CN107387315B - 一种风叶竖向设置的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风叶竖向设置的风力发电设备，包括横向设置在底座上的动力轮，动力轮的上端面上设置有若干个风叶的托槽，每个托槽上设置有竖向的风叶，风叶的上端设有连接轮，动力轮的外缘设有发电机，发电机的主轴与动力轮的外缘之间设有传动部件；在所述风力发电机的附近设有风力信号采集器，风力信号采集器通过线缆或无线通信模块与控制器连接，通过控制器及与控制器连接的制动器用于控制动力轮的转速。所述风叶竖向设置的风力发电设备具有结构相对简单、可以在人员密集的地方安装使用，运行安全可靠，使用便捷、发电效率高，成本低廉等特点。

Description

一种风叶竖向设置的风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，具体涉及一种风叶竖向设置的风力发电机，主要用于人口密集区域使用的风力发电机。

背景技术

风力发电属于成熟技术已被广泛应用，由于现有的风力发电机都具有一定的破坏性危险因素，因此无法安装在人员密集的区域。

将风力转换为可用能源，主要是通过一风力发电机组，该风力发电机组是以风车接收风能，并将之转换为电力，现有应用在风力发电中用以将空气动力传递给发电机组的垂直式风车，主要是在一转动轴上接设呈螺旋卷绕状的叶片，通过叶片的设计，使风作用在叶片上，推动叶片转轴转动，叶片转轴再与发电机组相组设，如此便能达到将空气的动能转换为电能目的。对于现有的垂直式风车，虽然通过叶片的螺旋卷绕方式使其本身具迎风面及背风面，但因背风面是以整面的叶片承受风力，故会产生一相当大的阻力，此一阻力常会与风力作用在迎风面上所产生的推力相互抵消，导致风力发电效率低下难以提升的情形。

中国专利：ZL201210171137.4公开了一种垂直式风力发电叶片，是于叶片架体上成形分隔设立的组立板，且于两分隔的组立板间枢接有叶片主体，又于组立板与叶片主体间设有止挡件，且使该止挡件挡止于叶片主体相对组立板背风面的一侧，借此，枢接于叶片架体的叶片主体便可随着叶片架体的迎风面及背风面的风力朝向活动变换其启闭状态，于风力吹向迎风面时，叶片主体会受止挡件挡止定位而呈闭合状态，以使叶片完整接收风力的推动，另当风力吹向背风面时，叶片主体则呈开启状态，以避免承受风力产生阻力，据此，即可有效防止风力于叶片的迎风面与背风面同时作用，致使推力抵消情形，而达到大幅提高风力发电的效率。该组立板与叶片主体间设有止挡件的结构复杂，已损坏，因此使用效果较差。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构相对简单、可以在人员密集的地方安装使用，安全可靠，使用便捷、发电效率高，成本低廉的风叶竖向设置的风力发电机。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种风叶竖向设置的风力发电设备，包括横向设置在底座上的动力轮，动力轮的上端面上设置有若干个风叶的托槽，每个托槽上设置有竖向的风叶，风叶的上端设有连接轮，动力轮的外缘设有发电机，发电机的主轴与动力轮的外缘之间设有传动部件。

为了确保风力发电机高效且安全的运行，既依据自然风的风速控制动力轮驱动一台发电机运行或多台发电机同时运行，或当自然风的风力大于某一设定之后将对动力轮采取减速制动措施，甚至使得风叶失效，已达到保护风力发电设备的目的，优选的技术方案是，在所述风力发电机的附近设有风力信号采集器，风力信号采集器通过线缆或无线通信模块与控制器连接，通过控制器及与控制器连接的制动器用于控制动力轮的转速。

为了减小风叶转到背风面一侧时对于动力轮造成的逆风阻力，同时也为了增加风叶转到迎风面一侧时对于动力驱动力，也是为了简化风叶变形的结构构造，进一步优选的技术方案是，所述风叶包括固定风叶以及与其通过内侧边铰链连接的摆动风叶，固定风叶的一端与托槽固定连接另一端与连接轮固定连接，摆动风叶在风力的作用下绕内侧边铰链的轴摆动，摆动风叶的摆动角度范围为15°~175°。

