CN108105025B - 一种风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机组，包括立柱和机舱，所述机舱安装于所述立柱的上端，且其内部设有第一电能转化部件；还包括第一叶轮组，所述第一叶轮组包括两个叶轮，两所述叶轮分别设于所述机舱的前后两端，且两所述叶轮均与所述第一电能转化部件相连；所述机舱与所述立柱之间设有转接装置，所述转接装置的上端部固定于所述机舱，所述转接装置的下端部插接于所述立柱，且所述转接装置内设有驱动部件，所述驱动部件和设于所述下端部的滚动部件传动连接，并能够控制所述滚动部件转动，以带动所述转接装置相对所述立柱转动。本发明所提供一种风力发电机组，其机舱可相对立柱转动，以改变叶轮的朝向，可提高风能的利用效率。

Description

一种风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组。

背景技术

风能是一种可再生的绿色能源，可用于发电，以替换传统的、污染严重的燃煤发电。

目前，风力发电机组的结构较为固定，其叶轮组均朝向单一方向，如此，其只能利用该单一方向的来风进行发电，一旦风向改变，整个风力发电机组的发电效率将急剧下降，甚至不能进行发电，严重影响自然界风能的利用率。

因此，如何提供一种风力发电机组，可利用各个方向的来风进行发电，进而提高风能的利用率，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组，该风力发电机组的机舱可相对立柱转动，进而改变设于机舱的叶轮的朝向，以适应于风向的改变，从而可有效利用各个方向的来风进行发电，有利于提高风能的利用效率，并保证发电效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组，包括立柱和机舱，所述机舱安装于所述立柱的上端，且其内部设有第一电能转化部件；还包括第一叶轮组，所述第一叶轮组包括两个叶轮，两所述叶轮分别设于所述机舱的前后两端，且两所述叶轮均与所述第一电能转化部件相连；所述机舱与所述立柱之间设有转接装置，所述转接装置的上端部固定于所述机舱，所述转接装置的下端部插接于所述立柱，且所述转接装置内设有驱动部件，所述驱动部件和设于所述下端部的滚动部件传动连接，并能够控制所述滚动部件转动，以带动所述转接装置相对所述立柱转动。

本发明所提供风力发电机组，其机舱与立柱之间设有转接装置，且转接装置内设有驱动部件，在驱动部件的作用下，转接装置及机舱可相对立柱进行转动，进而可改变设于机舱前后两端的叶轮的朝向，以适应于风向的改变。

如此设置，当外界的风向发生改变时，上述风力发电机组的叶轮的朝向也可随之改变，使得叶轮始终可以与风向正对(或者，叶轮的朝向与风向处于一个合适的角度范围内)，不仅可以有效利用自然界各个方向的来风，提高风能的利用率，同时，还能够保证风力发电的效率。

可选地，还包括控制器和用于检测风向的风向感应器，所述风向感应器设于所述机舱的外部；所述控制器与所述风向感应器、所述驱动部件均信号连接，所述控制器能够根据所述风向感应器测得的风向控制所述驱动部件的启停。

可选地，所述风向感应器为设于所述机舱外壳的风向尾翼。

可选地，所述滚动部件包括若干滚轮，所述驱动部件与至少一个所述滚轮传动连接，所述立柱的内壁设有沿周向的环槽；所述转接装置与所述立柱处于安装状态，各所述滚轮均位于所述环槽内，并与所述环槽的下壁面相接触。

可选地，所述转接装置的周壁设有与所述第一电能转化部件电连接的第一导电端，所述环槽的侧壁面和/或上壁面设有与第二输出电线电连接的第二导电端，所述第一导电端和所述第二导电端电连接。

可选地，还包括供电装置，所述供电装置与所述驱动部件电连接。

可选地，所述供电装置为蓄电池，所述蓄电池与所述第一电能转化部件之间设有可通断的充电电路，以在所述蓄电池的电量不足时为所述蓄电池充电；或者，所述供电装置包括自发电部件，所述自发电部件包括设于所述机舱的第二叶轮组和设于所述机舱内部的第二电能转化部件，所述第二叶轮组与所述第二电能转化部件相连，所述第二电能转化部件与所述驱动部件及所述第一导电端电连接；或者，所述供电装置为所述第一电能转化部件。

可选地，所述叶轮包括轮毂和安装于该轮毂的若干叶片，各所述叶片均为三棱锥，且所述三棱锥的底面与所述轮毂相连；所述三棱锥的三侧面中，一者的法线与前后方向相垂直，另外两者均为迎风面。

可选地，两所述迎风面的夹角为50-90度。

可选地，所述叶轮的所述叶片的数量为3-5个。

可选地，位于所述机舱前端的所述叶轮的叶片和位于所述机舱后端的所述叶轮的叶片相互错开。

附图说明

图1为本发明所提供风力发电机组的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中转接装置与机舱、立柱的连接处的局部剖视图；

