CN104234930A - 一种挡风装置及方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挡风装置及应用，本发明通过采用挡风物体的方法，可以有效地解决垂直轴风机或风力发电机空气动力制动系统的问题，同时，也可以解决风力过大时的强风保护问题，当风速过大时，挡风物体可以将风轮全部保护起来，由于挡风物体可以可以设计成曲面形状，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，因此，当遇到超强风时，可以有效地保护风机。

Description

一种挡风装置及方法及应用

技术领域

[0001] 本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。

背景技术

[0002] 《科技日报》最近刊发《高效利用近海风能发电——美国重新评估竖轴风力发电机系统》（作者：该报驻美国记者 毛黎），文章主要内容摘录如下：

“在人们大力推广陆基水平轴风力发电机（HAWTs）系统的今天，美国能源部桑迪亚国家实验室风能研究人员则开始重新评估垂直轴风力发电机（VAWTs），目的是解决困扰利用近海微风发电中的难题。事实上，无论是桑迪亚国家实验室还是其他研究机构，在人们开始研究风力的时候，竖轴风力发电机就是关注的对象。

垂直轴风力发电机存在着三方面的优势，它们分别是发电机设备的重心低、构造相对简单、更容易向大尺寸发展。研究人员认为，垂直轴风力发电机重心较低意味着能够改善在海上漂浮的稳定性和降低重心疲劳负荷。此外，垂直轴风力发电机的动力传动系统接近海平面，有望更容易维修并更快被利用。竖轴风力发电机部件更少且疲劳负荷低和维修容易降低了维护成本。     结构简单     桑迪亚国家实验室研究项目负责人之一乔希·帕奎特说，从机械简明性的角度看，垂直轴风力发电机十分可取。因为它们发电时不需要将叶片指向风向的控制系统，所以它们的部件要少于常见的横轴风力发电系统。     重重难题     首先，垂直轴风力发电机系统必须解决叶片附加给动力传动系统循环荷载的问题。当风力稳定时，横轴风力发电机扭矩也保持稳定。竖轴风力发电机则不同，因为每个叶片有两个扭矩和动力“脉冲”，这取决于叶片是处于逆风还是顺风的位置。这种扭矩波动的结果给叶片带来了不稳定的荷载，能导致动力传动系统出现疲劳。研究人员将评估新的转子设计，了解在保持转子成本较少增加的情况下，能否消除周期性扭矩“脉冲”的影响。     其次，另一个挑战则是制动系统。过去的垂直轴风力发电机设计没有空气动力制动系统，仅仅依靠机械制动系统，这种系统与用于横轴风力发电机的空气动力制动系统相比，不仅不易维护，而且可靠性较差。     横轴风力发电机利用具有自动防故障能力的坠落叶片，能够在1至2秒钟内停止转动，同时不会损坏发电机。巴罗内表示，新的竖轴风力发电机设计需要稳固、可靠和成本低的空气动力制动系统，同时，与横轴风力发电机一样也需备有机械制动系统。” 

当风速过大时，垂直轴风力发电机的制动问题，是长期以来没有得到很好解决的一个问题；另外，周期性扭矩“脉冲”的问题，也是急需解决的一个问题；本发明很好的解决了这两个问题。 

公告号为：CN 201486752 U，公告日是2010年05月26日，发明名称：“一种遮流式垂直轴风力发电机”，公开了一套风力发电机，它在叶片外侧加装遮流罩，挡住吹向轴向叶片的气流，使叶片回旋时不受逆时针方向的阻滞回旋的负推力，可以提高风能利用效率。其不足之处在于，当风力过大时，不能解决发电机的制动问题。

公告号为：CN 201982245 U，公告日是2011年09月21日，发明名称：“一种聚风装置”，公开了一种聚风装置，所述装置包括风导流面，偏航装置以及支撑装置，所述导流面安装在风机风轮的逆向风部位的前面；所述装置不仅可以挡住吹向轴向叶片的气流，使叶片回旋时不受逆时针方向的阻滞回旋的负推力，并同时可以将这部分气流导向风机叶片的顺时针方向，使得本来产生负推力的风转而产生了正向风力，可以更大的提高风能利用效率。然而，其不足之处也在于，当风力过大时，不能解决发电机的制动问题。

本发明通过将一挡风物体安装在风机风轮的正向风部位的前面，当风力过大时，用以阻挡吹向风轮并使风轮旋转做正功的风力气流，从而实现为垂直轴风力发电机制动或减速的。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足，解决垂直轴风力发电机当风速超过设计所需风速或超过工作风速时的制动系统的问题，当超过安全风速时的对风机的强风保护问题以及在超强风力时仍然可以正常工作问题；本发明的另一目的是解决消除周期性扭矩“脉冲”的影响问题，并同时提高垂直轴风机或风力发电机的效率。

