CN101555867A - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机包括一机壳、一叶轮、一尾翼连接杆，一尾翼以及至少一缓冲结构。机壳容置一发电单元，叶轮与发电单元连接。尾翼连接杆通过一旋转轴部与机壳相连，且旋转轴部可允许尾翼连接杆旋转。尾翼则固定相连于尾翼连接杆与机壳相连的相反端。至少一缓冲结构与尾翼连接杆以及机壳相连。

Description

风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机及其转向缓冲设计。

背景技术

目前商业化的风力发电机可分为水平轴式与垂直轴式，在风机市场上，水平轴式占多数，但其叶片旋转面必须垂直于入流风向，所以必须有对正风向的功能，大型风机采用偏航控制(yawcontrol)系统，而小型风机则多具有尾翼结构。水平轴风机通常设置在风速较高、风向稳定的地区，其选址条件大约如下：1、风场优良(风速在6m/s以上且风向固定)。2、架设高度足够(一般建议在10m以上，依所在位置而定)。3、场址上风处无遮蔽物。

多数小型水平轴风机的架设为获取最大风能需要使用一固定尾翼来确保叶轮能够对正风向，其转向机制透过尾翼感知并带动风机转动，使叶轮转向改变后的风向，此类设计适合于风向稳定的地区来使用。

但，如今越来越多的小型水平轴风机使用于都市地区，如路灯、庭园造景、大楼楼顶等遮蔽物较多的区域，这些设置场址不保证能够有平稳的风向，且因地表粗糙度高，使得风场的紊流强度大于市郊地区，而紊流强度大的地区阵风出现机会较高。阵风对风机的影响在于出现瞬间的侧向阵风使得尾翼受到影响而转向，原本对准入流风向的风机，因为瞬间阵风而转向，若偏转角度超过60度，入流风能将降低至一半，而在风机转向后，阵风消失时风机已经偏离入流风向而使叶片转速降低，甚至停止转动，需再从重新对准入流风向并再加速，在遭遇侧向阵风至阵风结束再重新对准风向这一段期间内，发电功率几乎会降低到0，而且入流风的延时也未必能持续至风机加速完成。因此，在都市区域的固定尾翼小型水平轴风机，会因瞬间侧向阵风导致风机转向而大幅降低整体发电量。

因此，当前重要课题之一是提供一种风力发电机及其缓冲结构，其可避免阵风造成风力发电机因瞬间侧风转向，往复停止又重新启动，造成发电效率的降低，进而使小型风力发电机发电效能更佳而被使用者广泛应用。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种风力发电机，其装设有一缓冲结构，可缓冲风力发电机遭遇瞬间侧向阵风时，风力发电机因偏向而使叶轮转动速度降低或停止，以使风力发电机持续发电。

因此，为达上述目的，本发明提供一种风力发电机，其包括：一机壳，容置一发电单元；一叶轮，与发电单元连接；一尾翼连接杆，通过一旋转轴部与机壳相连，且旋转轴部可提供尾翼连接杆旋转；一尾翼，固定相连于尾翼连接杆与机壳相连的相反端；以及至少一缓冲结构，分别相连于尾翼连接杆与机壳之间。

承上所述，依据本发明的一种风力发电机及其缓冲结构，可避免阵风造成风力发电机因往复转向，叶片停止又重新启动，造成发电效率的降低，进而使小型风力发电机发电效能更佳而被使用者广泛应用。

附图说明

图1为本发明的丨种风力发电机的侧视图。

图2A为图1的风力发电机的俯视图。

图2B为图1风力发电机遭遇第二方向入风时的俯视示意图。

图3A为图2A中P部份的示意图。

图3B为图2B中P部份的示意图。

图4A为图2A中P部份的另一实施例的示意图。

图4B为图2B中P部份的另一实施例示意图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明示例性实施例的一种风力发电机及其缓冲结构，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请同时参照图1、图2A及图3A，一种风力发电机10包括一机壳11，一尾翼连接杆13，一尾翼15以及至少一缓冲结构16。机壳11内容置一发电单元(图未显示)，叶轮12与发电单元连接以将转动的机械能转成电能，尾翼连接杆13通过一旋转轴部14与机壳11相连，且旋转轴部14可允许尾翼连接杆13旋转，尾翼15则固定相连于尾翼连接杆13的与机壳11或一缓冲套件壳体(图未显示)相连的相反端，缓冲结构16则分别相连于尾翼连接杆13与机壳11之间。上述缓冲结构16为一弹簧或一具有回复机制的阻尼元件，其一端与尾翼连接杆13相连，另一端则是与机壳11相连。

