CN101387270A - 水平轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水平轴风力发电机，该发电机包括可绕竖向轴(1)旋转的平台(2)，该平台与用于支撑风力涡轮机(5)的水平轴(4)的支撑结构(3)相结合，所述涡轮机(5)驱动发电机(15)，该涡轮机(5)由若干叶片(6)构成，当用于确定最合适方位的、与风标相连的电子控制装置使所述平台(2)旋转时，所述叶片(6)处于迎风位置；所述涡轮机(5)在每个叶片(6)的进风方向上分别设有下部面板(7)和上部面板(8)，所述下部面板(7)倾斜为一斜坡、封住所述涡轮机的下部区域，所述上部面板(8)铰接于所述涡轮机的上方区域，且处于水平或向下倾斜的向上打开位置，该上部面板(8)根据风力情况封住通向所述涡轮机的空气入口。

Description

水平轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机，该风力发电机通过风力涡轮机驱动发电机。所述涡轮机补充有一系列也能产生电流的光伏面板，当风力不足以驱动涡轮机时，则使所述光伏面板朝向太阳来实现面板的发电功能。
背景技术
风力发电机有几种模式，既有水平轴式的，也有垂直轴式的。已知大多为水平轴风力发电机，该发电机具有位于其上部的大桅杆，并由三个大叶片带动。这种类型的风力发电机会对周围环境造成重大影响，特别是视觉影响，并且不能容许混合发电系统，因为在这种高度下太阳能面板不能工作，也不能合适地调整所述面板的方向、使之向阳。
专利文献中曾有人尝试将两种技术应用在同一个机器中，但这种设想并未得出实际成果，估计主要难点在于如何对风力发电机的机理作必要改变，以使之能与光伏面板共存。
发明内容
虽然造成的环境影响较大，但是风力发电比光伏面板发电的产能高，因此本发明的目的是提供一种混合发电形式的风力发电机，只有当没有足够的风力来带动所述发电机时，所述发电机才引导太阳能面板朝向太阳，使该面板最大限度地发挥作用。
所述发电机安装在混凝土底座上，该混凝土底座上为一绕竖向轴旋转的平台，该平台上安装有用于支撑风力涡轮机的水平轴的支撑结构，所述风力涡轮机带动发电机。与叶片相连的电控装置根据风向来对所述底座的所述旋转平台进行导向。
所述涡轮机由几片具有月牙形轮廓的叶片构成，叶片空腔向着风以实现其旋转。为了改进发电操作，在每个叶片的迎风方向上分别设有面板，包括可降低的上部面板和另一个下部面板，该下部面板固定在一个封闭所述涡轮机的下部区域的斜坡上、倾斜，在所述上部面板和下部面板之间形成有将空气导向涡轮机的上部区域的漏斗，在该上部区域，所述叶片位于驱动方向，在所述下部区域，处于返回方向上的叶片的凸面受到保护。所述上部面板被铰接于涡轮机的上方区域，位于向上打开位置，其上方空气环境最不利于风力涡轮机的工作；但是当风力极大，发电机达到最大发电量时，该上部面板位于水平位置或者向下倾斜，封住通向涡轮机的空气入口，以免过大的风速作用于机器。
根据本发明，所述可将空气导入涡轮机的上部面板和下部面板均由光伏面板(photovoltaic plate)构成。所述上部面板绕一根轴旋转，如上所述，当有足够的风驱动所述涡轮机时，该上部面板的位置决定于风速。但是，当风速不足以驱动涡轮机时，所述上部面板位于向下倾斜或水平位置、与太阳光线垂直，跟踪太阳光线的任务由太阳跟踪器来完成，该太阳跟踪器还为下部旋转平台导向。当风速再次达到预先计算过的、能使风力涡轮机正确运转的最小风力时，所述上部面板回到打开位置，且所述平台的方位变为使所述涡轮机面向风，这些已在上文述及。
