CN101196169B - 微风型风力发电机及其兼容该风力发电机的光伏照明系统 - Google Patents

Abstract

一种涉及风力发动机的微风型风力发电机及其兼容该风力发电机的光伏照明系统，包括风力发电机本体，风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，其特征在于：叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体；多块叶片以转子为中心轴相拼连，各个叶片以相同螺旋曲度弯曲，且叶片表面的主受风方向与转子垂直，所有的叶片拼连构成一个冠球型风叶体；其系统包括风力发电机本体、灯杆、太阳能电池板、照明灯头、控制箱，控制箱内安装蓄电池和主控单元，其特征在于：风力发电机本体中的叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体，本发明成本低、强度高、实用性和安全性能强。

Description

微风型风力发电机及其兼容该风力发电机的光伏照明系统

技术领域

本发明涉及风力发动机，尤其涉及一种微风型风力发电机及其兼容该风力发电机的光伏照明系统。

背景技术

现有的风力发动机结构，如图1所示，一般包括叶片101、发电机102、支臂103、尾驼104，形成一个横向机体，在安装时，将该横向机体架设于支撑杆(如灯杆)的顶端，由于一年四季中环境气候(风力)变化大，这种横向机体的安装往往需要以最强风力的数据作为参考，对于支撑杆(如灯杆)来说，需要承受较高的扭矩，对支撑杆(如灯杆)的性能要求高。同时，风力发动机的横向机体本身也需要较高的抗风性能(如钢度、韧性等)。

这样，一方面，在确保支撑杆(如灯杆)、风力发动机的使用性能、抗风性能的前提下，为获取足够的性能参数，就会引发成本的大幅度提高。另一方面，为节省制造、使用成本，就会对风力发动机的应用产生不良影响，降低系统强度，造成安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微风型风力发电机及其兼容该风力发电机的光伏照明系统，以克服现有技术中成本高、强度低的缺点。

本发明所采用的微风型风力发电机，包括风力发电机本体，所述的风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，发电机中包括转子和定子，所述的叶片旋转动力传递至转子，其特征在于：所述的叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体。

所述的多块叶片以转子为中心轴相拼连，各个叶片以相同螺旋曲度弯曲，且叶片表面的主受风方向与转子垂直，所有的叶片拼连构成一个冠球型风叶体。

所述的风叶体包括平行的上连接环和下连接环，其中，

每个叶片均与上连接环、下连接环相连，各个叶片的相应连接位置均匀地分布于上连接环和下连接环上；

所述的上连接环和下连接环的中心套装于转子的外部延伸支杆上。

所述的风叶体中还包括一个定位轴套，所述定位轴套的外侧与上连接环中心相卡套，定位轴套的内侧卡套于外部延伸支杆的顶端。

所述的支座中还安装一个电磁离合器，所述的电磁离合器与转子相连，操作转子的启停；

还设置一个保护模块，所述的保护模块与电磁离合器相连通，控制电磁离合器的启停，该保护模块安装于风力发电机本体的支座中，或安装于相对于风力发电机本体的外部。

所述的电磁离合器至少包括电磁片、复位弹簧和离合片，且均卡套于转子上，复位弹簧位于电磁片和离合片之间，其中，

所述的电磁片与支座相对固定连接；

所述的离合片与转子之间通过键连接传动。

所述的外部延伸支杆中套装一付棘轮离合器，所述的棘轮离合器包括相啮合的棘轮和棘爪，其中，

所述的棘轮位于棘爪的上侧，与延伸支杆之间通过键连接传动；

所述的棘爪与下连接环固定连接，且所述棘爪与发电机之间的延伸支杆部套设弹簧。

所述叶片的数量为8-48片。

本发明所采用的兼容该风力发电机的光伏照明系统，包括风力发电机本体、灯杆、太阳能电池板、照明灯头、控制箱，所述的控制箱内安装蓄电池和主控单元，其中，

所述的风力发电机本体、太阳能电池板和照明灯头安装于灯杆上，所述的控制箱安置于灯杆底部的地面上；

所述的主控单元与风力发电机本体、太阳能电池板、蓄电池、照明灯头相连接，该主控单元由风力发电机本体、太阳能电池板取得由风能、太阳能转化的电力，控制蓄电池的充电、通断，和照明灯头的点亮状态；

