CN108869186A - 一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，包括风力发电机本体，所述风力发电机本体包含有转动叶片；所述转动叶片由五环叶片组构成；所述五环叶片组包括四个第一叶片环和与四个所述第一叶片环平行且处于同一轴心线上的第二叶片环；四个所述第一叶片环和所述第二叶片环通过传动转轴组与变速箱低速端转动连接；四个所述第一叶片环结构相同且从左到右直径呈阶梯式递减；四个所述第一叶片环处在同一轴心线上且彼此平行，相邻的两个所述第一叶片环之间存有间隙；所述第二叶片环直径小于直径最小的所述第一叶片环直径且与直径最小的所述第一叶片环相邻。

Description

一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种多环差转自迎风 向式巧捕风能发电装置。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其 蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2× 10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人 们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何 利用风来发电。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转， 再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车 技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力 发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会 产生辐射或空气污染。
然而目前传统的风力发电机采用的是三叶式风机，风机的动态捕风 面积小于20％，特别是单片风叶长50米以上的捕风面积就更小，并且叶 片各段的线速度存在差异不一样的线速度会造成失调现象；且现有的三 叶式风机捕到的风能一部分消耗造对塔的推力上，还有一部分消耗在稳 速上，造成了风能的极大浪费，使风能利用率极低；并且传统的三叶风 机方向调整需要偏航器辅助转动使其迎风转动，一旦偏航器故障，风叶 将迎风面将难以自行调整，灵活性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装 置，用以解决现有三叶式风机捕风面积小、捕到的风能利用率低和旋转 时线速度差异不一样造成失调现象以及风叶不能自主进行迎风面的调整 的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种多环差转自迎风向式巧 捕风能发电装置，包括风力发电机本体，所述风力发电机本体包含有转 动叶片；所述转动叶片由五环叶片组构成；所述五环叶片组包括四个第 一叶片环和与四个所述第一叶片环平行且处于同一轴心线上的第二叶片 环；
四个所述第一叶片环和所述第二叶片环通过传动转轴组与变速箱低 速端转动连接；
四个所述第一叶片环结构相同且从左到右直径呈阶梯式递减；四个 所述第一叶片环处在同一轴心线上且彼此平行，相邻的两个所述第一叶 片环之间存有间隙；
所述第二叶片环直径小于直径最小的所述第一叶片环直径且与直径 最小的所述第一叶片环相邻。
进一步的，所述第一叶片环包括第一外环和第一内环；所述第一外 环与所述第一内环通过环骨固定连接；所述第一外环环内连接有若干第 一风叶。
进一步的，所述第一风叶两端分别与所述第一外环内两侧壁转动连 接且转动角度处于35度-65度之间。
进一步的，所述第一风叶两端分别与所述第一外环内两侧壁固定连 接且所述第一风叶迎风面与所述第一外环迎风面呈45度。
进一步的，所述第二叶片环包括第二外环和第二内环；所述第二外 环与所述第二内环之间连接有若干第二风叶；所述第二风叶两端分别与 所述第二外环侧壁和第二内环内壁转动连接且转动角度处于35度-65度 之间。
进一步的，所述第二风叶两端分别与所述第二外环和第二内环相对 侧固定连接且所述第二风叶迎风面可与所述第二外环和第二内环同一迎 风面呈45度。
进一步的，所述传动转轴组包括逐层套接的五个管状转轴和连接轴； 五个所述管状转轴两端由内到外逐个缩短呈阶梯状且相邻的两个所述管 状转轴之间通过轴承转动连接；五个所述管状转轴一端分别与四个所述 第一内环和一个所述第二内环固定套接，五个所述管状转轴另一端由内 到外分别固定套接有第一传动齿轮，相邻的两个所述第一传动齿轮之间 存有间隙；所述连接轴一端固定套接有与所述第一传动齿轮啮合匹配的 第二传动齿轮，另一端与所述减速箱低速端连接。
进一步的，五个所述管状转轴最外层通过轴承连接有壳体，最内层 的所述管状转轴为实心转轴；所述外壳通过轮毂与所述机舱一端固定连 接。
本发明方法具有如下优点：本发明提供的一种多环差转自迎风向式 巧捕风能发电装置，能够在所处范围内最大限度的捕捉风能，且静态捕 风面积可达50％，动态捕风面积可达80％；捕到的风能风利用率高，且 风力承受能力强；并且每一个风叶在旋转时的线速度都完全相同，保证 了风机的良好的协调性；同时转动叶片能够形成伞状结构，利用风吹伞 体的离心力完成风轮轴向始终与风向保持平行，这样可以把任何变向不 定的平行风都能捕捉利用；对风场的适应度大幅提升，同时能够消除陀 螺力的产生，也节约了定向取样后指令伺服系统进行调向的过程与设施， 做到自定向无损耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的整体示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的传动转轴组与转动叶片连接结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的第一叶片环结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的第二叶片环结构示意图；
图5为图2剖面图；
图6为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的壳体与管状转轴连接结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的第一叶片正常状态到转动状态示意图；