本发明的目的是这样实现的：

一种挡风装置或一种应用挡风装置的垂直轴风机或风力发电机风轮或一种应用挡风装置的垂直轴风机或风力发电机，其特征是：在垂直轴风机或风力发电机风轮外面安装有挡风物体，其上具有一挡风面，所述挡风物体安装在支撑装置上，用以与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述挡风物体，还可以将气流引导顺挡风面流走或将气流引导向其它方向。

一种制动装置或强风保护装置，其特征在于，为一挡风物体，其上具有一挡风面，所述挡风物体安装在支撑装置上，用以与一垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电的，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；

在所述挡风装置或应用挡风装置的垂直轴风机或风力发电机上，安装有控制器，所述控制器，是用来控制所述挡风物体，其作用是：当风力或风速过大时，将所述挡风物体移动至所述侧面用于阻挡吹向对应的风轮叶片的气流或使气流改变流动方向绕过风轮叶片；或当风力不足时，将所述挡风物体移动至其他部位或改变挡风物体的方向，使得吹向对应的风轮叶片的气流毫无阻挡或可以将其他部位的气流引导吹向对应的风轮叶片使风轮做功效率增强或将所述挡风物体移动至风机风轮的逆向风部位的前面用于阻挡产生负推力的风；或所述控制器，是用来控制所述挡风物体的挡风部位或挡风面积的；或所述控制器，是用来控制所述挡风物体，无论风向如何变化，都可以使所述挡风物体位于所述侧面的对应部位而使该侧面被挡住或部分被挡住；

所述控制器，可以是尾舵，也可以是任意公知的偏航装置，无论风向如何变化，当风速超过设计要求时，都能使所述挡风物体位于所述侧面的前边，用来阻挡吹向风轮叶片的风力；当风速不足时，都能使所述挡风物体按控制器要求移动或转动到所需位置及方向。

所述控制器可以是包括风速或风压力测量仪，测量仪连接传感器，传感器连接电动控制仪，根据风速或风压力测量仪测出的风速或风压力，传感器将信息传递给电动控制仪，电动控制仪控制支撑装置，使风导流面1和/或挡风物体2按控制器要求移动或转动到所需位置及方向。

所述控制器，可以有多种型式，凡是能满足上述功能的控制器，都在本发明保护范围之内。

本发明所述制动装置或强风保护装置，是采用与现有技术完全不用的理念，通过设置挡风物体，使得吹向风机风轮的风被阻挡或被减少或被导流吹向其他部位绕过风轮叶片，从而实现对风机或风力发电机的制动或控制或加/减速的，因此，只要是能起到所述制动装置或强风保护装置作用的物体，无论任意形状或大小，均属于本发明保护范围。 

所述挡风物体，可以是任意形状，如平面型、曲面型等；所述挡风物体，是可以根据风速的不同而任意调节挡风面积或挡风部位的；或所述挡风物体，可以是一个或多个，当风速不同时，可以使用不同个数的挡风物体，用来调节挡风面积的；所述挡风物体，当风力或风速过大时，可以位于风轮叶片接收正向风部位的前面，用于阻挡正向风；当风力不足或过小时，可以位于风轮逆向风部位的前面，用于阻挡产生负向推力的逆向风；所述挡风物体，不仅可以用于阻挡正向风，而且还可以将所述正向风引流导走而不会产生破坏性推力或湍流；所述挡风物体与风轮轴心的距离应大于风轮叶片与风轮轴心的距离。

   所述支撑装置，是可以将所述挡风物体固定支撑并可以使所述挡风物体按需要移动的；或所述支撑装置，是可以将所述挡风物体稳定支撑并可以使所述挡风物体绕一个轴旋转的装置；所述轴可以是风轮叶片的中心轴；所述支撑装置，是可以安装在风机或风力发电机的塔杆上，也可以安装在另外的支撑物体上，如轨道支撑。

   在所述风机或风力发电机风轮的逆向风部位的前面，还安装导流面/罩；所述导流面可以将吹向风机或风力发电机风轮的逆向风以及风轮扫风面积之外的风导流至风轮做正功的部位，从而使气流的逆向推力转化为正向推力，提高风机或风力发电机效率；所述导流罩，是可以将所述逆向风阻挡的装置。所述导流面/罩，可以是任意形状；可以是曲面，也可以是平面。

