CN102410143B - 轨道风帆发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供一种轨道风帆发电装置，在轨道上设有多个风帆，每个风帆都包括多个位于风帆边框内、与风帆边框通过转轴连接的风帆叶片，每一个风帆上的叶片可以通过叶片开合机构同时开启或闭合，多个风帆之间间隔一定的距离、且通过牵引链相互连接，当风帆在轨道上滑动时，牵引链带动齿轮旋转，齿轮又带动发电机的转子旋转进行发电。当风帆顺风滑动时，叶片闭合，由风力产生的推进力较大；逆风滑动时，叶片开启，风阻较小；顺风滑动的风帆除了带动发电机转子旋转外，还可以带动处于逆风滑动状态的风帆前进，以此实现多个风帆在轨道上的滑动，带动发电机转子来进行发电。

Description

轨道风帆发电装置

技术领域

本发明申请涉及一种风力发电装置，尤其是一种利用在轨道上滑动的风帆带动发电机转子转动来实现电力输出的发电装置，属于风力发电设备技术领域。 

背景技术

发电机是能把机械能转变为电能的设备的总称，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其蕴藏量巨大。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约3.53亿千瓦，开发利用潜力巨大。 

随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦，相当于减排1.58亿吨二氧化碳。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007年以来，中国风电产业规模延续暴发式增长态势。2008年中国新增风电装机容量达到719.02万千瓦，新增装机容量增长率达到108.4％，累计装机容量跃过1300万千瓦大关，达到1324.22万千瓦，2010年全国累计风电装机容量突破2000万千瓦，内蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地风能资源丰富，风电产业发展较快。 

进入2008年下半年以来，受国际宏观形势的影响，经济发展速度趋缓，节能减排成为全球经济发展的趋势，支持和鼓励可再生能源的发展，也成为我国大力提倡的重点项目。中国风力能源的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。 

现有的风力发电机，多数为立柱式的，在立柱的顶端安装风扇叶来带动发电机转子发电，这样的发电机不仅建造成本昂贵，而且发电成本较高，风扇叶的大小、形状决定了风力的利用效率，风扇叶的制作工艺较为复杂，且风能利用率较低，发电能力受限。 

发明内容

本发明申请即是针对目前风力发电机存在的上述不足之处，提供一种轨道风帆发电装置，该装置利用在轨道上滑动的风帆带动发电机转子，从而将风能转化为电能。 

本发明申请的思路在于：在轨道上设有多个风帆，每个风帆都具有类似百叶窗似的结构，包括多个位于风帆边框内、与风帆边框通过转轴连接的风帆叶片，每一个风帆上的叶片可以通过叶片开合机构同时开启或闭合，多个风帆之间间隔一定的距离、且通过牵引链相互连接，当风帆在轨道上滑动时，牵引链带动齿轮旋转，齿轮又带动发电机的转子旋转进行发电。当风帆顺风滑动时，叶片闭合，由风力产生的推进力较大；逆风滑动时，叶片开启，风阻较小；顺风滑动的风帆除了带动发电机转子旋转外，还可以带动处于逆风滑动状态的风帆前进，以此实现多个风帆在轨道上的滑动。 

进一步的，所述的轨道可以是闭合的环状结构，多个互相通过牵引链连接的风帆在轨道上循环滑动，带动发电机发电；也可以采取直线开放式的轨道，每条直线轨道上具有一个风帆组，每个风帆组包括两个互相通过牵引链连接的风帆，利用风帆在不同位置上叶片开合状态的变化，实现风帆的来回往复滑动，从而带动电机转子转动。更进一步的，可以通过设立两个以上平行排布的风帆组，由多个齿轮共同带动发电机的转子，从而实现持续发电。 

本发明申请是通过以下的技术方案来实现的： 

具体来说，本发明申请提供一种轨道风帆发电装置，所述的装置包括可铺设在平面上的闭合环形轨道，轨道上具有多个与轨道滑动连接且可沿轨道滑行的风帆，风帆之间间隔一定的距离并通过牵引链相互连接，牵引链与多个齿轮啮合，齿轮与发电机的转子相互连接，风帆的滑行带动牵引链，牵引链带动齿轮转动，齿轮带动转子转动发电，每一个风帆都具有边框和位于边框内的数个叶片，每个叶片通过转轴连接于边框，在风帆的外侧还设有一个连杆，每一个转轴都与该连杆连接，连杆的移动带动叶片以实现多个叶片的同时开启和闭合，在风帆滑行的逆风段的轨道上的两端分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，当风帆滑行至轨道逆风段的起点时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片开启，风帆逆风滑行，当风帆滑行至轨道逆风段的终点时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片闭合，风帆在轨道的其它部分时，叶片均处于闭合状态。 

