CN103867400A - 一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，包括球状叶轮、皮带传动机构、发电机和蓄电池，所述球状叶轮包括上端盖、下端盖、垂直中心轴、轴承和若干弧形叶片，所述弧形叶片周向均匀排布在垂直中心轴的周侧，弧形叶片与垂直中心轴之间通过轴承安装，所有弧形叶片的上端与上端盖的下表面固定，所有弧形叶片的下端与下端盖的上表面固定，弧形叶片可围绕垂直中心轴转动，球状叶轮整体形成去掉两端的椭球体形状。本发明能够收集交通道路上机动车行驶产生的气流来发电，并且将能量储存以供夜间照明使用，其具有发电效率高，成本低廉，应用范围广的特点。

Description

一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置

技术领域

本发明涉及一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，涉及风力发电技术。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，人类对能源的需求日益增加。煤炭、石油、天然气等传统的化石能源已经支持了人类文明数百年的进步和发展。对化石能源的大量消耗，既加剧了资源枯竭的局面，也造成了严重的环境污染。因此，人们越来越重视可再生能源的开发和利用。风能作为一种有效的可再生能源，具有及其可观的应用前景，在远期有可能成为世界重要的替代能源。地球所收到的太阳辐射能中大约有20%转换成风能，地球上的风能约2.74万亿千瓦，是水能资源的10倍，但是已经利用的不足千分之一。据估计，全球风能资源是整个世界预期电力需求的10倍，也就是说，只要利用地球上一半的风能资源就能满足全球的能源需求。

风力发电机是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。风力发电机从结构形式上可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机是目前研制最多、最常见、最成熟的一种风机，其风轮叶片数一般为2‐3叶，叶片形状一般为翼形，该风机启动力矩较大，风能利用系数高，并且带有调向对风装置。对于垂直轴风力发电机的叶轮而言也分为两类：升力型和阻力型。升力型是指风吹于叶轮时，由于叶片内外表面风速的不同而产生压力差，进而产生驱动力矩，使叶轮绕中心轴旋转，典型的是达里厄型风力发电机，包括：Φ型、H型、Y型和菱形。阻力型是指由于面朝同一方向的左右叶片的阻力系数不同，风吹于叶轮时，阻力系数较大的一面风压较大，进而使叶轮绕中心轴旋转，典型的结构是由两个轴线错开的半圆柱形组成的S型叶轮。垂直轴风力发电机的叶轮转动与风向无关，不需要采用迎风装置。

目前，大多数投入商业运营的风力发电机都是水平轴形式的、以收集自然风来发电的风力发电机，并且体积庞大，成本高昂，维护费用高，不利于大面积推广使用。虽然也有部分应用垂直轴的风力发电机，但也仅仅将垂直轴同样应用在了收集自然风的领域，而没有充分发掘垂直轴风力发电机的无需对风的固有优势。与此同时，生活中存在着许多由非自然环境引起的流动气流，比如公路上机动车行驶产生的气流，若收集利用则会产生可观的能源效益和经济效益。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，能够收集交通道路上机动车行驶产生的气流来发电，并且将能量储存以供夜间照明使用，其具有发电效率高，成本低廉，应用范围广的特点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，包括球状叶轮、皮带传动机构、发电机和蓄电池，所述球状叶轮包括上端盖、下端盖、垂直中心轴、轴承和若干弧形叶片，所述弧形叶片周向均匀排布在垂直中心轴的周侧，弧形叶片与垂直中心轴之间通过轴承安装，所有弧形叶片的上端与上端盖的下表面固定，所有弧形叶片的下端与下端盖的上表面固定，弧形叶片可围绕垂直中心轴转动，球状叶轮整体形成去掉两端的椭球体形状；所述垂直中心轴通过皮带传动机构与发电机的输入轴相连，发电机的输出电能存储至蓄电池中。