所述的风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，发电机中包括转子和定子，所述的叶片旋转动力传递至转子；

其特征在于：所述风力发电机本体中的叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体。

所述的支座中还安装一个电磁离合器，所述的电磁离合器与转子相连，操作转子的启停；

所述的主控单元中还包括一个保护模块，所述的保护模块与电磁离合器相连通，控制电磁离合器的启停；

所述的主控单元根据发电机的工作状态，判断风力状态，或者根据蓄电池的工作状态，向保护模块发送相应的保护状态信号，保护模块根据保护状态信号向电磁离合器传送启动或关闭离合器信号。

所述的保护模块中还包括一个定时器，所述的定时器对电磁离合器的启动提供延时操作。

所述的控制箱中还包含一个泄放保护模块，所述的泄放保护模块连接于风力发电机本体的输出端与地之间。

本发明的有益效果为：在本发明中，风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，发电机中包括转子和定子，叶片旋转动力传递至转子，叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体，这样，风力发电机本体构成了一个(冠)球型机体，与现有技术相比，具有如下优点：

1、现有技术中的横向机体总体上为发散型的，本发明中的(冠)球型机体总体上为内敛型的，使得本发明的抗风性能高，换句话说，对于采用相同的材料制造，本发明所需要的成本更低。

2、本发明中多块叶片拼连成为一个(冠)球状的风叶体，从结构上说，本发明的(冠)球型机体竖立于支撑杆(如灯杆)上时，不需要考虑风向的因素，省略了现有技术中用于调整机体角度的尾驼，本发明的(冠)球型机体在安装中只需要简单地与支撑杆(如灯杆)的顶部尽可能地紧固连接即可，本发明的安装极为简单。

3、本发明中的叶片表面的主受风方向总是与转子垂直，在使用中，本发明更自然、更容易取得旋转力，叶片的凹面受风力的挤压得到推动力，螺旋叶片的凸面轻松分散受阻风力，因而在较小风力的情况下，风叶体得到旋转力。

4、本发明中因应用多个(8个以上)螺旋片状叶片构成一个冠球型风叶体，本发明冠球型风叶体内部有了多个螺旋片状叶片的凹面，在承受风压时，得到更大的旋转力，而冠球受阻面是螺旋片状叶片的凸面叠合，几乎是完整的球面，受阻风力被完全分散，使得本发明的冠球型风叶体能在微弱的风速下运转。

5、本发明是以螺旋片状叶片的凹面受力集合而产生旋转力，启动风速低。而在现有技术中，是通过对风力对单个叶轮所产生的压力分量产生旋转力，所以启动风速较大。本发明中的叶片所需要承受的弯折力、扭矩更小，使得本发明叶轮的抗风性能提高，叶片可以使用轻薄材料。

6、对于支撑杆(如灯杆)来说，所需要承受的扭矩小，抗震动性更小，与现有技术相比，对于相同系统强度的取得，本发明的所需要的成本更低。

总之，本发明成本高、强度低，完全适用微风状态下发电。

在本发明中，支座中还安装一个电磁离合器，电磁离合器与转子相连，操作转子的启停，还设置一个保护模块，保护模块与电磁离合器相连通，控制电磁离合器的启停，这样，可以对本发明的风力发电机实行保护，例如，风力太强时，可以实现停机保护，进一步提高了本发明的安全性能。

在本发明中，外部延伸支杆中套装一付棘轮离合器，棘轮离合器包括相啮合的棘轮和棘爪，其中，棘轮位于棘爪的上侧，与延伸支杆之间通过键连接传动，棘爪与下连接环固定连接，且棘爪与发电机之间的延伸支杆部套设弹簧，这样，在本发明的风力发电机停机时，棘轮离合器的棘轮与棘爪可以相脱离，使叶片/风叶体继续保持旋转状态，以避免突然停机时由于惯性作用对叶片的冲击，进一步提高了本发明的实用性、使用寿命和安全性能。