图3为图2在A-A方向的视图。

图1-3中的附图标记说明如下：

1立柱、11环槽、111下壁面、112侧壁面、113上壁面、12第二导电端；

2机舱、21第一电能转化部件、211第一输出电线；

3叶轮、31轮毂、32叶片、321顺风面、322迎风面；

4转接装置、41驱动部件、42滚轮、43第一导电端、44供电装置、45充电电路；

5风向尾翼；

6第二叶轮组；

7第二输出电线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件的数量相同。

本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。

请参考图1-3，图1为本发明所提供风力发电机组的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中转接装置与机舱、立柱的连接处的局部剖视图，图3为图2在A-A方向的视图。

如图1所示，本发明提供一种风力发电机组，包括立柱1和机舱2，机舱2安装于立柱1的上端，且其内部设有第一电能转化部件21，机舱2的外部设有第一叶轮组，该第一叶轮组包括两个相对设置的叶轮3，反映于附图，两叶轮3设置于机舱2的轴向两端。

为便于描述，可将机舱2的轴向定义为前后方向，在水平面内与该前后方向相垂直的方向定义为左右方向。如此，两叶轮3即分别设于机舱2的前后两端，采用这种结构，风力发电机组在前后方向的平衡性可大幅提高，在外界风力较大或者其他特殊情况下不易发生倾倒，可降低使用过程中事故发生的概率，进而提高风力发电机组的使用寿命。

在此，本发明实施例并不限定该第一叶轮组的数量，在实际应用中，本领域技术人员可以根据需要进行设定。具体而言，第一叶轮组的数量可以为一个，机舱2的前后两端均只设置一个叶轮3，此种情况可参照图1；第一叶轮组的数量也可以为多个，例如，可以为3-5个，此时，机舱2的前后两端将分别设置多个叶轮3，且前端的各叶轮3与后端的各叶轮3可以一一对应设置，以保证该风力发电机组的平衡性。

第一叶轮组中两叶轮3均可与第一电能转化部件21相连，在外界风力的作用下，两叶轮3可以转动以产生机械能，第一电能转化部件21可将该机械能转化为电能，并通过输出电线将该电能输出。上述第一电能转化部件21及其与叶轮3的连接结构均为现有技术中的常见结构，本领域技术人员完全可以参照现有技术进行设置，故在此不做赘述。

详细而言，第一电能转化部件21的数量可以为两个，并分别与两叶轮3一一对应相连，此时，叶轮3可与相应的第一电能转化部件21组合形成独立的发电系统，两叶轮3彼此之间不存在干涉。当然，该第一电能转化部件21的数量也可以为一个，两叶轮3所产生的机械能均作用于该第一电能转化部件21，采用这种结构，两叶轮3可以通过同一转轴相连，以保证二者的同步转动，且为了更为有效地利用风能，两叶轮3的叶片32可以彼此错开，以使得前后两叶轮3的各叶片32均可承受风的推力，以提高风力发电效率。

请继续参考图1，在机舱2与立柱1之间还设有转接装置4，转接装置4的上端部固定于机舱2，具体来说，可采用焊接或者螺钉连接等方式对转接装置4进行固定，或者，该转接装置4也可以与该机舱2一体形成，即转接装置4可以由机舱2的外壳向下延伸而形成。

转接装置4的下端部插接于立柱1，且转接装置4内设有驱动部件41，该驱动部件41具体可以为电机，驱动部件41和设于转接装置4下端部的滚动部件传动连接，当驱动部件41运转时，可控制滚动部件转动，以带动转接装置4相对立柱1转动。由于转接装置4与机舱2固定连接，转接装置4的转动同样将带动机舱2转动，进而可改变设于机舱2前后两端的叶轮3的朝向，以适应于外界风向的改变。

如此设置，当外界的风向发生改变时，本发明所提供风力发电机组的叶轮3的朝向也可以随之发生改变，使得叶轮3始终可以与风向正对(或者，叶轮3的朝向与风向处在一个合适的角度范围内)，不仅可以有效利用自然界各个方向的来风，提高风能利用率，同时，还能够保证风力发电的效率。

在具体实施时，可以设置检测站，由检测站的工作人员实时监测外界的风向变化，在风向变化满足预设条件时，例如，风向变化的角度大于预设值时，工作人员可通过机器向驱动部件41发送动作指令，启动驱动部件41，并带动机舱2转动特定角度，以调整叶轮3的朝向。

需要指出，本发明实施例并不对上述的预设条件及特定角度等操作参数作明确限定，在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定。

