CN103906919A - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

风力发电装置包括：沿前后方向延伸的风车轴；设置在所述风车轴的前方端并且具有多个叶片的风车部；具有借助于所述风车轴的旋转而生成电力的发电机的主体部；将所述主体部支承为能够以朝向上下方向的支承中心轴线为中心旋转的主体支承部；以及相对于所述主体部配置在后方并且相对于所述主体部能够朝向左右方向摆动的尾翼部，所述支承中心轴线从所述风车轴的轴中心轴线朝向支承轴分离方向分离地配置，所述支承轴分离方向为从前方观察时的右方或左方，在无风时，所述尾翼部从如下方向朝向所述支承轴分离方向倾斜，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向，在强风时，所述尾翼部从如下方向朝向与所述支承轴分离方向相反的方向倾斜且倾斜得比所述无风时大，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用风力发电的风力发电装置。

背景技术

在风力发电装置中，存在有在具有发电机的主体部的后方部具有尾翼的装置。在中国实用新型公告第201474865号说明书所公开的风力发电装置中，主体部被杆支承为能够旋转。杆与风车部的中心轴线错开地配置。在主体部的背面上设置有从外缘部朝向中央附近延伸的槽部。槽部的缘部随着从外缘部朝向中央而向下方倾斜。尾翼部固定在槽部的重力方向上的下侧的部位。在无风时，尾翼部沿风车部的中心轴线方向延伸。在强风时，风车部以及主体部以杆的旋转轴线为中心大幅度旋转。当风车部以及主体部旋转时，尾翼部相对于主体部旋转90度，并在主体部的背面上沿着槽部从下方朝向上方倾斜地延伸。

专利文献1：中国实用新型公告第201474865号说明书

发明内容

发明要解决的课题

然而，在中国实用新型公告第201474865号说明书所公开的风力发电装置中，由于在微风时，尾翼部维持沿风车部的中心轴线延伸的状态，因此在风向改变的情况下，由于尾翼受到气流，因此风力发电装置整体容易旋转。其结果是，不能够使风车部的叶片高效地旋转。并且，在强风时，由于风车部以旋转轴线为中心大幅度旋转，在俯视观察时，风车部的中心轴线朝向与气流垂直的方向，因此叶片承受不到气流。

本发明的目的是使风车部高效地旋转。

用于解决课题的方法

本发明所例示的一个方面所涉及的风力发电装置包括：风车轴，其沿前后方向延伸；风车部，其设置在所述风车轴的前方端，并且具有相对于所述风车轴朝向径向外侧延伸的多个叶片叶片；主体部，其具有借助于所述风车轴的旋转而生成电力的发电机；主体支承部，其将所述主体部支承为能够以朝向上下方向的支承中心轴线为中心旋转；以及尾翼部，其相对于所述主体部配置在后方，并且相对于所述主体部能够朝向左右方向摆动，所述支承中心轴线从作为所述风车轴的旋转轴线的轴中心轴线朝向支承轴分离方向分离地配置，所述支承轴分离方向为从前方观察时的右方或者左方，在无风时，所述尾翼部从如下方向朝向所述支承轴分离方向倾斜，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向，在强风时，所述尾翼部从如下方向朝向与所述支承轴分离方向相反的方向倾斜且倾斜得比所述无风时大，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向。

发明效果

根据本发明能够使风车部高效地旋转。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的风力发电装置的图。

图2是表示主体部以及尾翼部的图。

图3是表示风力发电装置的图。

图4是尾翼支承部以及摆动支承部的后视图。

图5是尾翼支承部以及摆动支承部的剖视图。

图6是尾翼支承部以及摆动支承部的侧视图。

图7是尾翼支承部以及摆动支承部的俯视图。

图8是表示风力发电装置的图。

图9是尾翼支承部以及摆动支承部的俯视图。

图10是表示风力发电装置的图。

图11是尾翼支承部以及摆动支承部的俯视图。

图12是表示其他例子所涉及的尾翼部的图。

图13是表示尾翼部的图。

图14是表示另一其他例子所涉及的尾翼部的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的风力发电装置10的图。风力发电装置10为所谓的水平偏转式风力发电装置，并且具有风车部11、主体部12、尾翼部13以及杆14。风车部11固定在主体部12的前方侧，即图1中的右侧。尾翼部13配置在主体部12的后方侧，即图1中的左侧。主体部12被杆14支承。风车部11包括多个叶片111和叶片固定部112。