为了防止风力过大时对发电设备造成的损坏，使得风力过大时气流能够顺利的穿过风叶，而不对风叶有驱动作用，进一步优选的技术方案还有，所述固定风叶与摆动风叶分别设有迎风面层和背风面层，迎风面层和背风面层通过设置在外侧边铰链铰接，迎风面层与背风面层之间设有柔性面料层，且迎风面层与背风面层均为网状结构，网的边缘设有边框。

为了防止风力过大时对发电设备造成的损坏，使得风力过大时气流能够顺利的穿过风叶，而不对风叶有驱动作用，进一步优选的技术方案还有，在所述迎风面层与背风面层的边缘之间设有夹紧件，夹紧件的一端与电磁开关连接，或与拨叉连接，而拨叉与微电机连接，或夹紧件为安全销钉。

为了减小风叶转到背风面一侧时对于动力轮造成的逆风阻力，同时也为了增加风叶转到迎风面一侧时对于动力驱动力，也是为了简化风叶变形的结构构造，进一步优选的技术方案还有，所述迎风面层与背风面层均为弧形面，弧形面的迎风面层与背风面层的凹面侧为迎风面层、凸面侧为背风面层。

为了提高风力发电设备的整体强度及刚性，确保风叶能够安全稳定的工作，进一步优选的技术方案还有，所述固定风叶在迎风面层一侧设有支撑柱，支撑柱的下端与动力轮连接，支撑柱的上端与连接轮连接。

为了提高风力发电设备的整体强度及刚性，确保风叶能够安全稳定的工作，同时也为了减轻驱动轮与连接轮的自重，进一步优选的技术方案还有，所述动力轮与连接轮均为辐条轮式结构，动力轮与连接轮的中心之间通过轴承与中心轴连接，中心轴的低端与基座连接，在所述动力轮的外缘至少设有3台发电机，在发电机之间设有制动器，制动器用于使得动力轮减速或制动。

为了确保风力发电机高效且安全的运行，既依据自然风的风速控制动力轮驱动一台发电机运行或多台发电机同时运行，或当自然风的风力大于某一设定之后将对动力轮采取减速制动措施，甚至使得风叶失效，已达到保护风力发电设备的目的，优选的技术方案还有，所述传动部件为摩擦轮或通过齿轮的啮合构成发电机主轴与动力轮外缘之间的动力传递，其中至少3台发电机中的一台发电机主轴与动力轮之外缘间构成固定的传动连接，其余发电机的主轴依据风力大小通过离合器与动力轮外缘之间构成活动式的传动连接；所述制动器采用杠杆机构或采用凸轮机构，杠杆机构中杠杆的中部设有铰链，杠杆的一侧设有电磁开关和复位弹簧，杠杆的另一侧设有制动片，制动片用于与动力轮和/或风叶摩擦制动。

为了简化风力信号采集器的结构构造，并且能够及时准确地将风力信号传送给控制器，以便通过控制器控制控制风力发电设备的运行，进一步优选的技术方案还有，所述风力信号采集器设有1至3个，每个风力信号采集器包括设置在壳体内的竖向风向翼，壳体内还至少设有一个L形风力摆，L形风力摆的拐点部位通过铰链与壳体内的顶部铰接，L形风力摆的短边侧设有配重块，L形风力摆的长边侧设有金属接触片，壳体内的底部设有与金属接触片位置相对应且凸起的至少一个金属接触点，所述金属接触片、金属接触点分别通过线缆或无线通讯模块与控制器连接。也就是说风力信号采集器可以分别独立地设置有3个，每个风力信号采集器中支设有一对L形风力摆和金属接触点构成的一个风力信号开关。也可以再一个壳体内分别设有2~3对L形风力摆和金属接触点构成的2~3个风力信号开关。