本发明适用于任意类型的垂直轴风机或风力发电机，包括但不限于升力型和/或阻力型垂直轴风机或风力发电机。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用挡风物体的方法，可以有效地解决空气动力制动系统的问题，同时，也可以解决风力过大时的强风保护问题，当风速过大时，挡风物体可以将风轮全部保护起来，由于挡风物体可以可以设计成曲面形状，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，因此，当遇到超强风时，可以有效地保护风机；本发明还可以采用部分阻挡的方法，用以控制吹向风轮叶片的风力，因此，无论多大的强风，都可以控制到达风轮叶片的风量为一恒定值，因此，遇到超级强风时也可以正常发电，不用停机；本发明与风导流面/罩结合使用，可以产生意料不到的技术优势，由于消除了逆向风所产生的动力脉冲，因此，可以消除周期性扭矩“脉冲”的影响问题，还可以大大的提高风能利用效率，本发明通过大量的实验研究，找到了风导流面与风轮轴之间的连线与竖轴之间的最佳夹角角度，使风导流面能够最大限度的发挥效能。

四、附图说明

图1是本发明实施例一的一种结构原理正视图示意图；

图2是本发明实施例一的一种结构原理俯视图示意图；

图3是本发明实施例一的一种结构原理左视图示意图；

图4是本发明实施例一的一种结构原理正视图示意图；

图5是本发明实施例一的一种结构原理左视图示意图；

图6是本发明实施例一的一种结构原理正视图示意图；

图7是本发明实施例一的一种结构原理左视图示意图；

图8是本发明实施例一的一种结构原理正视图示意图；

图9是本发明实施例一的一种结构原理俯视图示意图；

图10是本发明实施例一的一种结构原理左视图示意图；

图11是本发明实施例二的一种结构原理俯视图示意图；

图12是本发明实施例三的一种结构原理俯视图示意图；

图13是本发明实施例三或四的一种结构原理俯视图示意图；

图14是本发明实施例四的一种结构原理俯视图示意图；

图15是本发明实施例五的一种结构原理俯视图示意图；

图16是本发明实施例五的另一种结构原理俯视图示意图；

图17是本发明实施例六的一种结构原理俯视图示意图；

图18是本发明实施例六的另一种结构原理俯视图示意图；

图19是本发明实施例七的一种结构原理俯视图示意图；

图20是本发明实施例八的一种结构原理正视图示意图；

图21是本发明实施例十的一种结构原理俯视图示意图；

图22是本发明实施例十的一种结构原理俯视图示意图；

图23是本发明实施例十一的一种结构原理俯视图示意图；

图24是本发明实施例十一的一种结构原理俯视图示意图；

图25是本发明实施例十二的一种结构原理俯视图示意图；

图26是本发明实施例十二的一种结构原理俯视图示意图；

图27是带有通气孔21的风导流面的左视图示意图；

图28是带有通气孔21的风导流面的俯视图示意图；

图29是带有通气孔21的风导流面的前视图示意图；

附图标志

1风导流面或导流罩   2挡风物体   3对风机风轮产生正向推力的正向风   4风叶支撑连杆   5风叶   6风机或风力发电机塔杆   7发电机   8支撑架圆环   9支撑轴   10挡风物体支撑轨道   11支撑装置或支撑装置连杆   12竖轴   13控制器或尾舵   13-1尾舵   14轴承或转动系统总成   15对风机风轮产生负向推力的逆向风或风轮扫风面积之外的风   16导流面/罩临近竖轴的边与风轮轴之间的连线与竖轴之间的夹角   17横轴   18挡风面与虚拟竖轴的夹角   19风顺流面   20活动连接机构   21通气孔

五、具体实施方式

实施例一：

如图1--3所示；图1是本发明之一种结构原理正视图示意图；标志1为风导流面，安装在风机风轮接收逆向风部位的前面，当风力不足时，风导流面不仅可以阻挡逆向风，而且

还可以将吹向风机或风力发电机风轮的逆向风以及风轮扫风面积之外的风导流至风轮做正功的部位，从而使气流的逆向推力转化为正向推力，提高风机或风力发电机效率；同时可以消除逆向风所产生的动力脉冲；本发明所述风导流面可以有多种变型，如曲率半径的变化或风导流面为平面等，凡是能起到上述作用的物体，都在本发明保护范围之内。标志2为挡风物体，当风速过大时，挡风物体可以将风轮保护起来，由于挡风物体可以设计成曲面形状，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，因此，当遇到超强风时，可以有效地保护风机；4为风叶支撑连杆；5为风叶；6为风机或风力发电机塔杆；7为发电机。图2是本发明之一种结构原理俯视图示意图；标志1为风导流面；2为挡风物体；3为对风机风轮产生正向推力的正向风；11支撑装置或为支撑装置连杆，是可以将风导流面1和/或