请同时参照图2A、图2B以及图3A、3B，如图2A所示，于一第一风向入风W1提供叶轮12转动时，尾翼连接杆13与叶轮转轴17成一直线无夹角，而当尾翼15遭受一与第一方向入风不同的第二方向入风W2(如图2B所示)时，尾翼15受第二方向入风W2的风力影响，带动尾翼连接杆13以旋转轴部14进行旋转，并与该叶轮转轴17形成一小于30度的夹角A。此刻如图3A、图4A所示，缓冲结构16若以弹簧为例，弹簧会提供一因压缩及拉伸的弹力施予尾翼连接杆13的一反作用力，使尾翼连接杆13的力量不至于立刻传递至机壳11，使机壳11与叶轮12不至于轻易因瞬间的第二方向入风W2造成转向，而当第二方向入风W2消失后，弹簧的弹性位能可将该尾翼连接杆13回复为与该叶轮转轴17夹角为0度状态，使叶轮12持续旋转，有效的发电。

若是缓冲结构16为一具有回复机制的阻尼的话，阻尼会吸收被尾翼15带动的尾翼连接杆13的能量，使尾翼连接杆13的力量不至于立刻传递至机壳11，造成机壳11与叶轮12的旋转转向R，而当第二方向入风W2消失后，具有回复机制的阻尼元件16，可将该尾翼连接杆13回复为与该叶轮转轴17夹角为0度状态，使叶轮12持续运转，而上述的风力发电机，则是设置在一塔架或结构支撑物上。

请同时参照图2A、2B以及图4A、4B，与上述实施例不同的是，缓冲结构16为与尾翼连结杆13延伸方向同向并与机壳11相连，主要以弹簧提供一拉伸的回复力量抵抗尾翼连接杆13所提供的旋转力量，或是以阻尼提供一拉伸阻力抵抗尾翼连接杆13所提供的旋转力量，可避免叶轮12及机壳11因侧向的瞬间第二方向入风W2造成旋转转向R，此与上述实施例利用两组与尾翼连接杆13垂直，且同时利用拉伸、挤压的弹簧和阻尼为不同实施方式。

虽然以上通过示例性实施例对本发明做了说明，但是上述说明并非用以限定本发明的，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做出很多改变与替换，本发明保护范围由所附权利要求及其等同技术方案限定。

Claims (13)

1.一种风力发电机，包括：

一机壳，其容置一发电单元；

一叶轮，其与该发电单元连接；

一尾翼连接杆，其通过一旋转轴部与该机壳相连，且该旋转轴部可允许该尾翼连接杆旋转；

一尾翼，其固定相连于该尾翼连接杆的与该机壳或该缓冲套件壳体相连的相反端；以及

至少一缓冲结构，其与该尾翼连接杆以及该机壳相连。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其中该缓冲结构之一端与该尾翼连接杆相连，另一端则与该机壳相连。

3.如权利要求1所述的风力发电机，其中该缓冲结构为一弹簧或一具有回复机制的阻尼元件。

4.如权利要求3所述的风力发电机，其中当该尾翼遭受一外力时，该尾翼连接杆与该叶轮转轴形成一夹角，该夹角小于30度。

5.如权利要求3所述的风力发电机，其中当该缓冲结构为弹簧，该尾翼遭受一外力时，该弹簧会提供一反作用力，使该机壳及该叶轮不转动，或使单位时间旋转的夹角较没有设置该弹簧时小。

6.如权利要求5所述的风力发电机，其中当该外力消失后，该反作用力可将该尾翼连接杆回复为与该叶轮转轴夹角为0度。

7.如权利要求3所述的风力发电机，其中当该缓冲结构为阻尼，该尾翼遭受一外力时，该弹簧会提供一阻力，使该机壳及该叶轮不转动，或使单位时间旋转的夹角较没有设置该阻尼时小。

8.如权利要求7所述的风力发电机，其中当该外力消失后，该阻尼元件的回复机制提供一回复力量可使该尾翼连接杆回复为与该叶轮转轴夹角为0度。

9.如权利要求3所述的风力发电机，其中该缓冲结构的设置，其作用方向与该尾翼连接杆垂直，且同时以拉伸及挤压的作用方式达到缓冲效果。

10.如权利要求3所述的风力发电机，其中该缓冲结构的设置，其作用方向大致与该尾翼连接杆的延伸方向相同，并与该机壳相连。

11.如权利要求1所述的风力发电机，还包括一塔架相连该机壳。

12.如权利要求1所述的风力发电机，其适用于都市区域。

13.如权利要求1所述的风力发电机，其中该尾翼连接杆与该机壳之间还具有一缓冲套件壳体。

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