本发明的优点和有益效果在于：所述风叶竖向设置的风力发电设备具有结构相对简单、可以在人员密集的地方安装使用，运行安全可靠，使用便捷、发电效率高，成本低廉顶特点。该风力发电设备在自然强风状态下可启动保护设施，而在弱风状态下就可以启动发电，还可以随着风力的逐渐增大，而逐渐增大发电量。使得风力发电进入城市、乡村及家庭成为可能性，可以减少输变电造成的麻烦，能够降低用电成本，还何以将多余的电能并入电网运行。

附图说明

图1是本发明风力发电设备的整体结构立体示意图；

图2是本发明风力发电设备中风叶背风面的结构示意图；

图3是本发明风力发电设备中风叶迎风面的结构示意图；

图4是本发明风力发电设备中风叶侧面的结构示意图；

图5本发明风力发电设备中风叶迎风状态的俯视结构示意图；

图6本发明风力发电设备中风叶背风状态的俯视结构示意图；

图7本发明风力发电设备中风叶透风状态的俯视结构示意图；

图8本发明风力发电设备与制动器配合使用状态的俯视结构示意图；

图9本发明风力发电设备中动力轮与同时驱动3台发电机的俯视结构示意图；

图10本发明风力发电设备中风力信号采集器的主视结构示意图；

图11本发明风力发电设备中风力信号采集器的后视结构示意图；

图12本发明风力发电设备中风力信号采集器的侧视结构示意图；

图13是图11的A-A剖视图。

图中：1、动力轮；2、托槽；3、风叶；3.1、固定风叶； 3.2、内侧边铰链；3.3、摆动风叶；3.4、迎风面层；3.5、背风面层；3.6、外侧边铰链；3.7、柔性面料层；3.8、夹紧件；4、连接轮；5、发电机；6、风力信号采集器；6.1、壳体；6.2、竖向风向翼；6.3、L形风力摆；6.4、铰链；6.5、配重块；6.6、金属接触片；6.7、金属接触点； 7、控制器；8、制动器；8.1、杠杆；8.2、电磁开关；8.3、复位弹簧；8.4、制动片；9、支撑柱；10、中心轴；11、摩擦轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明是一种风叶竖向设置的风力发电设备，包括横向设置在底座上的动力轮1，动力轮1的上端面上设置有若干个风叶的托槽2，每个托槽2上设置有竖向的风叶3，风叶3的上端设有连接轮4，动力轮1的外缘设有发电机5，发电机5的主轴与动力轮1的外缘之间设有传动部件。

为了确保风力发电机高效且安全的运行，既依据自然风的风速控制动力轮驱动一台发电机运行或多台发电机同时运行，或当自然风的风力大于某一设定之后将对动力轮采取减速制动措施，甚至使得风叶失效，已达到保护风力发电设备的目的，本发明优选的实施方案是，如图1所示，在所述风力发电机的附近设有风力信号采集器6，风力信号采集器6通过线缆或无线通信模块与控制器7连接，通过控制器7及与控制器7连接的制动器8用于控制动力轮1的转速。

为了减小风叶转到背风面一侧时对于动力轮造成的逆风阻力，同时也为了增加风叶转到迎风面一侧时对于动力驱动力，也是为了简化风叶变形的结构构造，本发明进一步优选的实施方案是，如图2~7所示，所述风叶3包括固定风叶3.1以及与其通过内侧边铰链3.2连接的摆动风叶3.3，固定风叶3.1的一端与托槽2固定连接另一端与连接轮4固定连接，摆动风叶3.3在风力的作用下绕内侧边铰链3.2的轴摆动，摆动风叶3.3的摆动角度范围为15°~175°，摆动风叶3.3的长度应小于固定风叶3.1的长度，以便于摆动风叶3.3在摆动时不会与动力轮及连接轮之间产生运动干涉问题。

为了防止风力过大时对发电设备造成的损坏，使得风力过大时气流能够顺利的穿过风叶，而不对风叶有驱动作用，本发明进一步优选的实施方案还有，如图2~7所示，所述固定风叶3.1与摆动风叶3.3分别设有迎风面层3.4和背风面层3.5，迎风面层3.4和背风面层3.5通过设置在外侧边铰链3.6铰接，迎风面层3.4与背风面层3.5之间设有柔性面料层3.7，柔性面料层3.7可以选用布料、塑料、铜箔、铝箔等材料，且迎风面层3.4与背风面层3.5均为网状结构，网的边缘设有边框。

