CN107762734A - 一种风能发电装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风能发电装置及系统，其中，该风能发电装置包括：导风机构、风动转换机构和发电机；风动转换机构的输出轴与发电机的输入轴连接；导风机构，用于将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构；风动转换机构，用于将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过动能带动发电机发电。本发明提供的风能发电装置及系统，利用导风机构将风力从高处引导至低处的风动转换机构，该风动转换机构则将风能转换为动能以驱动发电机发电，整体重量集中在低处，无需建设高塔，无需采用专用发电机，也无需高质量的风轮，建设成本低，整体重量轻，维护简单，实用性更佳。

Description

一种风能发电装置及系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及一种风能发电装置及系统。

背景技术

传统风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机提升旋转的速度来促使发电机发电。现有风力发电机归纳起来可分为如下两类：一是水平轴风力发电机，其风轮的旋转轴与风向平行；二是垂直轴风力发电机，其风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。无论是哪一种，其所需要的主体装置均包括风轮、发电机和高塔三大部分。

其中，风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由多只螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向叶轮时，叶轮将产生气动力以驱动风轮转动。另外，高塔是支承风轮和发电机的构架。为了获得较大的和较均匀的风力，上述高塔一般修建得比较高，且高塔的高度视地面障碍物对风速的影响情况、以及风轮的直径大小决定，一般在几米至几十米的范围内。

发明人在研究中发现，相关技术中风力发电机的高塔由于高度高、重量大，从而使得建设成本和运输成本均较高，且高塔较高的建设高度对发电机以及风轮的要求较高，一定程度上又增加了人力和物力成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风能发电装置及系统，能够避免将高重量部件安装在高塔上，整体重量较轻，且人力和物力成本均较低。

第一方面，本发明提供了一种风能发电装置，包括：导风机构、风动转换机构和发电机；所述风动转换机构的输出轴与所述发电机的输入轴连接；

所述导风机构，用于将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构；

所述风动转换机构，用于将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过所述动能带动所述发电机发电。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述导风机构包括直管部件和第一弯管部件；所述第一弯管部件包括第一进风口、第一出风口、以及设置于所述第一进风口和所述第一出风口之间的第一连接件；所述直管部件包括第二进风口、第二出风口、以及设置于所述第二进风口和所述第二出风口之间的第二连接件；

所述第一弯管部件的所述第一进风口，用于将较高位置处的风依次通过所述第一连接件、所述第一出风口、所述直管部件的所述第二进风口、所述第二连接件和所述第二出风口导入较低位置处的所述风动转换机构。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括旋转机构；所述旋转机构设置于所述第一弯管部件的所述第一出风口和所述直管部件的所述第二进风口之间；

所述旋转机构，用于根据自身的旋转带动所述第一弯管部件旋转以调整所述第一进风口的进风方向。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括尾舵；所述尾舵安装在所述旋转机构上；

所述尾舵，用于调整所述旋转机构的旋转方向。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一进风口具有集风部件；所述第一连接件的内壁设置有泄风部件；

所述集风部件，用于收集较高位置处的风；

所述泄风部件包括百叶窗和弹簧件；所述百叶窗，用于在所述集风部件收集的风过量时打开以进行泄风，所述弹簧件，用于在所述集风部件收集的风不足时为所述百叶窗始终提供一个趋向闭合的回复力。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述风动转换机构包括所述输出轴和风筒部件；

所述风筒部件为多个，多个风筒部件周向均匀设置在所述第二出风口。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所有风筒部件的出风方向顺时针或者逆时针同向设置。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述导风机构包括第一弯管部件、第二弯管部件、以及设置于所述第一弯管部件和所述第二弯管部件之间的直管部件；所述第一弯管部件包括第一进风口、第一出风口、以及设置于所述第一进风口和所述第一出风口之间的第一连接件；所述直管部件包括第二进风口、第二出风口、以及设置于所述第二进风口和所述第二出风口之间的第二连接件；所述第二弯管部件包括第三进风口、第三出风口、以及设置于所述第三进风口和所述第三出风口之间的第三连接件；

所述第一弯管部件的所述第一进风口，用于将较高位置处的风依次通过所述第一连接件、所述第一出风口、所述直管部件的所述第二进风口、所述第二连接件、所述第二出风口、以及所述第二弯管部件的所述第三进风口、所述第三连接件、所述第三出风口导入较低位置处的所述风动转换机构。

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第七种可能的实施方式中任一项可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括支撑机构；

所述支撑机构，用于支撑所述风能发电装置。

第二方面，本发明还提供了一种风能发电系统，包括第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第八种可能的实施方式中的任一项可能的实施方式所述的风能发电装置，还包括蓄电池；