附图说明

图1为现有技术中风力发动机结构示意图；

图2为本发明应用系统总体结构示意图；

图3为本发明中风力发电机本体半剖面结构示意图；

图4为本发明中风力发电机本体俯视示意图；

图5为本发明中风力发电机本体受风状态示意图；

图6为本发明中风力发电机本体受风动态过程示意图；

图7为本发明中电磁离合器及其连接部分局部放大示意图；

图8为本发明中棘轮离合器及其连接部分局部示意图；

图9为本发明中棘轮离合器工作状态局部放大示意图；

图10为本发明实施例1应用系统电路连接示意图；

图11为本发明实施例2应用系统电路连接示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图2所示，本发明的应用系统包括风力发电机本体1、灯杆6、太阳能电池板7、照明灯头8和控制箱9。

如图2所示，风力发电机本体1、太阳能电池板7和照明灯头8安装于灯杆6上，控制箱9安置于灯杆6底部的地面上。

如图10所示，控制箱9内安装蓄电池91、主控单元92和泄放保护模块93，其中，主控单元92与风力发电机本体1、太阳能电池板7、蓄电池91、照明灯头8相连接，该主控单元92由风力发电机本体1、太阳能电池7板取得由风能、太阳能转化的电力，控制蓄电池91的充电、通断，和照明灯头8的点亮状态。泄放保护模块93连接于风力发电机本体1的输出端与地之间，泄放保护模块93的典型连接为采用一个大电阻接地。

如图3所示，风力发电机本体1包括叶片11、发电机12、支座13，并依次相连，发电机12中包括转子121和定子122，叶片11旋转动力传递至转子121，转子121采用整轴结构，用喷射方法将永磁性材料射附转子磁体部位，制作小型直流永磁发电机，如图3和图4所示，风力发电机本体1中的叶片11为螺旋片状体，多块叶片11以转子121为中心轴相拼连，各个叶片11以相同螺旋曲度弯曲，且叶片11表面的主受风方向与转子121垂直，或者叶片11表面的受风方向与转子121大致上垂直，由于叶片11具有螺旋曲度(不是平面)，处于主受风方向的叶片11表面位于叶片11表面中部、或中部略偏上、或中部略偏下，所有的叶片11拼连构成一个冠球型风叶体10。

如图5所示，支座13与灯杆6的顶部紧连接，风力发电机本体1竖立于灯杆6上，从图5可知其中的阴影部分为受风面，在图5中为一个圆形，实际上为一个半(冠)球面，由于各个叶片11具有一定的螺旋弯曲度，阴影部分左半部形成阻力面，阴影部分右半部形成推力面，如图6所示，正是由于叶片11螺旋弯曲度的存在，右半部凹面所吸纳的风力远大于左半部凸面所吸纳的风力，(经一定旋转)形成图6所示的推力域S2和阻力域S1，这样，推力域S2中的叶片11数量多于阻力域S1中的叶片11数量，受推面积远大于受阻面积，在形成推力与阻力的风力压强相等的情况下，推力大于阻力，使得风叶体10如图6所示方向旋转，决定受推面积与受阻面积两者之间面积差额的因素主要取决于叶片11的数量，叶片11数量越多，差额面积越大，只需要微弱的风力就可以推动风叶体10旋转。

在本发明中，叶片11的数量一般选择为8-48片，可带动100W-300W的小型永磁直流发电机。

具体地，如图3所示，风叶体10包括平行的上连接环10A和下连接环10B，以及一个定位轴套10C。

如图3所示，每个叶片11均与上连接环10A、下连接环10B相连，各个叶片11的相应连接位置均匀地分布于上连接环10A和下连接环10B上，每个叶片11的上、下两个连接点错开一定的角度，在球面上形成螺旋曲面。在制作中，上连接环10A和下连接环10B的所有连接位置处可以开设槽口，槽口的开设角度与叶片11的螺旋弯曲度相对应，将叶片11卡入开好的槽口中，再通过焊连，将叶片11、上连接环10A、下连接环10B连接。对于本领域普通技术人员来说，可以不需要付出创造性劳动即可实施其它方法完成叶片11、上连接环10A、下连接环10B的连接制作，此处不再赘述。