另外，自然界的风向在一段时间内很难保证一成不变，实际上，很多时候风向一直都是变化的，只不过风向的变化幅度较小。对此，本领域技术人员还可设置一个设定范围，只要风向在该设定范围内，即可认定风向未发生变化，驱动部件41即无需动作，以避免机舱2反复转动、调位所造成的能源浪费。

上述的控制驱动部件41动作的过程也可以由设备自身完成，以减少人工控制的参与，提高设备的自动化程度，及转接装置4响应风向变化以进行转动的及时性和准确性。详细而言，该风力发电机组还可以包括控制器(图中未示出)和风向感应器，风向感应器可以设于机舱2的外部，以实时监测风向，控制器与风向感应器、驱动部件41均可以信号连接，进而，控制器可以依据风向感应器所测得的风向自动控制驱动部件41的启停。

该风向感应器具体可以为设于机舱2外壳的风向尾翼5，其可以具有较大的面积，如此，当风向发生改变时，自然界的风可以对该风向尾翼5产生一个推动力，以辅助机舱2发生转动，从而可减少驱动部件41带动机舱2转动所产生的能耗。当然，该风向感应器也可以为其他能够检测风向的设备。

如图2所示，滚动部件可以包括若干滚轮42，各滚轮42均可以安装于转接装置4，且各滚轮42的部分轮面可以伸出转接装置4，驱动部件41可以与至少一个滚轮42传动连接，具体来说，驱动部件41与滚轮42之间可以采用带轮、链轮或者齿轮传动，当然，二者之间也可以直接连接，此时，驱动部件41的输出轴即是滚轮42的驱动轴。立柱1的内壁可以设有沿周向的环槽11，转接装置3与立柱1处于安装状态时，各滚轮42伸出转接装置4的轮面可以与环槽11的下壁面111滚动接触。下壁面111还可以设有环形的导向轨道，以限制各滚轮42的运行方向，进而可保证转接装置4转动的顺畅性。

转接装置4的下端部可以设有沿径向外凸的凸部，该凸部能够卡入环槽11中，各所述滚轮42均从所述凸部的下端面伸出所述转接装置4。为便于安装，立柱1的上端部，即环槽11以上的部分可以采用分体式结构。该凸部可以为环形凸部，也可以包括若干沿径向外凸的凸棱。

进一步地，请继续参考图2，并结合图3，上述凸部的周壁可以设有与第一电能转化部件21电连接的第一导电端43，环槽11的侧壁面112和/或上壁面113可以设有与第二输出电线7电连接的第二导电端12，在转接装置4相对立柱1转动或者静止时，第一导电端43和第二导电端12始终可以电连接，以传递电能。上述第一导电端43、第二导电端12均可以为普通的导电金属，也可以为专用的导电铜排或者弹簧导电片等。

采用这种结构，可将第一电能转化部件21与外部的储电设备之间的输出电线分为两段，其中，第一段为第一输出电线211，用于电连第一电能转化部件21和第一导电端43，第二段为第二输出电线7，用于电连第二导电端12和外部的储电设备。如此设置，当转接装置4相对立柱1转动时，第一输出电线211可随转接装置4同步转动，第二输出电线7固定于立柱1不发生转动，二者之间不易发生缠绕。

本发明所提供风力发电机组还可以设有与驱动部件41电连接的供电装置44，以为驱动部件41的正常运转提供电力支持。

在第一种具体实施方式中，供电装置44可以为蓄电池，且蓄电池与第一电能转化部件21之间可以设有可通断的充电电路45，当蓄电池的电量不足时，第一电能转化部件21所输出电能的一部分可以为蓄电池充电。

在第二种具体实施方式中，供电装置44可以包括自发电部件，自发电部件可以包括第二叶轮组6，第二叶轮组6可以为设于机舱2左端和/或右端，且为了避免与第一叶轮组发生干涉，该第二叶轮组6的尺寸可以相对较小，其所发出的电量可以仅用于驱动部件41的运转，当然，在驱动部件41无需运转时，其所发出的电量也可以通过第一导电端43输出。机舱2内部可以设置与第二叶轮组6相连的第二电能转化部件，用于将第二叶轮组6所产生的机械能转化为电能，该第二电能转化部件可以与驱动部件41及第一导电端43电连接。

在第三种具体实施方式中，该供电装置44可以为第一电能转化部件21，即可以由第一电能转化部件21直接为驱动部件41供电。

针对上述各实施方式所涉及的风力发电机组，以下本发明实施例还将对各叶轮组(第一叶轮组及第二叶轮组6)的叶片32的具体结构进行描述。

请继续参考图1，叶轮3可以包括轮毂31和安装于该轮毂31的若干叶片32，各叶片32均可以为三棱锥，且三棱锥的底面与轮毂31相连。在三棱锥的三个侧面中，一者的法线可以与前后方向相垂直，即与机舱2的轴向相垂直，前后方向的来风可贴合该侧面流过，该侧面既不迎风，亦不背风，为顺风面321；另外两个侧面则均为迎风面322，分别可以承受前方来风及后方来风的推力。可以理解，对于设置在机舱2左右两端的第二叶轮组6，其叶片32也具有顺风面321，该顺风面321的法线与左右方向相垂直。

