CN101512142A - 风力发电机 - Google Patents

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安赫拉·苏亚雷斯·德尔莫拉尔
庆仁荣
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Abstract

本发明涉及一种风力发电机,其具有构成为星形的多个臂,每个臂包括一可枢转连接的叶片,所述叶片能够倚靠着所述臂放置并能够利用可拆卸的保持构件而临时地附着于所述臂,所述保持构件能够在保持位置与相应的叶片被释放的位置之间移动。

Description

风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机。
本发明用于制造如下的设备,即,利用可再生的自然能源(特别是风能), 以取代利用矿物燃料来发电的设备。
背景技术
利用风力驱动并设有螺旋桨的大多数发电机具有水平的轴,这是众所周 知的。某些情况下在具有竖直的轴的类型中,螺旋桨的臂为接合的叶片的保 持件,所述叶片本身可自动定位,以便能够利用风能而无需考虑风向。同一申请人的西班牙实用新型n。 U9902530和专利EP1091118中描述了 一种上述类型的、理想的风力发电机,该发电机的转子包括设置在该转子的 每个臂上的叶片保持件,其设定为接受风的推力并将该推力传递至转子的转 轴。
在大多数公知的风力发电机中,由于不能够始终将叶片面向的方向完全 调节为气流的方向,因此难以使用全部的风力,导致转换设备的性能相对较 低,与所论及的转换设备的尺寸和设计不相称。
专利US-A-5,844,323中也描述了一种风力发电机,其由具有一组旋转 螺旋桨的机构形成,所述螺旋桨具有旋转轴,所述螺旋桨的多个臂上设有接 合的叶片,并且所述叶片相对于所述臂可动。
有时,例如在希望停止发电机运转的情况下,可能需要将叶片锁固于保 持所述叶片的臂上,以确保不会由于某些原因而启动发电机或改变其运动。 但是这在迄今所公知的类型中并不可行。
发明内容
本发明涉及一种竖直轴的风力发电机,其转子由两片平行且位于水平面 上的叶片以及同样为平行的臂组成,在所述臂之间沿其竖直轴设有多组接合的叶片。叶片可循着风向而围绕所述轴转动,并且叶片的末端枢接在叶片的 臂上。这些臂具有叶片锁固构件,当需要时,通过所述叶片锁固构件能够使 叶片保持固定于臂,或者可选择地,叶片可以相对于臂自由运动。
为了方便说明的,参照本说明书所附的一些附图,附图中包括根据权利 要求的宗旨的一种理想的风力发电机的示例,但本发明并不限于这一示例。
附图说明
图1以侧视图和平面图示出了上述类型的发电机的转子,在每对平行的 臂之间具有两个叶片并且叶片保持构件处于起作用的状态。
图2同样以侧视图和平面图示出了图1中的发电机的转子,其中叶片保 持构件处于不起作用的状态。
图3以平面图示出了新式发电机的转子,其中在每对平行的臂之间具有 四个叶片。
图4以立体图示出了该新式发电机的全部,其中图3中的新式发电机的 转子安装在支撑框架上,该支撑框架便于转子的安装,并且作为定子使得该 设备的转子能够旋转。
具体实施方式
附图中的带有附图标记的构件对应于下文所指出的部件。
箭头l表示在某个时刻风的方向,附图标记2为发电机的转子轴,该转 子的旋转方向由箭头3示出。
转子的每个臂4具有安装在其上的两个以上的叶片5,叶片5铰接在竖 直的旋转轴6上,并且可根据风向相对于所述轴沿任意方向调节叶片5。
构件7是用以选择性地保持叶片5的某种止挡件或装置,所述构件7包 括依需要而起作用的销,所述销能够采用至少两个位置: 一个是伸出位置, 用以将叶片保持在指定的位置,例如保持在臂4上的指定位置;另一个是縮 回位置,以使叶片处于所论及的自由状态。
图1示出了处于起作用状态的构件7,通过构件7保持叶片5并且使叶 片5与臂4平行地贴紧。发电机沿箭头3的方向旋转。
图2以附图标记7'示出了处于不起作用状态的构件7,该构件7'使叶片5'处于自由状态以相对于臂4旋转。通过使叶片处于自由状态,考虑到
与臂联结的叶片由于其方向与风向一致而不发挥作用,此时风力发电机停止 运转。
如果需要,上述设备可使发电机不启动,这可能是有用的,例如出于机 器维护的目的。如果希望发电机停止旋转,则叶片保持构件必须是不起作用
的,这样就撤消了施加至所述发电机上的电机转矩,如图2所示。
如果所关心的是较小电机转矩的运转或启动,则使对应于臂的一个或多 个叶片的保持构件不起作用即足以阻止其运转。
上述的风力发电机框架主要包括一些竖直底座(vertical stand) 8,水平 臂9的保持件,所述水平臂9的上部形成为星形并且其下部被支承在水平臂 10上。两个星形的中点包括用于使轴2的端部旋转的轴承。
轴2的头部11,或者可选地,轴2的底座可以用于联接换能器(转换器) 从而获得针对不同应用的电能、机械能或液压能。
新式发电机的设计特点
所述的发电机的构思来自于如下的想法:转子联结的叶片具有足够的运 动自由度,从而叶片能够根据最多风(dominantwind)的方向、速度和强度 而围绕其竖直轴旋转。
上述设计中,由于叶片自身即可自动且本能地实现定向,这使得不需使 用定向机构。实际上,叶片能够定位其自身,以便当叶片处于发电机的导引 区域(lead area)中时实现最大的风阻,并且在叶片与风向共线时,尤其不 会产生任何与风向相反的阻力。
该新式设备不需要塔架,所述塔架在水平轴式发电机中是必需的,而在 该新式发电机的示例中可将其省去,该新式发电机可安装在地面上方几乎任 意的高度,因为新式发电机甚至可以利用在低水平高度上循环的气流。
转子的旋转轴的竖直设置使得能够利用直接的风力,旋转叶片的返回阻 力(当叶片不起作用时)实际上为零,这提供了很高的、接近由物理定律所 规定的理论极限值的功率系数,其值约为0.59 (Betz)。
利用该新式风力发电机可获得的电力明显高于具有水平轴和竖直轴的、 尺寸相似的常规发电机所能够提供的电力。通过该新式设备,可获得相当大 的机械能能级,这使得该设备适用于借助交流或直流发电机推动其他种类的
5能量:电力转换器,如在液体的落差(elevation)和冲击力条件下所使用的
转换器等等。