本发明申请还提供一种轨道风帆发电装置，所述的装置包括可铺设在平面上的直线型轨道，轨道上具有两个与轨道滑动连接且可沿轨道来回往复滑行的风帆，风帆之间间隔一定的距离并通过牵引链相互连接，牵引链先与数个齿轮啮合再连接另一个风帆，两个风帆的运动方向相反，齿轮与发电机的转子相互连接，风帆的滑行带动牵引链，牵引链带动齿轮转动，齿轮带动转子转动发电，每一个风帆都具有边框和位于边框内的数个叶片，每个叶片通过转轴连接于边框，在风帆的外侧还设有一个连杆，每一个转轴都与该连杆连接，连杆的移动带动叶片以实现多个叶片的同时开启和闭合，每一个风帆都在轨道上一定的距离内来回滑动，在每一个风帆滑动的该段轨道的两端分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，开合机构与触碰装置接触后，带动连杆实现叶片的开启和闭合，当一个风帆的叶片处于闭合状态时，另一风帆 的叶片处于开启状态，反之亦然。 

为了方便描述，我们将上述装置称为一个风帆组。 

本发明申请还提供一种轨道风帆发电装置，该装置由两个以上平行排布的上述风帆组构成，每个风帆组中位置相对应的齿轮同轴连接同一个发电机的转子，不同风帆组中，位置相对应的风帆在初始时的位置交错分布，且在与同一转子连接的齿轮上分别设有一个棘轮，以保证该转子始终保持一个方向转动。 

进一步的，所述的开合机构包括在风帆边框外侧底部的两个侧面分别延伸出来的横杆，横杆的末端轴连一推杆，推杆可在水平面内旋转，在旋转的过程中推动连杆，从而带动叶片开启和闭合，与此配合的是，所述触碰装置包括设置在轨道外侧的底座，底座通过转轴连接一顶杆，顶杆通过弹簧固定在底座上且可以转轴为轴心旋转一定的角度，在风帆滑动的过程中，推杆接触顶杆，推杆旋转推动连杆移动，风帆越过顶杆后，顶杆在弹簧的作用下复位。 

进一步的，所述的风帆通过滑轮与轨道连接。 

进一步的，所述的轨道为单轨、双轨或多轨。 

进一步的，所述风帆位于轨道的上方，或轨道穿过风帆的中部，轨道在风帆的中部时，风帆的移动会更加稳固。 

本发明申请所述的轨道风帆发电装置，利用在轨道上滑动的风帆来带动发电机发电，结构简单、铺设的成本低，并且与传统的立柱式风扇叶发电设备相比，能够更为有效的利用风能，便于推广应用。 

附图说明

图1是本发明申请所述装置中风帆的一个实施例的立体图； 

图2是本发明申请所述装置中风帆与轨道连接的一个实施例的示意图； 

图3是本发明申请所述装置中风帆与轨道连接的另一个实施例的示意图； 

图4-7是本发明所述装置中风帆在轨道不同位置滑动时的状态示意图； 

图8是本发明所述装置第一实施例的工作状态示意图； 

图9-10是本发明所述装置第二实施例的工作状态示意图； 

图11-12是本发明所述装置第三实施例的工作状态示意图； 

其中，1为风帆、2为轨道、3为牵引链、4为齿轮、5为转子、10为边框、11为转轴、12为叶片、13为连杆、14为横杆、15为推杆、40为底座、41为顶杆、42为弹簧。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明申请所述的轨道风帆发电装置进行描述，目的是为了公众更好的理解本发明申请所述的技术方案，而不是对所述技术方案的限制，在以相同或近似的原理对所述装置进行的改进，包括轨道、风帆、叶片的形状、尺寸、所用材质的改变，数目的增减，以及相应的元件，例如连杆、推杆、顶杆等装置的改进和变通，以实现相同效果为目的，则都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。 

图1是本发明申请中风帆的一个实施例的结构示意图，如图所示，每一个风帆1都具有边框10和位于边框10内的数个叶片12，每个叶片12通过转轴11连接于边框10，呈垂直排列于边框10内，在风帆1的外侧还设有一个连杆13，每一个转轴11都与该连杆13连接，连杆13的移动带动叶片12，以实现多个叶片的同时开启和闭合。 

为了在风帆在轨道上滑动的过程中，能够实现叶片的开启和闭合，需要在风帆上设有通过控制连杆移动的开合机构，在本实施例中，所述的开合机构包 括在风帆边框10的外侧底部的两个侧面分别延伸出来的横杆14，横杆14的末端轴连一推杆15，推杆15可在水平面内旋转，在旋转的过程中推动连杆13，从而带动叶片12开启和闭合。 