挡风物体2稳定支撑并可以是能满足1和/或2按控制器要求移动或转动的任意装置或任意公知装置。12为虚拟竖轴，平行于来风方向；16为导流面/罩临近竖轴的边与风轮轴之间的连线与竖轴之间的夹角；经多次试验验证，所述夹角16最佳角度为0—30°，优选的，所述夹角16最佳角度为8—28°，最优选的，所述夹角16最佳角度为20、21、22、23、24、25、26、27、28°以及各角度之间的连续区间值，根据具体情况确定；17为虚拟横轴，垂直于来风方向。图3是本发明之一种结构原理左视图示意图；标志1为风导流面曲面；2为挡风物体；4为风叶支撑连杆；5为风叶，所述风叶为升力型风叶；6为风机或风力发电机塔杆；7为发电机。为了使图形简化，图中省略了支撑装置，所述支撑装置是可以将风导流面1和/或挡风物体2稳定支撑并可以是能满足1和/或2按控制器要求移动或转动的任意装置或任意公知装置。当风速超过安全风速或超强时，各部件可以调控到图1--3所示这种位置，可以有效地保护风机。

如图2、4、5所示；图2是本发明之一种结构原理俯视图示意图；图4是本发明之一种结构原理正视图示意图；图5是本发明之一种结构原理左视图示意图；当风力不足时，通过控制器可以将挡风物体2移动位置到风轮叶片的下面，使风轮能够最有效的接收风力，并且，风导流面1可以将逆向风以及风轮扫风面积之外的风导流至风轮做正功的部位，经大量试验验证，在相同风速的情况下，可以提高输出功率90%以上。

如图2、6、7所示；图6是本发明之一种结构原理正视图示意图；图7是本发明之一种结构原理左视图示意图；当风速超过所需风速或超强时，通过控制器可以将挡风物体2按需要移动在不同的位置，例如移动到风轮高度的1/N高度，使挡风物体2挡住风轮的一部分面积，使风轮可以按需要接收到所需风量，使风机或风力发电机达到最佳输出功率。

如图8--10所示；图8是本发明之一种结构原理正视图示意图；图9是本发明之一种结构原理俯视图示意图；图10是本发明之一种结构原理左视图示意图；所示图是安装了支撑装置之一种的结构原理示意图；标志8为支撑架圆环，本实施例采用了两个支撑架圆环，分别位于1和/或2的上、下两端并与1和/或2连接，支撑架圆环与支撑装置连杆11连接，上面圆环与支撑轴9连接，支撑轴9上安装有轴承，使圆环可以绕支撑轴9旋转；下面圆环与轴承或转动系统总成14连接，轴承或转动系统总成14安装在风机塔杆上，支撑轴9与风机塔杆或风轮轴在同一轴线上；上、下圆环之间有挡风物体支撑轨道10连接，10可以向下延伸到下圆环的下面；挡风物体2可以安装在支撑轨道10内，并可以由控制器13调控，上、下移动位置；控制器13可以接收来风的信息，包括但不限于来风的风速及风向，并调控风导流面1或挡风物体2的方向及位置，使风导流面1可以总是对准来风方向，将风导流至风轮做正功的部位；挡风物体2可以随风速的不同而调整到轨道10的不同位置。在圆环8上，安装有尾舵13-1，所述尾舵用于控制方向，无论来风方向怎样变动，所述尾舵都能使风导流面或导流罩的最前端对准来风方向，将逆向风挡住或导流至风轮做正功的部位；或所述尾舵用于控制方向，无论来风方向怎样变动，所述尾舵都能使挡风物体2位于风轮接收正

向风部位的前面，当风速过大时，挡风物体可以将风轮保护起来，并使气流可以顺挡风面流走。

本发明定义本实施例所述挡风物体为A型，所述A型挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体安装位置可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体位置移动到风轮叶片的下面，使风轮完全不被阻挡。 

实施例二：

如图11所示；图11是本发明之一种结构原理俯视图示意图；正视图与左视图原理同实施例一；为实施例一变型之一种，挡风物体2采用了实施例一中的挡风物体2之缩小的面

积，所述挡风物体2也可以采用一个以上小面积的拼接而成，当不同风速时，采用不同的个数以控制挡风面积；本实施例原理与实施例一相同。正视图示意图和左视图示意图可参考图1和图3。