如此设置，本发明所提供风力发电机组，其各叶片32均可具有前后两个方向的迎风面322，无论是前方来风，还是后方来风，均可推动叶片32进行转动，有利于提高风能的利用效率；同时，对于单一方向的风而言，如前方来风或者后方来风，该叶片32又只具有单一的迎风面322，可保证叶片32的正常转动。

上述两迎风面322的夹角可以设置为50-90度，当然，也可以设置为其他值，具体可根据实际需要进行设定。对于单个叶轮3而言，其叶片32的数量可以为3-5个。

在生产时，上述各叶片32可以采用金属材料浇铸制成，也可以采用碳纤维与白云石组合制成，或者，也可以采用玻璃纤维与白云石组合制成。实际上，任何现有技术中所存在的叶片生产方式均可应用于本发明所提供风力发电机组的叶片32的生产。

以上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 (7)

1.一种风力发电机组，包括立柱（1）和机舱（2），所述机舱（2）安装于所述立柱（1）的上端，且其内部设有第一电能转化部件（21），其特征在于，还包括第一叶轮组，所述第一叶轮组包括两个叶轮（3），两所述叶轮（3）分别设于所述机舱（2）的前后两端，且两所述叶轮（3）均与所述第一电能转化部件（21）相连；

所述机舱（2）与所述立柱（1）之间设有转接装置（4），所述转接装置（4）的上端部固定于所述机舱（2），所述转接装置（4）的下端部插接于所述立柱（1），且所述转接装置（4）内设有驱动部件（41），所述驱动部件（41）和设于所述下端部的滚动部件传动连接，并能够控制所述滚动部件转动，以带动所述转接装置（4）相对所述立柱（1）转动；

还包括控制器和用于检测风向的风向感应器，所述风向感应器设于所述机舱（2）的外部；所述控制器与所述风向感应器、所述驱动部件（41）均信号连接，所述控制器能够根据所述风向感应器测得的风向控制所述驱动部件（41）的启停；

所述滚动部件包括若干滚轮（42），所述驱动部件（41）与至少一个所述滚轮（42）传动连接，所述立柱（1）的内壁设有沿周向的环槽（11）；所述转接装置（4）与所述立柱（1）处于安装状态，各所述滚轮（42）均位于所述环槽（11）内，并与所述环槽（11）的下壁面（111）相接触；

还包括供电装置（44），所述供电装置（44）与所述驱动部件（41）电连接；

所述供电装置（44）为蓄电池，所述蓄电池与所述第一电能转化部件（21）之间设有可通断的充电电路（45），以在所述蓄电池的电量不足时为所述蓄电池充电；或者，所述供电装置（44）包括自发电部件，所述自发电部件包括设于所述机舱（2）的第二叶轮组（6）和设于所述机舱（2）内部的第二电能转化部件，所述第二叶轮组（6）与所述第二电能转化部件相连，所述第二电能转化部件与所述驱动部件（41）电连接；或者，所述供电装置（44）为所述第一电能转化部件（21）。

2.根据权利要求1所述风力发电机组，其特征在于，所述风向感应器为设于所述机舱（2）外壳的风向尾翼（5）。

3.根据权利要求1所述风力发电机组，其特征在于，所述转接装置（4）的周壁设有与所述第一电能转化部件（21）电连接的第一导电端（43），所述环槽（11）的侧壁面（112）和/或上壁面（113）设有与第二输出电线（7）电连接的第二导电端（12），所述第一导电端（43）和所述第二导电端（12）电连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述风力发电机组，其特征在于，所述叶轮（3）包括轮毂（31）和安装于该轮毂（31）的若干叶片（32），各所述叶片（32）均为三棱锥，且所述三棱锥的底面与所述轮毂（31）相连；

所述三棱锥的三侧面中，一者的法线与前后方向相垂直，另外两者均为迎风面（322）。

5.根据权利要求4所述风力发电机组，其特征在于，两所述迎风面（322）的夹角为50-90度。

6.根据权利要求4所述风力发电机组，其特征在于，所述叶轮（3）的所述叶片（32）的数量为3-5个。

7.根据权利要求4所述风力发电机组，其特征在于，位于所述机舱（2）前端的所述叶轮（3）的叶片（32）和位于所述机舱（2）后端的所述叶轮（3）的叶片（32）相互错开。