片30在橫风作用下原则上不产生绕旋转轴的力矩M，因此对大致十字形截面的翼14侧端边缘进行弯折加工是在橫风作用下向基本叶片30提供旋转启动扭矩的唯一技术。
[0152]因此，在无风静止状态下突然承受来自横向的风时，在对大致十字形截面的翼14的侧边缘进行弯折加工，形成卍形截面或钩十字形截面的情形下，由于基本叶片30受到向正向旋转的绕旋转轴的力矩M的作用，因此在基本叶片30达到正下风方向时，与仅有基本叶片30和仅附加十字形截面的翼14a的情形相比，基本叶片30已经在一定程度上开始轴旋转。因此，即使风向变动显著造成频繁地摇摆旋转，也可以尽可能地减少基本叶片30轴旋转启动的延迟。
[0153]在使大致十字形截面的翼14的前端从基本叶片30中心的轮轴3的外周伸出的情形下(翼宽大于前方筒体13的直径时)，对在基本叶片30的尾流中大致十字形截面的翼14同轴旋转时的空力的作用进行考察。
[0154]S卩，当大致十字形截面的翼14的翼宽大于前方筒体13的直径时，大致十字形截面的翼14的前端轨迹部分暴露于基本叶片30的尾流，产生空力干扰，不做优选。
[0155]因此，如果将大致十字形截面的翼14的翼宽、即大致十字形截面的翼14的旋转轨迹的直径，设定为筒体13的直径、即轮轴3的直径以下，则表现出更好的风向标稳定效果，至少优于仅有筒体13时的风向标稳定效果。
[0156]但是，当风向频繁变化，基本叶片30的启动响应性显著延迟时，通过使截面卍形或钩十字形的翼片的翼宽扩展到筒体13的外周，可以改善基本叶片30的启动响应性。
[0157]在本发明中，对大致十字形截面的翼14进行弯折加工后的翼的翼宽，即大致十字形截面的翼14的旋转直径，应当根据风车整体的启动响应性、摇摆旋转的响应性和风向变化的频度等函数来确定。
[0158]当然，若将弯折加工后的、大致十字形截面的翼14的翼宽设置为筒体13的直径以下，则可以忽略基本叶片30尾流部分的效率下降。
[0159]其原因在于，在下风状态下，虽然在运转中的筒体13背后的区域中，始终形成乱流区域，但其周围的气流因基本叶片30的旋转影响而勉强向相同方向旋转，因此位于筒体13正后方的大致十字形截面的翼14的部分具有将乱流调整为周围气流同步的整理功能，根据上述特性，可以认为在基本叶片30的尾流部分不一定发生效率下降。
[0160]图1lA为将本发明的实施例用于直径42cm的下风型风车的例的侧视结构图。
[0161]在基本叶片30的轮轴3的背面连接并固定PET瓶的盖体18，使其位于贯通中心部的输入旋转轴4a的端部，在该盖上可拆卸地旋入底部经切削而呈底部开口形的、作为筒体13的PET瓶的瓶口。PET瓶具有与轮轴3大致相同的旋转半径。大致十字形截面的翼14连接于作为筒体13的PET瓶底部的切削开口部。根据需要将大致十字形截面的翼14的侧边缘部弯折成卍形截面或钩十字形截面。
[0162]图1lB为图1lA的A-A方向视图，表示当大致十字形截面的翼14为钩十字形截面时的钩十字形截面的翼14c。在图1lB的情形下，大致十字形截面的翼14侧边缘部的弯折方向从下风侧看为钩十字形，其对应于设计成，从下风侧看，在下风位置的基本叶片30沿右旋方向旋转的情形。当然，如果基本叶片30的旋转方向相反，则大致十字形截面的翼14的侧边缘部的弯折方向在图1lB的情形中为相反的大致卍形截面。
[0163]大致十字形截面的翼14不必为严格的十字形，从A-A截面图可见，可以将平板直角弯折成角材形，将包括在弯折部的长方形处粘接而形成大致十字形，然后将翼的侧边缘部弯折成角材形。
[0164]在本实施方式中，轮轴3的直径约为60mm，PET瓶的直径约为65mm，大体被风车的轮轴3的投影遮挡，从作为PET瓶安装部的PET瓶盖体18到橫风受翼20的后端约为35cm，大致十字形截面的翼14的长度约为15cm，由此能够将风向标稳定机构的质量控制在仅30g以下。
【权利要求】
1.一种小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 横支柱可自由旋转地连接于纵支柱，在该横支柱上设置发电机，并且在该发电机的输入旋转轴上通过轮轴以旋转轴对称方式安装由薄板状的片材形成的叶片，该叶片为波浪翼形状，并且该叶片可替换为桨距角或前端方向长度不同的叶片。
2.根据权利要求1所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 所述叶片经可自由变形的弹性体单侧支撑于所述轮轴。
3.根据权利要求1或2所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 所述叶片和所述弹性体由纸或塑料形成。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 保持一定间隔将多个以旋转轴对称方式安装于所述发电机的输入旋转轴的所述叶片重叠组合。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 以旋转轴对称形状的两叶螺旋桨型的叶片为基本叶片，保持一定间隔将多个所述基本叶片重叠安装于所述发电机的输入旋转轴，并且使各基本叶片的叶片本体长度方向的轴线在方位角方向上错开相同角度而进行安装。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 所述叶片本体的桨距角可以自由设定。
7.根据权利要求1?6中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 将所述基本叶片安装于所述发电机的输入旋转轴并使其位于所述发电机的后方，在该基本叶片的后方同轴地设置风向标稳定机构，并且该风向标稳定机构包括，由薄的片状材料构成的前部封闭的筒体和连接于该筒体后端的多片的橫风翼，并且所述发电机、所述基本叶片和所述风向标稳定机构可一体地摇摆旋转。
8.根据权利要求1?7中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 所述多片的橫风受翼截面为卍字形或截面为钩十字形。
9.根据权利要求1?8中任一项所述的小型发电机用螺旋桨式风车，其特征在于， 所述前部封闭的筒体可自由拆装地连接于所述发电机的输入旋转轴后端。
【文档编号】F03D7/04GK103620214SQ201180072020
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2011年6月30日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】小幡章 申请人:学校法人文理学园