所述蓄电池，用于将所述风能发电装置产生的电能蓄电。

本发明提供的风能发电装置，包括导风机构、风动转换机构和发电机；风动转换机构的输出轴与发电机的输入轴连接；导风机构将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构；风动转换机构将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过动能带动发电机发电。本发明提供的风能发电装置及系统，利用导风机构将风力从高处引导至低处的风动转换机构，该风动转换机构则将风能转换为动能以驱动发电机发电，整体重量集中在低处，无需建设高塔，无需采用专用发电机，也无需高质量的风轮，建设成本低，整体重量轻，维护简单，实用性更佳。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例一所提供的一种风能发电装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例二所提供的一种风能发电装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例二所提供的一种风能发电装置中风筒部件的截面结构示意图；

图4示出了本发明实施例三所提供的一种风能发电装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

11、导风机构；22、风动转换机构；33、发电机；44、旋转机构；55、尾舵；66、支撑机构；111、直管部件；112、第一弯管部件；113、第二弯管部件；221、风筒部件；1111、第二进风口；1112、第二连接件；1113、第二出风口；1121、第一进风口；1122、第一连接件；1123、第一出风口；1124、泄风部件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到相关技术中风力发电机的高塔由于高度高、重量大，从而使得建设成本和运输成本均较高，且高塔较高的建设高度对发电机以及风轮的要求较高，一定程度上又增加了人力和物力成本。基于此，本发明提供了一种风能发电装置及系统，下面通过几个实施例做详细的说明。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的风能发电装置的结构示意图。

本发明实施例提供了一种风能发电装置，该风能发电装置包括导风机构11、风动转换机构22和发电机33；风动转换机构22的输出轴与发电机33的输入轴连接；

导风机构11，用于将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构22；

风动转换机构22，用于将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过动能带动发电机33发电。

本发明提供的风能发电装置，与相关技术中的风力发电机建设成本和运输成本均较高相比，其利用导风机构11将风力从高处引导至低处的风动转换机构22，该风动转换机构22则将风能转换为动能以驱动发电机33发电，整体重量集中在低处，无需建设高塔，无需采用专用发电机，也无需高质量的风轮，建设成本低，整体重量轻，维护简单，实用性更佳。

考虑到本发明实施例提供的风能发电装置的具体应用场景，上述导风机构11、风动转换机构22和发电机33的高度依次降低，其中，如图1所示，发电机33优选的安装在地面上。通过导风机构11将风力导入到下方的风动转换机构22以便于该风动转换机构22能将收集的风能转换为动能驱动发电机33发电。

其中，上述导风机构11可以根据不同用户的需求建设不同的高度，高度可以在几米至几十米之间的范围。另外，该导风机构11可采用混凝土、金属、有机材质、帆布等等材质进行建造。

进一步的，本发明实施例中的导风机构11包括直管部件111和第一弯管部件112，其中，第一弯管部件112包括第一进风口1121、第一出风口1123、以及设置于第一进风口1121和第一出风口1123之间的第一连接件1122，直管部件111包括第二进风口1111、第二出风口1113、以及设置于第二进风口1111和第二出风口1113之间的第二连接件1112。本发明实施例通过第一弯管部件112收集较高位置的风，再通过直管部件111将收集的风导入至较低位置处的风动转换装置，能够将较高位置处的风最大可能的导入至风动转换装置进行风动转换。

其中，上述第一弯管部件112采用上宽下窄的喇叭形结构，也即，上述第一进风口1121的直径大于第一连接件1122的直径，该第一连接件1122的直径大于第一出风口1123的直径，且上述第一连接件1122的直径沿着第一进风口1121至第一出风口1123的方向逐渐减小。

本发明提供的风能发电装置，与相关技术中的风力发电机建设成本和运输成本均较高相比，其利用第一弯管部件112和直管部件111结合的导风机构11将风力从高处引导至低处的风动转换机构22，该风动转换机构22则将风能转换为动能以驱动发电机33发电，整体重量集中在低处，无需建设高塔，无需采用专用发电机33，也无需高质量的风轮，建设成本低，整体重量轻，维护简单，实用性更佳。

实施例二：

图2为本发明实施例提供的风能发电装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的风动转换机构的截面结构示意图。

基于上述实施例一，本发明实施例提供的风能发电装置中的导风机构11包括由第一进风口1121、第一连接件1122和第一出风口1123构成的第一弯管部件112和由第二进风口1111、第二连接件1112和第二出风口1113构成的直管部件111，且上述第一弯管部件112的第一出风口1123和直管部件111的第二进风口1111之间设置有旋转机构44，该旋转机构44能够自身的旋转带动第一弯管部件112旋转以调整第一进风口1121的进风方向。