使用时，当风吹到弧形叶片表面时，带动弧形叶片转动，产生的机械能通过皮带传动机构和发电机转换成电能，并通过蓄电池进行存储。

优选的，所述发电机的输出电能经过升压模块、稳压防倒流模块后存储至蓄电池中。

优选的，所述球状叶轮所述安装位置的地表排布有若干整流板单元，所述整流板单元包括三块弧形薄板，同曲向并行间隔插入地表，由外至内依次记为A板、B板和C板；三块弧形薄板的长度不一，其中A板最长、B板次之、C板最短。整流板单元用于收集、引导气流流向弧形叶片，带动球状叶轮的转动。

优选的，所述蓄电池具有两路输出，一路经过升压模块与LED照明部分连接，另一路与输出端口连接，作为电源可对外部供电。

优选的，所述LED照明部分包括LED灯、灯罩和光敏开关，通过光敏开关控制LED灯的开关状态，天黑时打开LED灯，天亮时关闭LED灯。

有益效果：本发明提供的收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，相对于现有技术，具有如下有益效果：

1、球状叶轮收集风能的效果好，对风能的转换利用率高；低风速下便可启动，高风速下亦能正常运转，适用能力高；且由于其独具的弧状结构，可引起自下而上的低速气流，对位于下部的电路系统起到降温冷却的效果；

2、可应用在各种交通道路（公路、高速公路、铁路、城际轻轨、地铁、乡间小路）两边或者中间，收集由于各种车辆行驶产生的非自然风或者自然环境产生的自然风来发电，并将电能存储在蓄电池当中，既可以用于夜间照明使用，也可以通过输出端口输出到电网集中利用；

3、可作为外出活动的便携备用电源，比如野外露营、旅游等，此时将该装置置于有风处即可发电、供电；

4、可作为游牧活动的可移动供电系统，在草原游牧过程中，将帐篷搭建完毕之后，将该装置置于室外有风处，再将输出端口与用电设备连接即可；

5、可作为居民家用电源，农村居民可将该装置置于屋顶处，城镇居民可将该装置置于阳台等露天处，收集风能发电，以供家庭用电器使用；

6、球状叶轮可涂以不同颜色和图案，或者经过其它装饰后，可应用于各种旅游景点，既有节能发电的作用，又可以美化装饰环境。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为球状叶轮的立体结构示意图；

图3为球状叶轮的俯视结构示意图；

图4为整流单元的立体结构示意图；

图5为整流单元的俯视结构示意图；

图6为本发明一种使用状态的结构示意图。

其中，1为LED灯，2为支柱，3为球状叶轮，4为皮带，5为发电机，6为从动带轮，7为主动带轮，8为蓄电池，9为三脚架，10为上端盖，11为下端盖，12为弧形叶片，13为垂直中心轴，14为A板，15为B板，16为C板，17为绿化带边缘，18为机动车。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，包括球状叶轮3、皮带传动机构、发电机5、蓄电池8和LED照明部分。

如图2、图3所示，所述球状叶轮3包括上端盖10、下端盖11、垂直中心轴13、轴承和若干弧形叶片12，所述弧形叶片12周向均匀排布在垂直中心轴13的周侧，弧形叶片12与垂直中心轴13之间通过轴承安装，所有弧形叶片12的上端与上端盖10的下表面固定，所有弧形叶片12的下端与下端盖11的上表面固定，弧形叶片12可围绕垂直中心轴13转动，球状叶轮3整体形成去掉两端的椭球体形状。

本案中，弧形叶片12的数目为12，其外侧近似于椭球形，内侧可为垂直形，并且具有一定的弧度；12个弧形叶片12的上下两端分别均匀环绕地固定在上端盖10和下端盖11上，可以使用铆接、扦插、焊接等方式连接；上端盖10和下端盖11的中心处分别安装轴承，通过轴承将弧形叶片12与垂直中心轴13连接起来；垂直中心轴13安装于三脚架9上，垂直中心轴13与三脚架9之间为可拆卸连接，且三脚架9的高度可调。三脚架9的三个脚与支座之间铰接，三个脚与垂直方向的夹角可调。