最初，设有两块与水平轴铰接的光伏面板，即位于涡轮机后方的后方面板和位于涡轮机前方的前方面板，该前方面板控制空气开口(如上文所述)，当该前方面板工作时，所述涡轮机采取水平或这稍微向下倾斜的向上打开位置；而当整个机器作为光伏发电机运转时，所述前方面板倾斜适当的角度，该角度由所述机器的太阳跟踪器标定；此时，所述后方面板作为所述机器的延伸，构成整个的连续表面。当所述机器由于风速过大而采取保护位置时，使所述前方面板倾斜、直到该前方面板与固定于下方的所述下部面板邻接、从而封住涡轮机中的空气输入管道时为止。
为了防止所述机器在大风或强风中损坏，设有电子控制装置，该电子控制装置将所述空气输入管道导向有利于空气输入的方位，而向下倾斜的所述上部面板则封住所述空气输入管道，使该管道向上偏转。
另一种在风力极强时保护所述机器的方法是设置一后方偏转器，该后方偏转器位于所述风力涡轮机的下部，当风速超过设定的极限值时，所述后方偏转器位于迎风位置，而此时涡轮机的叶片位于背风位置，避免强风损坏。在这些情形下，太阳能面板位于水平位置，不对风造成任何积极或消极影响，或者位于后方位置，封住涡轮机的上部，从而保护涡轮机免受风的损害，如前一段所述。
所述机器的视觉影响远小于传统的风力发电机，因为其高度最多为传统风力发电机的三分之一。由于在没有风时也可用太阳能光伏面板发电，而夏天通常没有风，因此与传统机器相比，本发明机器的效率大大提高。
附图说明
以下结合附图和具体实施例，以例证而非限定的方式，对本发明作详细说明：
图1为本发明的机器的侧视图，特别是当所述机器为风力发电机时的侧视图；
图2为图1中机器的侧视图，但图中该机器作为光伏发电机运转；
图3为前两图中所述机器的主视图；
图4为所述机器的俯视图；
图5为所述机器的侧视图，图中，由于风速过大，所述机器处于其保护位置；
图6为当风速过大时，所述机器的保护系统的另一实施例的侧视图。
具体实施方式
从附图中可以看出，本发明的发电机器安装在混凝土结构11，该混凝土结构11的上部具有旋转平台2，该旋转平台2在齿轮发动机15的作用下绕竖向轴1旋转，所述齿轮发动机15由一电子装置控制。所述平台2上为支撑风力涡轮机5的水平轴4的支撑结构3，该风力涡轮机5由若干叶片6构成，当所述平台2自由转动时，叶片6处于迎风位置。
构成涡轮机5的所述叶片6为具有月牙形轮廓的长形板，所有叶片6设置在沿旋转方向的相同位置，使叶片的位于迎风面上部的区域为凹面，而位于下部的区域为凸面。为了使涡轮机达到最佳工作状态，转动平台2，直到使得涡轮机5的叶片6位于风的吹入方向上为止；在该风的吹入方向上设有每个叶片各自的面板，即下部面板7和上部面板8，所述下部面板7固定于斜坡上并倾斜、封住涡轮机5的下部区域，所述上部面板8处于工作位置时向上打开，如图1所示，此时该上部面板8与所述下部面板7之间形成一个漏斗，该漏斗将空气导向涡轮机的上部区域，此时涡轮机中叶片6位于驱动位置，在所述下部区域，处于返回方向上的叶片的凸面受到保护。
当风力不足以驱动所述风力涡轮机5时，所述机器作为光伏发电机运转，此时，在上方封住涡轮机的所述上部面板8为铰接在轴9上的太阳能面板，该轴9上还铰接有第二太阳能面板10，该第二太阳能面板10的下方具有偏转器14，该偏转器14可作为涡轮机的排气导向件。这些面板8、10分别由各自的拉杆12、13支撑，且拉杆可改变所述面板的倾斜度，从而使得当所述机器作为风力发电机工作时(见图1)和当所述机器作为光伏发电机工作时，根据季节阶段控制太阳跟踪器，可调节所述面板使其具有合适的倾斜度以更好的适应太阳的方位，类似地，所述太阳跟踪器还可决定平台2的旋转，以在任何时候将所述面板8、10调节到合适的东-西方位(见图2)。
图5中所述机器由于风速过大，而处于其保护位置，过大的风速可能严重损害风力涡轮机的操作。此时，所述机器的电子控制装置使面板8向下倾斜，直到完全封住通向涡轮机的空气输入管道时为止，同时，所述电子控制装置使所述平台2旋转，迎着风为涡轮机的入口进行导向，直到该入口偏向上方为止。