其中，上述旋转机构44可以采用电动控制方式，还可以采用尾舵控制方式，还可以采用其他控制方式。考虑到尾舵控制的优良特性，本发明实施例优选的采用尾舵控制方式。如图2所示，本发明实施例中的尾舵55安装在旋转机构44上，能够自动调整上述旋转机构44的旋转方向，从而便于旋转机构44根据风向自动调整第一进风口1121的进风方向，实用性较佳。

进一步的，为了防止高强度的风力对本发明实施例提供的风能发电装置的损害，本发明实施例在第一弯管部件112的内壁设置有泄风部件1124，另外，本发明实施例中的第一进风口1121还具有集风部件以面向来风，引入风力。

其中，上述泄风部件1124可以采用机械控制方式，还可以采用电动控制方式。本发明实施例优选的采用百叶窗结合弹簧复位件来实现控制，上述百叶窗能够在集风部件收集的风过量时打开以进行泄风，上述弹簧件则能够在集风部件收集的风不足时为百叶窗始终提供一个趋向闭合的回复力以保留风力。

进一步的，本发明实施例提供的风能发电装置还包括支撑机构66，该支撑机构66用于支撑整个风能发电装置，且该支撑机构66可以采用混凝土、金属、有机等材料构成，其形式还可以是各种结构，如砖墙、支架、拉绳等等。考虑到直管部件111相对高度较高，是保持整个风能发电装置重心稳定的关键部件，因此，如图2所示，本发明实施例优选的采用砖墙结构的制成机构固定在直管部件111的两侧，用于加固该直管部件111。

进一步的，本发明实施例中的风动转换机构22可以采用相关技术中的风轮机构，还可以采用风筒部件221。本发明实施例中的风动转换机构22优选的采用风筒部件221，以及与发电机33的输入轴连接的输出轴。采用风筒部件221实现风动转换，也即，从第二出风口1113导下来的风力将能够推送该风筒部件221产生动力。

其中，上述风筒部件221为多个，且多个风筒部件221周向均匀设置在第二出风口1113。本发明实施例以三个风筒部件221进行了示例，如图3所示。

值得说明的是，本发明实施例提供的风筒部件221还可以包括旋转件以带动风筒部件221的旋转。另外，为了能够匹配风筒部件221和发电机33，本发明实施例还可以包括变速箱，该变速箱将风筒部件221和发电机33连接，能够将风筒部件221传输的动能经变速箱驱动发电机33发电，实用性更佳。

进一步的，为了更大程度的保证风筒部件221出风的力度，本发明实施例优选的将所有风筒部件221的出风方向顺时针同向设置，或者将所有风筒部件221的出风方向逆时针同向设置。

进一步的，本发明实施例提供的风能发电装置还可以包括控制机构，该控制机构可以电动控制泄风部件1124，还可以电动控制旋转机构44是，还可以对发电机33的电力输出进行控制，以实现对上述风能发电装置的自动控制。

实施例三：

图4为本发明实施例提供的风能发电装置的结构示意图。

本发明实施例提供了一种风能发电装置，该风能发电装置包括导风机构11、风动转换机构22和发电机33；风动转换机构22的输出轴与发电机33的输入轴连接；导风机构11，用于将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构22；风动转换机构22，用于将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过动能带动发电机33发电。

其中，本发明实施例提供的风能发电装置中的导风机构11包括由第一进风口1121、第一连接件1122和第一出风口1123构成的第一弯管部件112、由第二进风口1111、第二连接件1112和第二出风口1113构成的直管部件111以及由第三进风口、第三连接件和第三出风口构成的第二弯管部件113。本发明实施例通过第一弯管部件112收集较高位置的风，再通过直管部件111和第二弯管部件113将收集的风导入至较低位置处的风动转换装置，能够将较高位置处的风最大可能的导入至风动转换装置进行风动转换。

如图4所示，上述第一弯管部件112、直管部件111和第二弯管部件113呈S形，其中，上述第一弯管部件112采用上宽下窄的喇叭形结构，也即，上述第一进风口1121的直径大于第一连接件1122的直径，该第一连接件1122的直径大于第一出风口1123的直径，且上述第一连接件1122的直径沿着第一进风口1121至第一出风口1123的方向逐渐减小。

与实施例二相同的是，本发明实施例提供的风能发电装置也可以包括旋转机构44、尾舵55、集风部件、泄风部件1124、支撑机构66、控制机构等功能器件，在此不做赘述。

值得说明的是，相对实施例二采用垂直轴发电机，本发明实施例采用水平轴发电机，以满足风筒部件221的能量输出需求。另外，为了确保该水平轴发电机的稳定性，在地面上方还设置有支撑件以通过该支撑件支撑上述水平轴发电机。