本发明定义本实施例所述挡风物体为B型，所述B型挡风物体为小曲面型或多个小曲面型组合，当不同风速时，采用不同的个数以控制挡风面积。

实施例三：

如图12、13所示；为实施例一变型之另一种，本实施例没有采用风导流面1，图11和图12是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；当风速过大时，通过控制器13将挡风物体2移动至图13所示位置，可以有效地减小正向风的风力；当风速不足时，将挡风物体2移动至图12所示位置，可以有效地阻挡逆向风产生的负作用力，图12所示位置的挡风物体，也可以成为导流罩。本实施例的正视图与左视图原理同实施例一，以下各实施例相同。本实施例中，简化了支撑装置的描述，所述支撑装置是可以将风导流面1和/或挡风物体2稳定支撑并可以是能满足1和/或2按控制器要求移动或转动的任意装置或任意公知装置，或可以绕风机轴转动的装置，以下实施例相同。

本发明定义本实施例所述挡风物体为C型，所述C型挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体移动到风轮接收逆向风部位的前面，可以有效地阻挡逆向风产生的负作用力。 

实施例四：

如图13、14所示；为实施例一变型之另一种，本实施例没有采用风导流面1，图13和图14是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；当风速过大时，通过控制器13将挡风物体2移动至图13所示位置，可以有效地减小正向风的风力；当风速不足时，通过控制器13可以将挡风物体2形状改变为图14所示，可以有效将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位，提高发电效率，所述挡风物体为可改变形状的物体，所述改变形状有多种方法及装置，例如：制作成软体材料、可折叠式结构、可充气式结构、形状记忆材料等，无论采取任何方法及装置，只要能达到本发明所述效果或功能，均在本发明保护范围之内。正视图与左视图原理同实施例一，以下实施例相同。

本发明定义本实施例所述挡风物体为D型，所述D型挡风物体为可变形曲面，当风速过大时，可变形至将风轮挡住，可以有效地减小正向风的风力；当风速不足时，可变形至向外倾斜，可以有效将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位。

实施例五：

如图15、16所示；为实施例一变型之另一种，本实施例挡风物体2采用平面式，所述挡风面与虚拟竖轴12有一夹角18，所述夹角18为锐角或钝角或0°；即夹角18不能为90°，也就是说，所述挡风面不能与风吹来的方向垂直。如果挡风面与风吹来的方向垂直，

当风速超高时，将会产生破坏性推力或湍流。图15和图16是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；当风速过大时，通过控制器13将挡风物体2转动至图15所示位置，可以有效地减小正向风的风力并将正向风顺挡风面流走；当风速不足时，通过控制器13可以将挡风物体2转动为图16所示位置，可以有效将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位，提高发电效率。11为支撑装置或支撑装置连杆，所述支撑装置是可以将挡风物体2稳定支撑并可以是能满足挡风物体2按控制器要求移动或转动的任意装置或任意公知装置。所述挡风物体2可以安装在风轮前面对应正向风的来风方向的任意位置。所述控制器13可以控制支撑装置，无论风向如何变换，都能使支撑装置绕轴转动，使挡风物体2位于风轮前面对应正向风的来风方向的任意位置。

本发明定义本实施例所述挡风物体为E型，所述E型挡风物体为平面型，所述挡风面与虚拟竖轴有一夹角，所述夹角为锐角或钝角或0°，当风速过大时，可以将挡风物体2转动方向至正向风部位，可以将正向风阻挡并将正向风顺挡风面流走；当风速不足时，可以将挡风物体2转动方向至正向风的另一部位，将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位，提高发电效率。 

实施例六：

如图17、18所示；为实施例一变型之另一种，本实施例挡风物体2采用双弧面式，图17和图18是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；当风速过大时，通过控制器13将挡风物体2转动至图17所示位置，可以有效地减小正向风的风力并将部分正向风顺挡风面导向逆向风部位；当风速不足时，通过控制器13可以将挡风物体2转动为图18所示位置，可以将逆向风，导流至正向风部位，提高发电效率。

本发明定义本实施例所述挡风物体为F型，所述F型挡风物体为双弧面型，当风速过大时，弧面朝向逆向风部位，将风导流至风轮逆向风部位，增加负推力；当风速不足时，弧面朝向正向风部位，将风导流至风轮正向风部位，增加正推力。