图2是只表示主体部12以及尾翼部13的图。主体部12包括风车轴121、发电机122、外罩123以及主体支承部124。风车轴121沿风力发电装置10的前后方向延伸。以下，将风车轴121的旋转轴线称作“轴中心轴线J1”。在风车轴121的前方端安装有图1所示的叶片固定部112。叶片111以轴中心轴线J1为中心从叶片固定部112的外缘部朝向径向外侧延伸。

如图2所示，发电机122的前方部分从外罩123朝向风车部11侧突出。发电机122的后方部分位于外罩123内。在本实施方式中，风车轴121为与设置于发电机122的旋转部的轴连为一体的部件。另外，也可在风车轴121与旋转部的轴之间设置增速器。

在风力发电装置10中，图1中的叶片111借助气流而旋转，从而风车轴121旋转，因此借助于来自风车轴121的动力由发电机122生成电力。

在外罩123的下部固定有主体支承部124。如图1所示，杆14的上部安装于主体支承部124。主体部12以及风车部11被杆14支承为能够以主体支承部124的朝向上下方向的中心轴线（下称“支承中心轴线J2”）为中心旋转。

图3是示意性表示风力发电装置10的图。在俯视观察时，支承中心轴线J2与轴中心轴线J1分离地配置。也就是说，在风力发电装置10中，风车部11以及主体部12的重心从支承中心轴线J2偏离。以下，将图3中的箭头91所示的从轴中心轴线J1朝向支承中心轴线J2的方向，即从发电装置10的前方观察时的右方称作“支承轴分离方向”。

如图2所示，尾翼部13包括尾翼主体131和摆动支承部132。尾翼主体131包括棒状的连接部133、尾翼134以及尾翼支承部21。尾翼支承部21安装于摆动支承部132。连接部133的前方部与尾翼支承部21连接。在连接部133的后方部固定有尾翼134。

图4是从风力发电装置10的后方观察到的尾翼支承部21以及摆动支承部132的图。摆动支承部132以相对于图2的主体部12倾斜的状态被安装。也就是说，后述摆动轴线J3相对于上下方向倾斜。图5是尾翼支承部21以及摆动支承部132的纵剖视图。准确地说，图5表示包括摆动轴线J3以及轴中心轴线J1的面处的截面。尾翼支承部21包括上侧轴承保持部211和下侧轴承保持部212。上侧轴承保持部211从尾翼支承部21的上部朝向前方延伸。上侧轴承保持部211具有朝向上方延伸的非贯通的孔部211a。下侧轴承保持部212从尾翼支承部21的下部朝向前方延伸。下侧轴承保持部212具有沿上下方向贯通的孔部212a。

摆动支承部132包括主体固定部22、轴23、上侧球轴承241、下侧球轴承242以及多个轴环25。如图4所示，主体固定部22包括与垂直于轴中心轴线J1的面平行的板状的前方部222和从前方部222的中央沿轴中心轴线J1延伸的后方部221。前方部222固定在图2的外罩123的后方部。如图5所示，上侧球轴承241的外圈通过压入或者粘接而固定在上侧轴承保持部211的孔部211a中。另外，也可利用压入以及粘接两种方式。下侧球轴承242的外圈通过压入或者粘接而固定在下侧轴承保持部212的孔部212a中。

在上侧轴承保持部211与下侧轴承保持部212之间配置有主体固定部22的后方部221。后方部具有沿上下方向延伸的贯通孔221a。轴23从下方插入到下侧球轴承242、贯通孔221a以及上侧球轴承241中。如图4所示，为轴23的中心轴线的摆动轴线J3随着朝向上方而向支承轴分离方向（参照图3）倾斜。图6是尾翼支承部21以及摆动支承部132的侧视图。准确地说，图6是从摆动轴线J3的侧方观察到的图。如图4以及图6所示，螺栓233插入到形成在主体固定部22的后方部221的侧部的孔部中，轴23通过螺栓233固定在后方部221。

如图5所示，环状且由树脂制成的轴环25配置在下侧球轴承242的下侧、下侧球轴承242与主体固定部22的后方部221的下部之间以及后方部221的上部与上侧球轴承241之间。通过设置轴环25，能够防止尘埃或者水进入上侧球轴承241以及下侧球轴承242内。

在风力发电装置10中，图2所示的尾翼主体131整体被支承为相对于摆动支承部132以及主体部12能够以摆动轴线J3为中心摆动。若在微风时风向急剧变化，则尾翼主体131朝向从风力发电装置10的前方观察时的左右方向，即与图2的纸面垂直的方向摆动。