本发明提供的风能发电装置，与相关技术中的风力发电机建设成本和运输成本均较高相比，其利用第一弯管部件112、第二弯管部件113和直管部件111结合的导风机构11将风力从高处引导至低处的风动转换机构22，该风动转换机构22则将风能转换为动能以驱动发电机33发电，整体重量集中在低处，无需建设高塔，无需采用专用发电机，也无需高质量的风轮，建设成本低，整体重量轻，维护简单，实用性更佳。

实施例四：

本发明实施例还提供了一种风能发电系统，该风能发电系统包括上述实施例一至实施例三所示的任一种风能发电装置，还包括蓄电池，该蓄电池能够将风能发电装置产生的电能蓄电。

本发明实施例提供的风能发电系统还可以包括电力输出装置，该电力输出装置除了可以包括上述蓄电池，还可以包括但不限于稳压、整流、充电、蓄电等输出电路，适用性更强。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风能发电装置，其特征在于，包括：导风机构、风动转换机构和发电机；所述风动转换机构的输出轴与所述发电机的输入轴连接；

所述导风机构，用于将较高位置处的风导入较低位置处的风动转换机构；

所述风动转换机构，用于将导入至较低位置处的风能转换为动能，用以通过所述动能带动所述发电机发电。

2.根据权利要求1所述的风能发电装置，其特征在于，所述导风机构包括直管部件和第一弯管部件；所述第一弯管部件包括第一进风口、第一出风口、以及设置于所述第一进风口和所述第一出风口之间的第一连接件；所述直管部件包括第二进风口、第二出风口、以及设置于所述第二进风口和所述第二出风口之间的第二连接件；

所述第一弯管部件的所述第一进风口，用于将较高位置处的风依次通过所述第一连接件、所述第一出风口、所述直管部件的所述第二进风口、所述第二连接件和所述第二出风口导入较低位置处的所述风动转换机构。

3.根据权利要求2所述的风能发电装置，其特征在于，还包括旋转机构；所述旋转机构设置于所述第一弯管部件的所述第一出风口和所述直管部件的所述第二进风口之间；

所述旋转机构，用于根据自身的旋转带动所述第一弯管部件旋转以调整所述第一进风口的进风方向。

4.根据权利要求3所述的风能发电装置，其特征在于，还包括尾舵；所述尾舵安装在所述旋转机构上；

所述尾舵，用于调整所述旋转机构的旋转方向。

5.根据权利要求2所述的风能发电装置，其特征在于，所述第一进风口具有集风部件；所述第一连接件的内壁设置有泄风部件；

所述集风部件，用于收集较高位置处的风；

所述泄风部件包括百叶窗和弹簧件；所述百叶窗，用于在所述集风部件收集的风过量时打开以进行泄风，所述弹簧件，用于在所述集风部件收集的风不足时为所述百叶窗始终提供一个趋向闭合的回复力。

6.根据权利要求2所述的风能发电装置，其特征在于，所述风动转换机构包括所述输出轴和风筒部件；

所述风筒部件为多个，多个风筒部件周向均匀设置在所述第二出风口。

7.根据权利要求6所述的风能发电装置，其特征在于，所有风筒部件的出风方向顺时针或者逆时针同向设置。

8.根据权利要求1所述的风能发电装置，其特征在于，所述导风机构包括第一弯管部件、第二弯管部件、以及设置于所述第一弯管部件和所述第二弯管部件之间的直管部件；所述第一弯管部件包括第一进风口、第一出风口、以及设置于所述第一进风口和所述第一出风口之间的第一连接件；所述直管部件包括第二进风口、第二出风口、以及设置于所述第二进风口和所述第二出风口之间的第二连接件；所述第二弯管部件包括第三进风口、第三出风口、以及设置于所述第三进风口和所述第三出风口之间的第三连接件；

所述第一弯管部件的所述第一进风口，用于将较高位置处的风依次通过所述第一连接件、所述第一出风口、所述直管部件的所述第二进风口、所述第二连接件、所述第二出风口、以及所述第二弯管部件的所述第三进风口、所述第三连接件、所述第三出风口导入较低位置处的所述风动转换机构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的风能发电装置，其特征在于，还包括支撑机构；

所述支撑机构，用于支撑所述风能发电装置。

10.一种风能发电系统，包括权利要求1至9中任一项所述的风能发电装置，其特征在于，还包括蓄电池；

所述蓄电池，用于将所述风能发电装置产生的电能蓄电。