CN102155353A - 一种帆式高效率风能转换方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种帆式高效率风能转换方法及设备，属于风能转换技术领域。技术方案是：风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆架共同连接风力发电机转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。本发明由于风帆与风帆架之间始终留有夹角，风力可以提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，做功区可以占转动周期的80%以上，大大提高了风能的转化效率；本发明可以取代背景技术中的浆式风力发电装置，自动运转，结构合理，成本低，风能转换效率高。
Description
技术领域：
本发明涉及一种帆式高效率风能转换方法及设备，属于风能转换技术领域。
背景技术：
风能是取之不尽、用之不完的清洁能源，风能转换是利用风能的重要方式，例如：风力发电，具有节能、环保的特点，受到世界各国的广泛重视。普通的风能转换设备，一般都是浆式，是沿用飞行器空气动力学的基础上发展而来的，为提高发电能量，越来越大型化，桨叶的直径越来越大，存在问题是：桨叶直径越大，转速越慢，因为每一个桨叶是一个整体，在同一叶片轴上，桨叶自身的阻力将自身产生的动力大部分抵消了，直径越大，桨叶叶尖走的路程越长，但是叶尖走得再快，也应该是风力推动叶尖旋转，因此：桨叶直径越大，转速越慢；浆式风动机要求是高转速，转速越大输出功率越大，而且启动风速要求也比较高，转速低就不会产生出大的能量；飞机发动机可以使螺旋桨达到很高的转速，但是，用风能推动风动机螺旋桨达到很高的转速是不可能的，造成风能转换效率低。
发明内容：
本发明目的是提供一种帆式高效率风能转换方法及设备，结构合理，降低成本，提高风能转换效率，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种帆式高效率风能转换方法，采用多个自身转动的风帆轮流承接风能动力并共同转动，带动与之连接的风力发电机转动，输出动力，实现风能转换；所说的风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，多个风帆架共同连接风力发电机转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
本发明风力提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，风力吹到风帆面上，由于帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分开始迎风朝向，风帆做功；随着风帆架的转动，风帆迎风的角度也发生变化，当转动到风帆的较小部分非迎风朝向时，风帆自动翻转，风帆的较小部分又开始迎风朝向；由于帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，强迫风帆在最大的范围内不能与风向平行，风帆与风向有夹角，风帆可以长时间做功。
本发明还可以风力延时切入、提前切出，或者部分风帆不控制角度、不做功，在风大时稳定转速。
所说的风帆与风帆架之间始终留有的最小夹角数值为：5-60度，通过帆叶轴两侧的风帆架上分别设置的限位机构来进行调解，例如：通过电脑进行自动调节控制。
帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一，两部分面积相差越悬殊，做功的效果越好。为了增加风帆面积较小部分的重量，可以在面积较小部分设置配重，平衡面积较大部分的重量；或者增加面积较小部分的厚度，增加重量；还可以采用不同比重材质制作活动风帆面积大小不等的两部分。当风帆、帆叶轴、转动轴水平设置时，帆叶轴将风帆分为大、小两部分的重量相等。
风帆共同转动的圆周分为做功区和非做功区，普通的风帆转动是被风力方向分割成做功区和非做功区，各占50%转动周期。而本发明由于风帆与风帆架之间始终留有夹角，风力可以提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，做功区可以占转动周期的80%以上，大大提高了风能的转化效率。
所说的风帆架数量是任意的，根据需要设置；每个风帆架上的风帆数量也是任意的，根据需要设置。
多个风帆垂直布置，带动风力发电机旋转，可以通过支撑架将多个风帆设置在较高的位置，便于风力发电，多个风帆也可以通过转盘、平台、支撑架等间接带动风力发电机旋转，便于设置在海面、平地、山顶等风力较大地区。
多个风帆水平布置，带动风力发电机旋转，可以通过支撑架将多个风帆设置在较高的位置，便于风力发电。
一种帆式高效率风能转换设备，包含垂直布置多个风帆、转动轴、风帆架、帆叶轴、限位机构，风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为垂直设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
所说的风帆与风帆架之间始终留有的最小夹角数值为：5-60度，通过帆叶轴两侧的风帆架上分别设置的限位机构来进行调解，例如：通过电脑进行自动调节控制。
为便于风帆转动做功，风帆可以是平面的，也可以是曲面的。
转动轴与风力发电机的旋转轴连接，输出风能转换的电力。
所说的多个风帆、风帆架可以设置在支撑架顶部，支撑架支撑连接转动轴；也可以设置在转动平台上，转动平台分为上下两层，相互之间通过磁悬浮方式设置，上层平台随转动轴一起转动，输出动能。
一种帆式高效率风能转换设备，包含水平布置多个风帆、转动轴、风帆架、帆叶轴、限位机构，风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为水平设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
所说的风帆与风帆架之间始终留有的最小夹角数值为：5-60度，通过帆叶轴两侧的风帆架上分别设置的限位机构来进行调解，例如：通过电脑进行自动调节控制。
转动轴与风力发电机的旋转轴连接，输出风能转换的电力。所说的多个风帆、风帆架设置在支撑架顶部，支撑架支撑连接转动轴。
本发明的有益效果是：本发明可以在低转速下产生巨大能量，由于风帆与风帆架之间始终留有夹角，风力可以提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，做功区可以占转动周期的80%以上，大大提高了风能的转化效率；低风速（一级风）可以启动，高风速可以自动改变角度，在强风中也可以正常运行，保证稳定的转速。本发明可以取代背景技术中的浆式风力发电装置，依靠风能自动调控、自动运转，结构合理，成本低，风能转换效率高。