图7为从上方沿摆动轴线J3观察到的尾翼支承部21以及摆动支承部132的俯视图。如图4以及图7所示，在主体固定部22的前方部222的背面的上部设置有为树脂部件的接触部32。在图7中，对接触部32标记平行斜线。尾翼支承部21具有由金属制成的接触部31。接触部31为与摆动轴线J3垂直的板状。以下，将接触部31称作“第一接触部31”。将接触部32称作“第二接触部32”。如图7所示，第一接触部31的缘部具有三个直线部311～313。

如上所述，由于图4所示的尾翼支承部21以及摆动支承部132在与轴中心轴线J1垂直的面内相对于重力方向倾斜，因此，在无风时，如图3所示，由于尾翼部13的自重，在俯视观察时，尾翼主体131相对于轴中心轴线J1倾斜。更为详细地说，尾翼主体131从如下方向朝向支承轴分离方向倾斜，该方向为从主体部12与轴中心轴线J1平行地朝向后方的方向。在无风时，由于图7所示的第一接触部31的图7中的左侧的直线部311与第二接触部32接触，因此如图3所示，以尾翼主体131与摆动支承部132之间的连接位置为中心，尾翼主体131的中央相对于轴中心轴线J1的倾斜角θ1为20度。

图8是表示微风时的风力发电装置10的示意图。在沿图8中的实线箭头所示方向产生气流的情况下，由于支承中心轴线J2与轴中心轴线J1分离，因此风车部11以及主体部12因风而受到顺时针方向的力，但是风车部11以及主体部12由摆动轴线J3的倾斜以及作用于尾翼主体131的重力也受到顺时针方向的力。其结果是，风车部11以及主体部12以轴中心轴线J1大致沿着气流的方式朝向上风。在风车部11以适当的速度旋转的状态下，如图9所示，第一接触部31的位于图9的中央的直线部312与摆动支承部132的前方部大致平行。另外，在本实施方式中，若风速大致为3m/s以上，则风车部11的叶片111旋转，从而尾翼主体131开始摆动。

然而，如图8中的虚线箭头所述，在风向一时变化的情况下，如双点划线所示的那样，尾翼部13以摆动支承部132为中心旋转而朝向沿气流的方向。其结果是，抑制了风车部11以及主体部12的摆动。如此一来，在风力发电装置10中，尾翼部13伴随在微风时风向的急剧变化而大幅度摆动，由此，能够防止风车部11以及主体部12的朝向频繁地变化。由此，能够抑制发电效率下降。

图10是表示强风时的风力发电装置10的示意图。如上所述，在俯视观察时，由于风车部11以及主体部12的重心从支承中心轴线J2偏离，因此，在强风时，风车部11以及主体部12借助气流而从图8所示的状态以支承中心轴线J2为中心朝向图8中的顺时针方向大幅旋转。尾翼部13与气流大致平行地延伸。其结果是，尾翼部13从如下方向朝向与箭头91所示的支承轴分离方向相反的方向大幅度倾斜，该方向为相对于主体部12与轴中心轴线J1平行地朝向后方的方向。

在风力发电装置10中，通过风车部11旋转，能够将气流中的与叶片111的主面垂直的分量减小，从而能够防止由于叶片111过度高速旋转或者从正面强烈地受风而导致对叶片111的根部施加较大的负荷。其结果是，能够防止风车部11损伤。

如图11所示，在强风时，由于第一接触部31的位于图11中的右侧的直线部313与第二接触部32接触，因此，在俯视观察时，以图10所示的尾翼主体131与摆动支承部132之间的连接位置为中心，尾翼主体131的中央相对于轴中心轴线J1的倾斜角θ2为60度。由此，与无风时相比，风车部11朝向与支承轴分离方向相反的方向大幅度倾斜。另外，在以下说明中，“强风时”指的是如图10所示，尾翼主体131充分摆动的程度的气流状态。

如图7以及图11所示，在风力发电装置10中，在无风时和在强风时，通过第一接触部31与第二接触部32相互接触，能够容易地确定在无风时和强风时尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角。

如以上说明，在风力发电装置10中，由于在无风时尾翼部13相对于主体部12朝向支承轴分离方向倾斜，因此在微风时，尾翼部13大致沿轴中心轴线J1延伸。即使在微风时风向急剧变化，尾翼部13也会根据风向而朝向轴中心轴线J1的左右方向摆动，由此，能够防止风车部11以及主体部12频繁地大幅度旋转。其结果是，能够使风车部11的叶片111高效地旋转。