实施例七：

如图19所示；本实施例为另一种型式的风机或风力发电机，本实施例意在说明，任何型式的风轮，无论升力型或阻力型或升阻结合型，都适用于本发明，都在本发明保护范围之内。

实施例八：

如图20所示；本实施例为支撑装置之另一种型式，采用在风导流面或导流罩或挡风物体的外面使用立柱的型式，所述支撑装置11为两根或两根以上立柱中间连接支撑轴9将支撑架圆环8吊装，支撑轴9上安装有轴承14，通过控制器保持风导流面或导流罩或挡风物体转动到所需的位置和方向。另外，支撑装置，还可以采用轨道式支撑等公知支撑方式。所述本实施例意在说明，本发明可以有多种支撑装置，无论任何一种支撑装置，只要是可以将风导流面或导流罩1和/或挡风物体2稳定支撑并可以是能满足1和/或2按控制器要求移动或转动的任意装置或任意公知装置都在本发明保护范围之内。

实施例九：

所述挡风物体2也可以使用类似卷闸门式结构，当风速大时，挡风物体2可以展开，用于阻挡正向风气流，当风速低时挡风物体2可以卷住，收缩体积或面积，安装在支撑装置上。本发明定义本实施例所述挡风物体为G型。

本发明所述挡风装置或导流面适用于任何型式的垂直轴风机或风力发电机及其风轮，无论垂直轴风机或风力发电机及其风轮做任何型式的变化，凡是应用本装置原理所作出的任何变换型式，都在本发明保护范围之内。

本发明人经过大量的实验研究，找到了本发明人自己申请的另一项专利的最佳工作状态

及应用角度，公告号为：CN 201982245 U，公告日是2011年09月21日，发明名称：“一种聚风装置”，由于本发明须与上述专利结合使用才能达到最佳工作状态，且有多处相同特征，因此，本申请一并将“一种聚风装置”的改进专利写在了同一份申请文件中。

实施例十：

如图21、22所示；图21和图22是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；风导流面和挡风物体是同一个物体；如图22所示，当风速过大时，通过控制器将挡风物体1转动至与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述支撑装置，是可以将挡风物体稳定支撑并可以是能满足所述挡风物体移动或绕轴转动的任意装置或任意公知装置；所述挡风装置连接有控制器；所述控制器，可以是尾舵、舵轮、电子或电动偏航装置或任意公知风力发电用偏航装置；所述控制器，可以根据风力的大小或方向将导流面转动角度，用来控制挡住风轮的部位或面积；当风速非常大时，挡住的面积大，当风速略小时，挡住的面积小，这样就能控制到达风轮的风量相对平衡，无论多大的风，都可以正常发电，不用停机。解决了长期以来，风大时必须停机的难题。在需要检修必须停机时，可以将全部风轮挡住，并将风导流至风轮以外的区域，大大的降低了停机检修的费用。

如图21所示，当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体1转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风15挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位，提高发电效率。风导流面为凸型曲面或平面。

本发明定义本实施例所述挡风物体为H型，所述H型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位。

如图27-29所示；图27是带有通气孔21的风导流面的左视图示意图；图28是带有通气孔21的风导流面的俯视图示意图；图29是带有通气孔21的风导流面的前视图示意图；

在风导流面上还可以有通气孔21，所述通气孔有类似于百叶窗一样的结构，其作用是，当风从风导流面的正面流过时可以不受影响，如图21所示，逆向风15可以顺利的流至风轮做正功的部位，提高发电效率；如图28所示，假如当逆向风15从风导流面的背面吹来时，可以穿过导流面使风从背面流向导流面的正面，如此，当风从风导流面的背面吹来时，一方面可以减小风对导流面的压力，另一方面，也可以增加吹向风机做正功的风量，还可以消除风的湍流。本发明任意一个实施例中的风导流面都可以带通气孔。 

本发明定义本实施例所述挡风物体为I型，所述I型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在所述风导流面上有通气孔。

实施例十一：

如图23、24所示；图23和图24是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；风导流面和挡风物体是同一个物体；挡风物体1-1或/和1-2是由可折叠或可互相移动的两个或两个以上部分组成；1-1或/和1-2由活动连接机构20连接；活动连接机构20连接一导流面控制器，所述导流面控制器是可以控制1-1或/和1-2之间的相互移动。如图24所示，当风速过大时，通过控制器将挡风物体1转动或移动至与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮

叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述支撑装置，是可以将挡风物体稳定支撑并可以是能满足所述挡风物体移动或绕轴转动的任意装置或任意公知装置；所述挡风装置连接有控制器；所述控制器，可以是尾舵、舵轮、电子或电动偏航装置或任意公知风力发电用偏航装置。图23所示，当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体1转动或移动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风15挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位，提高发电效率。所述导流面控制器与控制器可以是同一个，也可以是分开的。