附图说明：
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明实施例一风帆做功示意图；
图3为本发明实施例二结构示意图；
图4为本发明实施例三结构示意图；
图5为本发明实施例三风帆做功示意图；
图中：风帆1， 帆叶轴2，风帆架3，转动轴4，限位机构5、6，支撑架7，转动平台8，方向舵9。
具体实施方式：
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例一，参照附图1。
一种帆式高效率风能转换设备，包含垂直布置多个风帆1、转动轴4、风帆架3、帆叶轴2、限位机构5和6，风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为垂直设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。所说的风帆与风帆架之间留夹角，通过帆叶轴两侧的风帆架上分别设置的限位机构来进行调解，通过电脑进行自动调节控制。转动轴与风力发电机的旋转轴连接，输出风能转换的电力。所说的多个风帆、风帆架可以设置在支撑架顶部，支撑架支撑连接转动轴。
参照附图2，风力吹到风帆1面上，由于帆叶轴2将风帆分为大、小两部分，较小部分开始迎风朝向，风帆做功；随着风帆架3的转动，风帆迎风的角度也发生变化，当转动到风帆的较小部分非迎风朝向时，风帆自动翻转，风帆的较小部分又开始迎风朝向；由于帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构5、6，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，强迫风帆在最大的范围内不能与风向平行，风帆与风向有夹角，风帆可以长时间做功。风帆共同转动的圆周分为做功区和非做功区，普通的风帆转动是被风力方向分割成做功区和非做功区，各占50%转动周期。而本发明由于风帆与风帆架之间始终留有夹角，风力可以提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，做功区可以占转动周期的80%以上，大大提高了风能的转化效率。
实施例二，参照附图3。
多个风帆1、风帆架3设置在转动平台8上，转动平台分为上下两层，相互之间通过磁悬浮方式设置，上层平台随转动轴一起转动，输出动能。所说的风帆架数量是任意的，根据需要设置；每个风帆架上的风帆数量也是任意的，根据需要设置。
实施例三，参照附图4、5。
一种帆式高效率风能转换设备，包含水平布置多个风帆1、转动轴4、风帆架3、帆叶轴2、限位机构5和6，风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为水平设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。所说的多个风帆、风帆架设置在支撑架7顶部，支撑架支撑连接转动轴，支撑架上还设有方向舵9，保证风帆、帆叶轴、转动轴与风力方向垂直。
实施例三的风帆做功原理，与实施例一相同。
Claims (9)
1.一种帆式高效率风能转换方法，其特征在于采用多个自身转动的风帆轮流承接风能动力并共同转动，带动与之连接的风力发电机转动，输出动力，实现风能转换；所说的风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，多个风帆架共同连接风力发电机转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
2.根据权利要求1所述之帆式风能动力自动转换方法，其特征在于本发明风力提前切入，延时切出，做功的区明显扩大，风力吹到风帆面上，由于帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分开始迎风朝向，风帆做功；随着风帆架的转动，风帆迎风的角度也发生变化，当转动到风帆的较小部分非迎风朝向时，风帆自动翻转，风帆的较小部分又开始迎风朝向；由于帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，强迫风帆在最大的范围内不能与风向平行，风帆与风向有夹角，风帆可以长时间做功。
3.根据权利要求1或2所述之帆式高效率风能转换方法，其特征在于所说的风帆与风帆架之间始终留有的最小夹角数值为：5-60度，通过帆叶轴两侧的风帆架上分别设置的限位机构来进行调解，通过电脑进行自动调节控制。
4.根据权利要求1或2所述之帆式高效率风能转换方法，其特征在于：在面积较小部分设置配重，平衡面积较大部分的重量；或者增加面积较小部分的厚度，增加重量；还可以采用不同比重材质制作活动风帆面积大小不等的两部分。
5.一种帆式高效率风能转换设备，其特征在于包含垂直布置多个风帆（1）、转动轴（4）、风帆架（3）、帆叶轴（2）、限位机构（5、6），风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为垂直设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
6.根据权利要求5所述之帆式高效率风能转换设备，其特征在于转动轴与风力发电机的旋转轴连接，输出风能转换的电力；所说的多个风帆、风帆架设置在支撑架顶部，支撑架支撑连接转动轴。
7.根据权利要求5所述之帆式高效率风能转换设备，其特征在于多个风帆、风帆架设置在转动平台上，转动平台分为上下两层，相互之间通过磁悬浮方式设置，上层平台随转动轴一起转动，输出动能。
8.一种帆式高效率风能转换设备，其特征在于包含水平布置多个风帆（1）、转动轴（4）、风帆架（3）、帆叶轴（2）、限位机构（5、6），风帆通过帆叶轴设置在风帆架上，风帆、帆叶轴、转动轴均为水平设置，多个风帆架共同连接转动轴，帆叶轴将风帆分为大、小两部分，较小部分的面积与较大部分的面积之比小于三分之一；帆叶轴两侧的风帆架上分别设有限位机构，分别限定风帆的正反两个方向的转动范围，使得风帆与风帆架之间始终留有夹角，也就是风帆与风帆架之间不平行。
9.根据权利要求8所述之帆式高效率风能转换设备，其特征在于所说的多个风帆、风帆架设置在支撑架（7）顶部，支撑架支撑连接转动轴，支撑架上还设有方向舵（9），保证风帆、帆叶轴、转动轴与风力方向垂直。
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