Claims (4)

1. 一种风力发电机,包括竖直旋转轴并且形成为至少一个操作端,所述操作端用于联接用以利用所产生的机械能的装置,其特征在于,所述轴(2)结合有一对平行且位于水平面上的臂(4),两两平行的所述臂上保持有多组刚性的、且相对于其竖直轴(6)能枢转的叶片(5),以使所述叶片能够根据风的方向、速度和强度而自动定位,所述竖直轴与各板的竖直侧的其中之一重合。
2. 如权利要求1所述的风力发电机,其特征在于,各枢转的叶片(5) 有利地为矩形,所述叶片(5)相对于竖直轴(6)自由旋转,所述竖直轴(6) 优选地与所述叶片的一个竖直侧结合并重合,并且具有旋转自由度的所述叶 片的臂(4)具有上保持销和下保持销。
3. 如权利要求1至2所述的风力发电机,其特征在于,各枢转的叶片 (5)能根据风向进行自调节,分别对应于与所述风向平行和垂直的位置,所述叶片能相对于所述叶片的臂(4)在0度和90度之间转动。
4. 如权利要求1至3所述的风力发电机,其特征在于,所述转子叶片 的臂(4)设有止挡及保持构件(7),所述止挡及保持构件(7)设计为用 于相对于所述臂(4)临时地固定所述叶片,并且所述止挡及保持构件能够 根据需要而处于起作用的状态和不起作用的状态,用以释放或保持所述叶片 的位置。
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