本发明定义本实施例所述挡风物体为J型，所述J型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；挡风物体是由可折叠或可互相移动的两个或两个以上部分组成；两个或两个以上部分由活动连接机构连接；活动连接机构连接控制器，当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位。

实施例十二：

如图25、26所示；图25和图26是本发明在不同风速时的结构原理俯视图示意图；风导流面和挡风物体是同一个物体；实施例十二为实施例十变型之另一种，区别特征在于风导流面或挡风物体还连接有顺流面19，所述顺流面19的作用是可以将吹向风导流面背面的风顺流导走，可以有效地降低背面风的偏转力矩，降低导流面的震动。

本发明定义本实施例所述挡风物体为K型，所述K型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在风导流面或挡风物体上还连接有顺流面。

所述挡风物体与来风方向的挡风角度范围可以是0—90度和/或330—360度。所述挡风物体可以是平行于风叶主轴安装的。

Claims (10)

1.一种挡风装置，其特征是：在垂直轴风机或风力发电机风轮外面安装有挡风物体，其上具有一挡风面，所述挡风物体安装在支撑装置上，用以与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做正功，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述支撑装置，是可以将挡风物体稳定支撑并可以是能满足所述挡风物体移动或绕轴转动的任意装置或任意公知装置；所述挡风装置或支撑装置连接有控制器。

2.根据权利要求1所述一种挡风装置，其特征是，在所述装置上安装有风导流面，所述风导流面，可以将吹向风轮的逆向风导流到正向风部位；所述风导流面安装在支撑装置上，并与控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述一种挡风装置，其特征是，风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；其安装方式是可以将气流引导顺挡风面流走或将气流引导向其它方向；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；所述控制器，可以是尾舵、舵轮、电子或电动偏航装置或任意公知风力发电用偏航装置。

4.根据权利要求1或2所述一种挡风装置，其特征是，所述风导流面或挡风物体上有通气孔或风顺流面。

5.根据权利要求1或2所述一种挡风装置，其特征是，所述挡风物体是A型或B型或C型或D型或E型或F型或G型或H型或I型或J型或K型；

所述A型：挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体安装位置可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体位置移动到风轮叶片的下面，使风轮完全暴露在气流之中； 

所述B型：挡风物体为小曲面型或多个小曲面型组合，当不同风速时，采用不同的个数以控制挡风面积；

所述C型：挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体移动到风轮接收逆向风部位的前面，阻挡逆向风产生的负作用力； 

所述D型：挡风物体为可变形曲面，当风速过大时，可变形至将风轮挡住，可以有效地减小正向风的风力；当风速不足时，可变形至向外倾斜，可以有效将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位；

所述E型：挡风物体为平面型，所述挡风面与虚拟竖轴有一夹角，所述夹角为锐角或钝角或0°，当风速过大时，可以将挡风物体转动方向至正向风部位，可以将正向风阻挡并将正向风顺挡风面流走；当风速不足时，可以将挡风物体转动方向至正向风的另一部位，将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位； 

所述F型：挡风物体为双弧面型，当风速过大时，弧面朝向逆向风部位，将风导流至风轮逆向风部位，增加负推力；当风速不足时，弧面朝向正向风部位，将风导流至风轮正向风部位，增加正推力；

所述G型：挡风物体为类似卷闸门式结构，当风速大时，挡风物体可以展开，用于阻挡正向风气流，当风速低时挡风物体可以卷住，收缩体积或面积，安装在支撑装置上；

所述H型:风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住

并将逆向风导流至风轮做正功的部位；

所述I型：风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在所述风导流面上有通气孔；

所述J型：风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；挡风物体是由可折叠或可互相移动的两个或两个以上部分组成；两个或两个以上部分由活动连接机构连接；活动连接机构连接控制器，当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；

所述K型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在风导流面或挡风物体上还连接有顺流面。

6.一种挡风装置的制作或应用方法，其特征是：在垂直轴风机或风力发电机风轮外面安装有挡风物体，其上具有一挡风面，所述挡风物体安装在支撑装置上，用以与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电，

所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述支撑装置，是可以将挡风物体稳定支撑并可以是能满足所述挡风物体移动或绕轴转动的任意装置或任意公知装置；所述挡风装