为了防止风力过大时对发电设备造成的损坏，使得风力过大时气流能够顺利的穿过风叶，而不对风叶有驱动作用，本发明进一步优选的实施方案还有，如图2~7所示，在所述迎风面层3.4与背风面层3.5的边缘之间设有夹紧件3.8，夹紧件3.8的一端与电磁开关连接，或与拨叉连接，而拨叉与微电机连接，或夹紧件3.8为安全销钉。

为了减小风叶转到背风面一侧时对于动力轮造成的逆风阻力，同时也为了增加风叶转到迎风面一侧时对于动力驱动力，也是为了简化风叶变形的结构构造，本发明进一步优选的实施方案还有，如图2~7所示，所述迎风面层3.4与背风面层3.5均为弧形面，弧形面的迎风面层3.4与背风面层3.5的凹面侧为迎风面层、凸面侧为背风面层。

为了提高风力发电设备的整体强度及刚性，确保风叶能够安全稳定的工作，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1~7所示，所述固定风叶3.1在迎风面层3.4一侧设有支撑柱9，支撑柱9的下端与动力轮1连接，支撑柱9的上端与连接轮4连接。

为了提高风力发电设备的整体强度及刚性，确保风叶能够安全稳定的工作，同时也为了减轻驱动轮与连接轮的自重，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1、图8所示，所述动力轮1与连接轮4均为辐条轮式结构，动力轮1与连接轮4的中心之间通过轴承与中心轴10连接，中心轴10的底端与基座连接，在所述动力轮1的外缘至少设有3台发电机5，在发电机5之间设有制动器8，制动器8用于使得动力轮减速或制动。

为了确保风力发电机高效且安全的运行，既依据自然风的风速控制动力轮驱动一台发电机运行或多台发电机同时运行，或当自然风的风力大于某一设定之后将对动力轮采取减速制动措施，甚至使得风叶失效，已达到保护风力发电设备的目的，本发明优选的实施方案还有，如图9所示，所述传动部件为摩擦轮11或通过齿轮的啮合构成发电机5的主轴与动力轮1的外缘之间的动力传递，其中至少3台发电机5中的一台发电机主轴与动力轮之外缘间构成固定的传动连接，其余发电机5的主轴依据风力大小通过离合器与动力轮1的外缘之间构成活动式的传动连接；所述制动器8可采用杠杆机构或采用凸轮机构，杠杆机构中杠杆8.1的中部设有铰链，杠杆8.1的一侧设有电磁开关8.2和复位弹簧8.3，杠杆8.1的另一侧设有制动片8.4，制动片8.4用于与动力轮1和/或风叶3摩擦制动。