由于通过摆动支承部132实现了尾翼主体131能够摆动的结构，因此在无风时和强风时变更尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角时，也不必变更主体部12的设计。并且，通过变更第一接触部31的直线部的倾斜度，能够容易地变更在无风和强风时尾翼主体131的倾斜角。

通过利用重力能够利用简单的结构在无风时使尾翼主体131倾斜。其结果是，能够低成本地制造风力发电装置10。通过摆动支承部132的第二接触部32由树脂材料形成，能够降低第二接触部32与尾翼支承部21的第一接触部31接触时的噪音。

由于在强风时，将风车部11从上风方向以支承中心轴线J2为中心旋转的角度控制在不足90度，因此能够使叶片111旋转从而进行发电。在俯视观察时，优选强风时的尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角为30度以上，以使主体部12相对于气流充分地倾斜，并且优选强风时尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角为80度以下，以在强风时使叶片111旋转。由于尾翼主体131的倾斜角在上述范围内，因此即使在风速为15m/s左右的情况下，也能够进行发电。更加优选所述倾斜角为45度以上65度以下。

在俯视观察时，优选在无风时尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角为5度以上，以使微风时摆动支承部132的第二接触部32与尾翼支承部21的第一接触部31充分地分离，并且优选在无风时尾翼主体131相对于轴中心轴线J1的倾斜角为30度以下，以使在微风时尾翼部13大致沿着轴中心轴线J1方向。由于在微风时尾翼主体131的倾斜角在上述范围内，因此能够使尾翼主体131适当地沿着气流。更加优选上述倾斜角为10度以上25度以下。

在风力发电装置10中，图3所示的支承中心轴线J2也可在从风力发电装置10的前方观察时向轴中心轴线J1的左方分离地配置。也就是说，支承轴分离方向也可为从风力发电装置10的前方观察时的左方。当然在这种情况下，摆动支承部132呈与图4左右反转的形状，微风时以及强风时的尾翼主体131的倾斜也呈左右反转的状态。

图12是表示尾翼部13的其他例子的图。相比于图2所示的尾翼部13，尾翼部13还具有为螺旋弹簧的弹性部件41、油压式或者空压式的阻尼器42。但是，虽未图示，但是摆动轴线J3不必倾斜。弹性部件41的一个端部固定于尾翼主体131的尾翼支承部21，弹性部件41的另一端部固定于摆动支承部132。阻尼器42设置在尾翼支承部21与摆动支承部132之间。尾翼部13的其他结构与图2相同。在无风时，与图3一样，尾翼主体131随着朝向后方而向支承轴分离方向倾斜。

图13是表示强风时的尾翼部13的图。当产生气流时，风车部11以及主体部12从图12所示的状态顺时针旋转。而由于风力，尾翼主体131以摆动轴线J3为中心相对于主体部12向逆时针方向相对地旋转。其结果是，如图13所示，弹性部件41弯曲，向尾翼主体131作用将尾翼主体131朝向无风时的位置，即图12所示的尾翼主体131的位置按压的弹性力。在微风时，与图8一样，风车部11以及主体部12朝向上风，尾翼主体131从主体部12朝向大致后方笔直地延伸。

如此一来，在尾翼部13中，通过利用弹性部件41从强风时的尾翼主体131的位置向朝向无风时的尾翼主体131的位置的方向作用弹性力，与图2的尾翼部13的情况一样，能够在微风时高效地发电，在强风时也能够发电。并且，通过设置阻尼器42，能够防止由于弹性部件41的弹性力而导致尾翼主体131过度振动。

图14是表示尾翼部13的另一其他例子的图。在图14中，表示在无风时的尾翼部13的状态。在尾翼部13中，取代摆动支承部而在尾翼主体131与主体部12之间设置弹性支承部43。尾翼主体131被弹性支承部43支承。当受到气流时，主体部12向顺时针方向旋转。与图13的弹性部件41一样，通过弹性支承部43的弹性变形，尾翼主体131从无风时的位置朝向双点划线所示的强风时的位置向图14的右侧相对地移动。即使在图14所示的情况下，由于弹性支承部43弯曲，也从强风时的尾翼主体131的位置向朝向无风时的尾翼主体131的位置的方向作用弹性力，因此能够实现通过抑制微风时的主体部12的摆动而提高发电效率。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种变更。例如，在上述实施方式中，第一接触部31由树脂材料形成，但是第一接触部31也可由衬垫或者弹簧等其他缓冲材料形成。第二接触部32也可由各种缓冲材料形成。通过第一接触部31以及第二接触部32中的至少一方由缓冲材料形成，能够降低第一接触部31以及第二接触部32接触时的噪音。