本发明申请所述的风帆与铺设在平面上的轨道滑动连接，风帆1可以位于轨道2之上，多个风帆1之间通过牵引链3相互连接，如图2所示；当然，轨道2也可以穿过风帆1的中部，以获得更加稳定的效果，如图3所示；所述的轨道可以是单轨、双轨或多轨，风帆1与轨道2滑动连接，例如风帆可以通过滑轮接触轨道，以实现沿轨道滑动的目的。 

图4-7显示了本发明申请所述装置是如何实现风帆多叶片同时开启和闭合的工作机制的。所述装置中，与风帆上的开合机构配合的是在轨道的外侧设有的触碰装置，在本实施例中，触碰装置包括设置在轨道外侧的底座40，底座40通过转轴连接一顶杆41，顶杆41通过弹簧42固定在底座40上且可以转轴为轴心旋转一定的角度。如图4，在风帆1处于叶片闭合状态，且在牵引链的作用下，向前滑动，如图5，当风帆1外侧的推杆15接触到顶杆41后，推杆15旋转，推动连杆13移动，从而带动转轴11旋转，多个叶片12同时开启；图6为风帆继续向前滑动，此时叶片12处于开启状态，风帆1逆风滑动，风阻较小，风帆1在其他风帆的牵引下继续滑动，在轨道的另一侧设有相同的触碰装置，如图7，当风帆1外侧的推杆15接触到顶杆41后，推杆15旋转，推动连杆13移动，从而带动转轴11旋转，多个叶片12同时闭合复位，顶杆41在弹簧42的拉力下复位，此时风帆1处于顺风方向上，所受风力较大，能够带动其余位于逆风并叶片开启状态的风帆前进，并同时带动齿轮旋转，带动发电机发电。 

实施例一 

图8是本发明所述装置第一实施例的示意图， 

在风帆滑行的逆风段的轨道上的两端分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，所述的装置包括可铺设在平面上的闭合环形轨道2，轨道2上具有多个与轨道滑动连接且可沿轨道滑行的风帆1，在本实施例中，风帆的数目为4个，分别称为M、N、P、Q，风帆之间间隔一定的距离，可以等距也可以不等距，相互之间通过牵引链3相互连接，牵引链3与多个齿轮啮合，齿轮与发电机的转子相互连接，风帆1的滑行带动牵引链3，牵引链带动齿轮转动，齿轮带动转子转动发电。 

风向如图中双箭头所示，在风帆1滑行的逆风段的轨道2(从a点至b点)上的两端点分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，其详细的工作原理已经在图4-7中详述，当风帆1滑行至轨道2逆风段的起点a时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片12开启，风帆1逆风滑行，当风帆1滑行至轨道逆风段的终点b时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片闭合，风帆在轨道的其它部分时，叶片均处于闭合状态。这样，如图所示，风帆M位于逆风段起点a时，叶片12开启，风帆N、P和Q中的叶片均处于闭合状态，风帆P和Q均处于顺风滑行状态，产生的牵引力较大，足以克服风帆M逆风前进的阻力，并且能够带动齿轮旋转发电。 

应该明确的是，在本发明中，轨道是闭合环状的，风帆的数目可以根据轨道的大小和形状加以确定，数目没有限制。 

实施例二 

图9-10是本发明申请第二实施例的工作原理图，所述的装置包括可铺设在平面上的直线型轨道2，轨道2上具有两个与轨道滑动连接且可沿轨道来回往复滑行的风帆1，为了方便描述，我们称这样的装置为一个风帆组。 

一个风帆组包括两个风帆M和N，之间间隔一定的距离并通过牵引链3相互 连接，牵引链3先与数个齿轮4啮合再连接另一个风帆，M’和N’分别是风帆M和N在另一个位置上的示意图，当风帆M处于a点时，叶片闭合，风帆N处于d点，叶片开启，叶片开启和闭合的机制如前所述，这里不再赘述。风向如双箭头所示，风帆M由a点至b点，当到达b点时，风帆M’叶片开启，风帆N在风帆M的牵引下，由d点至c点，当到达c点时，风帆N’叶片闭合，带动齿轮4呈顺时针旋转，如图9所示。 

风帆N’到达c点时，叶片闭合，在风力的作用下向d点滑动，风帆M’在b点时，叶片开启，在牵引链的作用下向a点滑动，带动齿轮4逆时针旋转，直至风帆N’到达d点，风帆M’到达a点，重新开始下一个循环。 

风帆M在a、b两点之间，风帆N在c、d两点之间来回往复运动，齿轮旋转的方向也产生交替改变，以此电流的方向也交替改变。 

实施例三 

如图11-12，本发明申请还提供一种轨道风帆发电装置，该装置由两个以上上述风帆组构成，每个风帆组中位置相对应的齿轮同轴连接同一个发电机的转子，不同风帆组中，位置相对应的风帆在初始时的位置交错分布，且在与同一转子连接的齿轮上分别设有一个棘轮，以保证该转子始终保持一个方向转动。 