为了简化风力信号采集器的结构构造，并且能够及时准确地将风力信号传送给控制器，以便通过控制器控制控制风力发电设备的运行，本发明进一步优选的实施方案还有，如图10~13所示，为了简化风力信号采集器6的结构构造，并且能够及时准确地将风力信号传送给控制器，以便通过控制器控制控制风力发电设备的运行，进一步优选的技术方案还有，所述风力信号采集器6可以设有1至3个，每个风力信号采集器6包括设置在壳体6.1内的竖向风向翼6.2，壳体6.1内还至少设有一个L形风力摆6.3，L形风力摆6.3的拐点部位通过铰链6.4与壳体6.1内的顶部铰接，L形风力摆6.1的短边侧设有配重块6.5，L形风力摆6.3的长边侧设有金属接触片6.6，壳体6.1内的底部设有与金属接触片6.6位置相对应且凸起的至少一个金属接触点6.7，所述金属接触片6.6、金属接触点6.7分别通过线缆或无线通讯模块与控制器7连接。也就是说风力信号采集器6可以分别独立地设置有3个，每个风力信号采集器中支设有一对L形风力摆和金属接触点构成的一个风力信号开关。也可以再一个壳体内分别设有2~3对L形风力摆和金属接触点构成的2~3个风力信号开关。例如3个开关K1、K2、K3，由于每个L形风力摆6.3短边侧设有配重块6.5各不相同，可分别用于测试不同风力的大小，当K1开启时动力轮1可带动两台以上的发电机5，当K1开启时可启动制动器8开启，是动力轮开始减速，当K3开启时可开启保护装置使风叶的迎风面层与背风面层之间形成透风结构，使中间的柔性面料层失效，这样就可以对动力轮1及发电机5起到保护作用，当然保护装置也可以采用安装在风叶的迎风面层与背风面层的边框之间的销钉，可使销钉的两端分别伸出边框意外，然后再销钉的端部装有橡胶头，使得橡胶头与销钉之间具有设定的摩擦力，当风力大道设定值时，橡胶头与销钉脱离，此时风叶的迎风面层与背风面层之间分离，被夹持在中间的柔性面料层脱落，风叶驱动力失效动力轮1停止转动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种风叶竖向设置的风力发电设备，其特征在于，包括横向设置在底座上的动力轮，动力轮的上端面上设置有若干个风叶的托槽，每个托槽上设置有竖向的风叶，风叶的上端设有连接轮，动力轮的外缘设有发电机，发电机的主轴与动力轮的外缘之间设有传动部件，在所述风力发电机的附近设有风力信号采集器，风力信号采集器通过线缆或无线通信模块与控制器连接，通过控制器及与控制器连接的制动器用于控制动力轮的转速，所述风叶包括固定风叶以及与其通过内侧边铰链连接的摆动风叶，固定风叶的一端与托槽固定连接另一端与连接轮固定连接，摆动风叶在风力的作用下绕内侧边铰链的轴摆动，摆动风叶的摆动角度范围为15°~175°，所述风力信号采集器设有1至3个，每个风力信号采集器包括设置在壳体内的竖向风向翼，壳体内还至少设有一个L形风力摆，L形风力摆的拐点部位通过铰链与壳体内的顶部铰接，L形风力摆的短边侧设有配重块，L形风力摆的长边侧设有金属接触片，壳体内的底部设有与金属接触片位置相对应且凸起的至少一个金属接触点，所述金属接触片、金属接触点分别通过线缆或无线通讯模块与控制器连接，

所述固定风叶与摆动风叶分别设有迎风面层和背风面层，迎风面层和背风面层通过设置在外侧边铰链铰接，迎风面层与背风面层之间设有柔性面料层，且迎风面层与背风面层均为网状结构，网的边缘设有边框，

在所述迎风面层与背风面层的边缘之间设有夹紧件，夹紧件的一端与电磁开关连接，或与拨叉连接，而拨叉与微电机连接。

2.如权利要求1所述的风叶竖向设置的风力发电设备，其特征在于，所述迎风面层与背风面层均为弧形面，弧形面的迎风面层与背风面层的凹面侧为迎风面层、凸面侧为背风面层。

3.如权利要求2所述的风叶竖向设置的风力发电设备，其特征在于，所述固定风叶在迎风面层一侧设有支撑柱，支撑柱的下端与动力轮连接，支撑柱的上端与连接轮连接。

4.如权利要求3所述的风叶竖向设置的风力发电设备，其特征在于，所述动力轮与连接轮均为辐条轮式结构，动力轮与连接轮的中心之间通过轴承与中心轴连接，中心轴的低端与基座连接，在所述动力轮的外缘至少设有3台发电机，在发电机之间设有制动器，制动器用于使得动力轮减速或制动。

5.如权利要求4所述的风叶竖向设置的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件为摩擦轮或通过齿轮的啮合构成发电机主轴与动力轮外缘之间的动力传递，其中至少3台发电机中的一台发电机主轴与动力轮之外缘间构成固定的传动连接，其余发电机的主轴依据风力大小通过离合器与动力轮外缘之间构成活动式的传动连接；所述制动器采用杠杆机构或采用凸轮机构，杠杆机构中杠杆的中部设有铰链，杠杆的一侧设有电磁开关和复位弹簧，杠杆的另一侧设有制动片，制动片用于与动力轮和/或风叶摩擦制动。