如图3所示，上连接环10A和下连接环10B的中心套装于转子121的外部延伸支杆1210上。定位轴套10C的外侧与上连接环10A中心相卡套，定位轴套10C的内侧卡套于外部延伸支杆1210的顶端，定位轴套10C可以有助于风叶体10在旋转中得到运转平衡。

如图3和图8所示，外部延伸支杆1210中套装一付棘轮离合器3，如图8和图9所示，棘轮离合器3包括相啮合的棘轮31和棘爪32；棘轮31位于棘爪32的上侧，与延伸支杆1210之间通过键33连接传动；棘爪32与下连接环10B固定连接，且棘爪32与发电机12之间的延伸支杆1210部套设弹簧4，弹簧4的上部与下连接环10B直接相抵，弹簧4的上部与安装于转子121上的轴承123直接相抵。

如图3所示，支座13中安装一个电磁离合器2，电磁离合器2与转子121相连，操作转子121的启停。

如图7所示，电磁离合器2包括电磁片21、复位弹簧22和离合片23，且均卡套于转子121上，复位弹簧22位于电磁片21和离合片23之间，电磁片21与支座13相对固定连接；离合片23与转子121之间通过键24连接传动。

如图10所示，主控单元92中还包括一个保护模块5，保护模块5与电磁离合器2相连通，控制电磁离合器2的启停，保护模块5中还包括一个定时器51，定时器51对电磁离合器2的启动提供延时操作。

如图10所示，主控单元92根据发电机12的工作状态，判断风力状态，或者根据蓄电池91的工作状态，向保护模块5发送相应的保护状态信号，保护模块5根据保护状态信号向电磁离合器2传送启动或关闭离合器信号。

如图3、图8、图9所示，本发明风力发电机本体1正常工作状态如下：

风叶体10旋转→带动棘爪32旋转→连动棘轮31→键33连接传动→延伸支杆1210旋转→带动转子121→(如图10)发电机12输出电力至主控单元92。

如图10所示，主控单元92根据发电机12的工作状态，判断风力状态，或者根据蓄电池91的工作状态，向保护模块5发送相应的保护状态信号，例如，当主控单元92接收到发电机12的输出功率过高时，或者发电机12的输出功率极不稳定时，或者蓄电池91已满，暂时不需要充电时，主控单元92向保护模块5发送停止工作的保护状态信号，保护模块5则向电磁离合器2传送启动离合器信号，如图3和图7所示，风力发电机本体1内部停止过程如下：

电磁片21和离合片23吸合→(由于电磁片21与支座13相对固定连接)离合片23获得制动力→制动力通过键24传动至转子121→转子121制动→延伸支杆1210制动→键33连接传动→棘轮31制动→(如图9所示)棘爪32脱离棘轮3继续旋转→风叶体10保持旋转，但此时转子121停转，无电力输出；同时，弹簧4被压缩。

当主控单元92向保护模块5发送启动工作的保护状态信号，保护模块5则向电磁离合器2传送关闭离合器信号，这时，定时器51首先启动，当到达定时时间后，关闭离合器信号才被传送至电磁离合器2，如图3和图7所示，风力发电机本体1内部停止过程如下：

电磁片21与离合片23脱开→加于离合片23的制动力消失→弹簧4弹力作用→棘轮31和棘爪32相啮合→恢复上述风力发电机本体1正常工作状态。

实施例2：

如图11所示，本实施例与实施例1的主要区别在于：在本实施例中，保护模块5安装于风力发电机本体1的支座13中，保护模块5直接接受发电机12的电力输出作为工作电源，保护模块5可以直接根据发电机12的工作状态，确定电磁离合器2的工作状态，这样，本实施例中的风力发电机本体1构成了一个相对封闭的内部反馈控制系统，实现自我调节电力输出。