弹性部件41也可利用板簧等其他弹簧部件或者橡胶。弹性支承部43也一样。

在尾翼部13中，也可使上侧球轴承241以及下侧球轴承242保持于摆动支承部132的主体固定部22。在这种情况下，通过上侧球轴承241以及下侧球轴承242位于笔直朝向前方延伸的尾翼支承部21的上方以及下方，并且轴23被插入至尾翼支承部21的贯通孔内，轴23以及尾翼支承部21被上侧球轴承241以及下侧球轴承242支承为能够旋转。尾翼部13也可通过其他各种方法被支承为能够摆动。

只要能够防止尾翼主体131振动，在图12所示的尾翼部13可以利用各种结构的阻尼器。也可在图14所示的尾翼部13设置阻尼器。在上述实施方式中，也可在尾翼主体131中只有尾翼134摆动。也可从连接部133中途进行摆动。在这些情况下，摆动的部位为尾翼主体，不摆动的部位为摆动支承部的一部分。在风力发电装置10中，也可将发电机122整体容纳在外罩123内。

上述实施方式以及各变形例中的结构只要不产生矛盾即可进行适当组合。

本发明能够作为利用风力进行发电的风力发电装置利用。

标号说明

10 风力发电装置

11 风车部

12 主体部

13 尾翼部

31 第一接触部

32 第二接触部

41 弹性部件

42 阻尼器

43 弹性支承部

91 支承轴分离方向

111 叶片

121 风车轴

122 发电机

124 主体支承部

131 尾翼主体

132 摆动支承部

θ1、θ2 倾斜角

J1 轴中心轴线

J2 支承中心轴线

J3 摆动轴线

Claims (9)

1.一种风力发电装置，其包括：

风车轴，其沿前后方向延伸；

风车部，其设置在所述风车轴的前方端，并且具有相对于所述风车轴朝向径向外侧延伸的多个叶片；

主体部，其具有借助于所述风车轴的旋转而生成电力的发电机；

主体支承部，其将所述主体部支承为能够以朝向上下方向的支承中心轴线为中心旋转；以及

尾翼部，其相对于所述主体部配置在后方，并且相对于所述主体部能够朝向左右方向摆动，

所述支承中心轴线从作为所述风车轴的旋转轴线的轴中心轴线朝向支承轴分离方向分离地配置，

所述支承轴分离方向为从前方观察时的右方或者左方，

在无风时，所述尾翼部从如下方向朝向所述支承轴分离方向倾斜，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向，在强风时，所述尾翼部从如下方向朝向与所述支承轴分离方向相反的方向倾斜且倾斜得比所述无风时大，该方向为从所述主体部与所述轴中心轴线平行地朝向后方的方向。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述尾翼部包括：

尾翼主体；以及

摆动支承部，其安装于所述主体部并且将所述尾翼主体支承为能够摆动；

所述摆动支承部的摆动轴线随着朝向上方而朝向所述支承轴分离方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其中，

在所述无风时以及在所述强风时，通过所述尾翼主体的接触部与所述摆动支承部的接触部的相互接触，在所述无风时以及在所述强风时的所述尾翼主体相对于所述轴中心轴线的倾斜角被确定。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其中，

所述尾翼主体的所述接触部与所述摆动支承部的所述接触部中的至少一方由缓冲材料形成。

5.根据权利要求3或4所述的风力发电装置，其中，

在俯视观察时，在强风时，所述尾翼主体相对于所述轴中心轴线的倾斜角为30度以上80度以下。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的风力发电装置，其中，

在俯视观察时，在无风时，所述尾翼主体相对于所述轴中心轴线的倾斜角为5度以上30度以下。

7.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述尾翼部包括：

尾翼主体；

摆动支承部，其安装于所述主体部，并且将所述尾翼主体支承为能够朝向左右方向摆动；以及

弹性部件，其从强风时的所述尾翼主体的位置朝向无风时的所述尾翼主体的位置按压所述尾翼主体。

8.根据权利要求7所述的风力发电装置，其中，

所述尾翼部还具有设置在所述尾翼主体与所述摆动支承部之间的阻尼器。

9.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述尾翼部包括：

尾翼主体；以及

弹性支承部，其设置在所述主体部与所述尾翼主体之间，并且支承所述尾翼主体，

通过所述弹性支承部的弹性变形，所述尾翼主体从无风时的位置朝向强风时的位置移动。

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