具体在本实施例中，风帆组的数目为两个，风力如双箭头所示，初始时，风帆分别位于M、N、P、Q的位置，风帆M和Q叶片闭合，风帆N和P叶片开启，在风力的作用下，风帆M、N、P、Q分别向M’、N’、P’、Q’的位置滑动，齿轮X和X’同轴连接于一个转子5，但在齿轮X和X’分别上装上一个棘轮，用于控制齿轮的旋转是否能够带动转子5转动，齿轮X逆时针转动形成空转，并不能带动转子5转动，齿轮X’顺时针转动带动转子5，如图11所示；原理如图4-7所示，处于M’、N’、P’、Q’位置时，风帆N’、P’叶片闭合，风帆M’、Q’ 叶片开启，运动方向如箭头所示，此时，齿轮X顺时针转动，带动转子5转动，齿轮X’逆时针转动，形成空转，不能带动转子5转动，这样在一个循环里，转子5始终以顺时针方向转动，电流方向保持恒定，如图12所示。 

本发明申请所述的轨道风帆发电装置，发电的机械效率高、使用安全、寿命长，适用于大型和特大型风力发电机，具有工作时间长、资源利用率高的优点，其主要设施方便建造和维护，具有广泛的应用前景。 

Claims (7)

1.一种轨道风帆发电装置，其特征在于：所述的装置包括可铺设在平面上的闭合环形轨道，轨道上具有多个与轨道滑动连接且可沿轨道滑行的风帆，风帆之间间隔一定的距离并通过牵引链相互连接，牵引链与多个齿轮啮合，齿轮与发电机的转子相互连接，风帆的滑行带动牵引链，牵引链带动齿轮转动，齿轮带动转子转动发电，每一个风帆都具有边框和位于边框内的数个叶片，每个叶片通过转轴连接于边框，在风帆的外侧还设有一个连杆，每一个转轴都与该连杆连接，连杆的移动带动叶片以实现多个叶片的同时开启和闭合，在风帆滑行的逆风段的轨道上的两端分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，当风帆滑行至轨道逆风段的起点时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片开启，风帆逆风滑行，当风帆滑行至轨道逆风段的终点时，触碰装置接触开合机构，开合机构带动连杆运动，叶片闭合，风帆在轨道的其它部分时，叶片均处于闭合状态。

2.一种轨道风帆发电装置，其特征在于：所述的装置包括可铺设在平面上的直线型轨道，轨道上具有两个与轨道滑动连接且可沿轨道来回往复滑行的风帆，风帆之间间隔一定的距离并通过牵引链相互连接，牵引链先与数个齿轮啮合再连接另一个风帆，两个风帆的运动方向相反，齿轮与发电机的转子相互连接，风帆的滑行带动牵引链，牵引链带动齿轮转动，齿轮带动转子转动发电，每一个风帆都具有边框和位于边框内的数个叶片，每个叶片通过转轴连接于边框，在风帆的外侧还设有一个连杆，每一个转轴都与该连杆连接，连杆的移动带动叶片以实现多个叶片的同时开启和闭合，每一个风帆都在轨道上一定的距离内来回滑动，在每一个风帆滑动的该段轨道的两端分别设有触碰装置，且在风帆边框上设有与触碰装置配合的开合机构，开合机构与触碰装置接触后，带动连杆实现叶片的开启和闭合，当一个风帆的叶片处于闭合状态时，另一风帆的叶片处于开启状态。

3.一种轨道风帆发电装置，其特征在于：所述的装置由两个以上平行排布的权利要求2所述装置构成，每个权利要求2所述装置中位置相对应的齿轮同轴连接同一个发电机的转子，不同权利要求2所述装置中位置相对应的风帆在初始时的位置交错分布，且在与同一转子连接的齿轮上分别设有一个棘轮，以保证该转子始终保持一个方向转动。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：所述的开合机构包括在风帆边框外侧底部的两个侧面分别延伸出来的横杆，横杆的末端轴连一推杆，推杆可在水平面内旋转，在旋转的过程中推动连杆，从而带动叶片开启和闭合，与此配合的是，所述触碰装置包括设置在轨道外侧的底座，底座通过转轴连接一顶杆，顶杆通过弹簧固定在底座上且可以转轴为轴心旋转一定的角度，在风帆滑动的过程中，推杆接触顶杆，推杆旋转推动连杆移动，风帆越过顶杆后，顶杆在弹簧的作用下复位。

5.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：所述的风帆通过滑轮与轨道连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：所述的轨道为单轨、双轨或多轨。

7.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：所述风帆位于轨道的上方，或轨道穿过风帆的中部。

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