置或支撑装置连接有控制器；所述挡风物体，当风速过大时，挡风物体可以移动到风轮接收正向风的前面，将风轮挡住或将气流引导顺挡风面流走或将气流引导向其它方向；当风力不足时，通过控制器可以将挡风物体移动方向或位置，使风叶能够最大限度的接收风能或将吹向风轮的逆向风导流到正向风部位；所述控制器，在任意风向变换时，都能使挡风物体挡住所述侧面或按需要移开。

7.根据权利要求6所述一种挡风装置的制作或应用方法，其特征是，在所述装置上还安装有风导流面，所述风导流面，安装在支撑装置上，并与控制器连接；风导流面不仅可以阻挡逆向风，而且还可以将吹向风机或风力发电机风轮的逆向风以及风轮扫风面积之外的风导流至风轮做正功的部位，从而使气流的逆向推力转化为正向推力。

8.根据权利要求6所述一种挡风装置的制作或应用方法，其特征是，所述挡风物体是A型或B型或C型或D型或E型或F型或G型或H型或I型或J型或K型；

所述A型：挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体安装位置可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体位置移动到风轮叶片的下面，使风轮完全暴露在气流之中； 

所述B型：挡风物体为小曲面型或多个小曲面型组合，当不同风速时，采用不同的个数以控制挡风面积；

所述C型：挡风物体为曲面型，当风速过大时，挡风物体可以将风轮挡住或部分挡住起来，气流可以顺曲面流走，不会产生正面的风压或破坏性的风力，当风速不足时，可以将挡风物体移动到风轮接收逆向风部位的前面，阻挡逆向风产生的负作用力； 

所述D型：挡风物体为可变形曲面，当风速过大时，可变形至将风轮挡住，可以有效地减小正向风的风力；当风速不足时，可变形至向外倾斜，可以有效将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位；

所述E型：挡风物体为平面型，所述挡风面与虚拟竖轴有一夹角，所述夹角为锐角或钝角或0°，当风速过大时，可以将挡风物体转动方向至正向风部位，可以将正向风阻挡并

将正向风顺挡风面流走；当风速不足时，可以将挡风物体转动方向至正向风的另一部位，将吹向风机风轮之外的风，导流至正向风部位； 

所述F型：挡风物体为双弧面型，当风速过大时，弧面朝向逆向风部位，将风导流至风轮逆向风部位，增加负推力；当风速不足时，弧面朝向正向风部位，将风导流至风轮正向风部位，增加正推力；

所述G型：挡风物体为类似卷闸门式结构，当风速大时，挡风物体可以展开，用于阻挡正向风气流，当风速低时挡风物体可以卷住，收缩体积或面积，安装在支撑装置上；

所述H型:风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；

所述I型：风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在所述风导流面上有通气孔；

所述J型：风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；挡风物体是由可折叠或可互相移动的两个或两个以上部分组成；两个或两个以上部分由活动连接机构连接；活动连接机构连接控制器，当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；

所述K型风导流面和挡风物体是同一个物体；可以是曲面或平面；当风速过大时，通过控制器将挡风物体移动至挡住风轮正向风的部位或挡住风轮一部分正向风的部位；当风速不足时，通过控制器可以将挡风物体转动至风轮的前面对应于逆向风的部位，将逆向风挡住并将逆向风导流至风轮做正功的部位；在风导流面或挡风物体上还连接有顺流面。

9.一种聚风装置，其特征是，所述装置安装有风导流面，所述风导流面，安装在支撑装置上，并与控制器连接；所述风导流面安装在垂直轴风机或风力发电机风轮接收逆向风部位的前面；所述支撑装置是可以使聚风装置稳定的绕一个轴旋转，并使整个装置稳定或固定的装置；所述控制器，是可以使无论风向如何变换，都能控制所述风导流面位于逆向风部位前面的装置；所述导流面临近竖轴的边与风轮轴之间的连线与竖轴之间的夹角为0—30°。

10.一种应用挡风装置的垂直轴风机或风力发电机，其特征是：在垂直轴风机或风力发电机风轮外面安装有挡风物体，其上具有一挡风面，所述挡风物体安装在支撑装置上，用以与垂直轴风机或风力发电机中的风轮的一个侧面对应，所述侧面为所述风轮在使用中迎风面的一部分，所述该部分迎风面对应的风轮叶片由于来风气流的作用使得风轮旋转做功并带动发电机发电，所述挡风物体，使得所述侧面被挡住或部分被挡住；所述支撑装置，是可以

将挡风物体稳定支撑并可以是能满足所述挡风物体移动或绕轴转动的任意装置或任意公知装置；所述挡风装置连接有控制器。