图6也展示了在风力过大时对所述机器进行保护的情况，但该图中的技术方案与图5中不同。在图6中，偏转器16位于入口7的对立面上，这样当风速过大时，迎风面为所述机器的背面(即图6中的右边面)，因此涡轮机由叶片的凸面驱动，此时受到的驱动力显著低于由叶片的活性面(凹面)驱动的情形。
以上实施例详细描述了本发明的性质，但是实施例中各部件的材料、形状、尺寸和排列方式等可以改变，这些均包括在本发明的精神实质之内，属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1、水平轴风力发电机，包括:底座结构，在该底座结构上安装有驱动发电机的风力涡轮机，一系列光伏面板，该光伏面板在风力不足以使所述风力发电机运转时工作，其特征在于，所述风力发电机还包括可绕竖向轴(1)旋转的平台(2)，该平台与用于支撑风力涡轮机(5)的水平轴(4)的支撑结构(3)结合，所述涡轮机(5)驱动发电机(15)，该涡轮机(5)由若干叶片(6)构成，当用于确定最合适方位的、与风标相连的电子控制装置使所述平台(2)旋转时，所述叶片(6)处于迎风位置；所述涡轮机(5)在每个叶片(6)的进风方向上分别设有下部面板(7)和上部面板(8)，所述下部面板(7)倾斜为一斜坡、封住所述涡轮机的下部区域，所述上部面板(8)铰接于所述涡轮机的上方区域，且处于水平或向下倾斜的向上打开位置，该上部面板(8)根据风力情况封住通向所述涡轮机的空气入口，在该上部面板(8)与所述下部面板(7)之间形成一漏斗结构，当风从任意方向吹来时，该漏斗结构将空气导向所述涡轮机(5)的上部区域、帮助驱动所述涡轮机(5)。
2、根据权利要求1所述的发电机，其特征在于:至少用于将空气导入所述涡轮机(5)的所述上部面板(8)由一块或多块光伏面板组成，所述光伏面板绕轴(9)旋转，通过太阳跟踪器将所述光伏面板导向到与太阳光线垂直的位置，所述太阳跟踪器还控制位于下部的所述平台(2)的旋转，当任何方向上没有可感知的风时，所述太阳跟踪器将所述平台(2)引导到合适的东-西方向上。
3、根据前面任意一项权利要求所述的发电机，其特征在于:所述涡轮机(5)由若干叶片(6)构成，所述叶片(6)为呈放射状安装的、具有月牙形轮廓的长形板，当叶片处于工作位置时，该叶片的空腔面向着风，而在返回区域，所述叶片的凸面部分向着风，该返回区域由倾斜为斜面的下部面板(7)封住。
4、根据前面任意一项权利要求所述的发电机，其特征在于:当风速超过预先设定的极限值时，所述电子控制装置将所述涡轮机的空气输入管道引导到有利于空气输入的方位，而向下倾斜的所述上部面板(8)则封住所述空气输入管道，使该管道向上偏转，以免由于风速过大而损坏所述发电机。
5、根据权利要求1～3任意一项所述的发电机，其特征在于:当风速超过预先设定的极限值时，所述电子控制装置将所述涡轮机的空气输入管道引导到背风方位，此时后下部偏转器(16)处于迎风位置，而涡轮机的叶片处于背风位置。
6、根据权利要求2所述的发电机，其特征在于:所述上部光伏面板被分为铰接在水平轴(9)上、由各自的拉杆(12，13)支撑的上部面板(8)和后部面板(10)，该上部面板(8)和后部面板(10)倾斜设置、彼此延伸，形成连续表面，当所述发电机作为光伏发电机工作时，太阳跟踪器使得所述连续表面垂直于太阳光线，当所述发电机作为风力发电机工作时，后部面板(10)处于水平位置，且具有拱形的下方偏转器(14)，该偏转器引导所述涡轮机的排气。
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