至于其它部分的结构、方法与实施例1所述相同或相似，此处不再赘述。

综上所述，尽管本发明的基本原理、结构、方法通过上述具体实施例予以阐述，在不脱离本发明要旨的前提下，根据以上所述的启发，本领域普通技术人员可以不需要付出创造性劳动即可实施变换/替代形式或组合，此处不再赘述。

Claims (7)

1.一种微风型风力发电机，包括风力发电机本体，所述的风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，发电机中包括转子和定子，所述的叶片旋转动力传递至转子，其特征在于：所述的叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体；所述的风叶体包括平行的上连接环和下连接环，其中，

每个叶片均与上连接环、下连接环相连，各个叶片的相应连接位置均匀地分布于上连接环和下连接环上；所述的上连接环和下连接环的中心套装于转子的外部延伸支杆上；

所述的支座中还安装一个电磁离合器，所述的电磁离合器与转子相连，操作转子的启停；

及设置一个保护模块，所述的保护模块与电磁离合器相连通，控制电磁离合器的启停，该保护模块安装于风力发电机本体的支座中，或安装于相对于风力发电机本体的外部。

2.根据权利要求1所述的微风型风力发电机，其特征在于：所述的多块叶片以转子为中心轴相拼连，各个叶片以相同螺旋曲度弯曲，且叶片表面的主受风方向与转子垂直，所有的叶片拼连构成一个冠球型风叶体。

3.根据权利要求1所述的微风型风力发电机，其特征在于：所述的风叶体中还包括一个定位轴套，所述定位轴套的外侧与上连接环中心相卡套，定位轴套的内侧卡套于外部延伸支杆的顶端。

4.根据权利要求1所述的微风型风力发电机，其特征在于：所述的电磁离合器至少包括电磁片、复位弹簧和离合片，且均卡套于转子上，复位弹簧位于电磁片和离合片之间，其中，

所述的电磁片与支座相对固定连接；

所述的离合片与转子之间通过键连接传动。

5.根据权利要求1所述的微风型风力发电机，其特征在于：所述的外部延伸支杆中套装一付棘轮离合器，所述的棘轮离合器包括相啮合的棘轮和棘爪，其中，

所述的棘轮位于棘爪的上侧，与延伸支杆之间通过键连接传动；

所述的棘爪与下连接环固定连接，且所述棘爪与发电机之间的延伸支杆部套设弹簧。

6.一种兼容风力发电机的光伏照明系统，包括风力发电机本体、灯杆、太阳能电池板、照明灯头、控制箱，所述的控制箱内安装蓄电池和主控单元，其中，

所述的风力发电机本体、太阳能电池板和照明灯头安装于灯杆上，所述的控制箱安置于灯杆底部的地面上；

所述的主控单元与风力发电机本体、太阳能电池板、蓄电池、照明灯头相连接，该主控单元由风力发电机本体、太阳能电池板取得由风能、太阳能转化的电力，控制蓄电池的充电、通断，和照明灯头的点亮状态；

所述的风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支座，并依次相连，发电机中包括转子和定子，所述的叶片旋转动力传递至转子；

所述风力发电机本体中的叶片为螺旋片状体，多块叶片围绕一个中心连接，拼连成为一个球状的风叶体；

所述的支座中还安装一个电磁离合器，所述的电磁离合器与转子相连，操作转子的启停；

所述的主控单元中还包括一个保护模块，所述的保护模块与电磁离合器相连通，控制电磁离合器的启停；

所述的主控单元根据发电机的工作状态，判断风力状态，或者根据蓄电池的工作状态，向保护模块发送相应的保护状态信号，保护模块根据保护状态信号向电磁离合器传送启动或关闭离合器信号。

7.根据权利要求6所述的兼容该风力发电机的光伏照明系统，其特征在于：所述的保护模块中还包括一个定时器，所述的定时器对电磁离合器的启动提供延时操作。

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