所述垂直中心轴13通过皮带传动机构与发电机5的输入轴相连，发电机5的输出电能经过升压模块、稳压防倒流模块后存储至蓄电池8中，蓄电池8具有两路输出，一路经过升压模块与LED照明部分连接，另一路与输出端口连接，作为电源可对外部供电；所述LED照明部分包括LED灯1、灯罩和光敏开关，通过光敏开关控制LED灯1的开关状态。

本案中，主动带轮7与下端盖11固定，从动带轮6与发电机5的输入轴连接，两个带轮通过皮带4连接；其中主动带轮7与下端盖11之间通过螺钉连接，从动带轮6与发电机5的输入轴之间通过间隙配合连接。

另外，蓄电池8除了发电机供电外，还可以增设电源输入接口，在风力发电不足的时候，可以通过外部电源给蓄电池充电，以满足LED照明部分的耗电需求，或者满足其作为备用电源的作用。

如图4、图5所示，所述球状叶轮3所述安装位置的地表排布有若干整流板单元，所述整流板单元包括三块弧形薄板，同曲向并行间隔插入地表，由外至内依次记为A板14、B板15和C板16；三块弧形薄板的长度不一，其中A板14最长、B板15次之、C板16最短。弧形薄板可由不锈钢、45号钢或其它碳钢制作，若使用碳钢作为材料，则需要做表面防腐蚀处理。在实际使用过程中，由若干整流板单元构成一个整流系统，该整流系统安装于实际应用环境的地面，可以收集、引导气流流向弧形叶片12，从而提高发电量。

如图6所示，本发明可应用于机动车道路上，具体安装于绿化带的位置，整流板系统亦固定于绿化带上。机动车行驶过程中带动四周气流流动，从而在道路上产生非自然风，风流经整流板时，经过整流板的收集、引导作用，沿着整流板的弧形流道流向本发明的球状叶轮，从而带动叶轮旋转，进而产生电能。

本发明旨在收集交通道路上机动车行驶产生的气流来发电，并且将能量储存以供夜间照明使用，其具有发电效率高，成本低廉，应用范围广的特点。此外，本发明亦可以作为普通居民使用的便携和备用发电机，为多种用电设备提供电能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，其特征在于：包括球状叶轮（3）、皮带传动机构、发电机（5）和蓄电池（8），所述球状叶轮（3）包括上端盖（10）、下端盖（11）、垂直中心轴（13）、轴承和若干弧形叶片（12），所述弧形叶片（12）周向均匀排布在垂直中心轴（13）的周侧，弧形叶片（12）与垂直中心轴（13）之间通过轴承安装，所有弧形叶片（12）的上端与上端盖（10）的下表面固定，所有弧形叶片（12）的下端与下端盖（11）的上表面固定，弧形叶片（12）可围绕垂直中心轴（13）转动，球状叶轮（3）整体形成去掉两端的椭球体形状；所述垂直中心轴（13）通过皮带传动机构与发电机（5）的输入轴相连，发电机（5）的输出电能存储至蓄电池（8）中。

2.根据权利要求1所述的收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，其特征在于：所述发电机（5）的输出电能经过升压模块、稳压防倒流模块后存储至蓄电池（8）中。

3.根据权利要求1所述的收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，其特征在于：所述球状叶轮（3）所述安装位置的地表排布有若干整流板单元，所述整流板单元包括三块弧形薄板，同曲向并行间隔插入地表，由外至内依次记为A板（14）、B板（15）和C板（16）；三块弧形薄板的长度不一，其中A板（14）最长、B板（15）次之、C板（16）最短。

4.根据权利要求1所述的收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，其特征在于：所述蓄电池（8）具有两路输出，一路经过升压模块与LED照明部分连接，另一路与输出端口连接，作为电源对外部供电。

5.根据权利要求4所述的收集非自然风的球状叶轮垂直轴风力发电储能装置，其特征在于：所述LED照明部分包括LED灯（1）、灯罩和光敏开关，通过光敏开关控制LED灯（1）的开关状态。

Images