图8为本发明实施例提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电 装置的第二叶片正常状态到转动状态示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本发明实施例1提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置， 包括风力发电机本体，请参阅图1和图2所示，所述风力发电机本体包 含有转动叶片、机舱1和与所述机舱1垂直且转动连接的塔架2；所述转 动叶片由五环叶片组4构成；所述五环叶片组4包括四个第一叶片环41 和与四个所述第一叶片环41平行且处于同一轴心线上的第二叶片环42；
四个所述第一叶片环41和所述第二叶片环42通过传动转轴组6与 变速箱低速端转动连接；
四个所述第一叶片环41结构相同且从左到右直径呈阶梯式递减；四 个所述第一叶片环41处在同一轴心线上且彼此平行，相邻的两个所述第 一叶片环41之间存有间隙；
所述第二叶片环42直径小于直径最小的所述第一叶片环41直径且 与直径最小的所述第一叶片环41相邻。
使用时，塔架顶部设有与机舱底部可通过转轴体转动连接，转动叶 片呈伞体状，利用风吹伞体的离心力完成风轮轴向始终与风向保持平行， 这样可以把任何变向不定的平行风都能捕捉利用；对风场的适应度大幅 提升，同时能够消除陀螺力的产生，也节约了定向取样后指令伺服系统 进行调向的过程与设施，做到自定向无损耗的目的；同时还要说明的是， 转动扇叶使用轻质材料制作，如铝材，塑钢等。
实施例2
本发明实施例2提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置 与实施例1基本相同，区别在于，请参阅图3所示，为了达到更好的捕 风效果，所述第一叶片环41包括第一外环411和第一内环412；所述第 一外环411与所述第一内环412通过环骨413固定连接；所述第一外环 411环内连接有若干第一风叶414；所述第一风叶414两端分别与所述第 一外环411内两侧壁转动连接且转动角度处于35度-65度之间；所述第 一风叶414两端分别与所述第一外环411内两侧壁固定连接且所述第一 风叶414迎风面与所述第一外环411迎风面呈45度；同时达到根据风速 强度可自行调节捕风面积，以达到转动叶片的稳定协调的效果。
需要说明的是，第一风叶初始状态下的叶面与内外环的迎风面平行， 第一风叶两端与第一外环连接为弹性连接，更好的达到根据风力而实现 自动调控捕风面积的目的。
实施例3
本发明实施例3提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置 与实施例2基本相同，区别在于，请参阅图4所示，为了达到更好的捕 风效果，所述第二叶片环42包括第二外环421和第二内环422；所述第 二外环421与所述第二内环422之间连接有若干第二风叶423；所述第二 风叶423两端分别与所述第二外环421侧壁和第二内环422内壁转动连 接且转动角度处于35度-65度之间；所述第二风叶423两端分别与所述 第二外环421和第二内环422相对侧固定连接且所述第二风叶423迎风 面可与所述第二外环421和第二内环422同一迎风面呈45度；同时达到 根据风速强度可自行调节捕风面积，以达到转动叶片的稳定协调的效果。
需要说明的是，第二风叶初始状态下的叶面与内外环的迎风面平行， 第二风叶两端与第一外环连接为弹性连接，更好的达到根据风力而实现 自动调控捕风面积的目的；且风叶的迎风坡度转动是在弹力、风力、及 负荷的轻重情况下，叶片自己进行自然形成的，从而达到自行平衡的效 果。
实施例4
本发明实施例4提供的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置 与实施例3基本相同，区别在于，请参阅图5所示，为了达到更好的能 量传力效果，所述传动转轴组6包括逐层套接的五个管状转轴61和连接 轴62；五个所述管状转轴61两端由内到外逐个缩短呈阶梯状且相邻的两 个所述管状转轴61之间通过轴承611转动连接；五个所述管状转轴61一端分别与四个所述第一内环412和一个所述第二内环422固定套接， 五个所述管状转轴61另一端由内到外分别固定套接有第一传动齿轮612， 相邻的两个所述第一传动齿轮612之间存有间隙；所述连接轴62一端固 定套接有与所述第一传动齿轮612啮合匹配的第二传动齿轮621，另一端 与所述减速箱低速端连接；请参阅图6所示，五个所述管状转轴61最外层通过轴承连接有壳体7，最内层的所述管状转轴61为实心转轴；所述 外壳7通过轮毂与所述机舱一端固定连接。
需要说明的是，请参阅图7和图8所示，本发明在在使用时根据情 况设定第二叶片环的环数，功率为10KW以下的风机采用两环反转法， 内环直驱转子，外环直驱定子，从而提高能量的利用率，功率兆瓦以上 宜采用多环；一个九环的直径100米的捕风装置在6级强风下既可工作 且能够捕捉到20兆瓦左右的风能；每一个第一风叶和第二风叶都处在45 度角的迎风坡度；为了适合各种风场里都能正常运行，每一片第一风叶 和第二风叶均可在0度到60度内转动；这样装置在二级轻风时就可启动 工作，在塔架坚固的前提下，十二级飓风也照常安稳运行；但是若风场 的风力变化不大的情况下，风叶可一次性固定在45角上；本装置每一风 叶的线速度都完全相同然而每一风叶所处的环半径不同这就产生了环与 环之间的转速差。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的 描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技 术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的 这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，包括风力发电机本体，所述风力发电机本体包含有转动叶片、机舱(1)和与所述机舱(1)垂直且转动连接的塔架(2)；其特征在于，所述转动叶片由五环叶片组(4)构成；所述五环叶片组(4)包括四个第一叶片环(41)和与四个所述第一叶片环(41)平行且处于同一轴心线上的第二叶片环(42)；
四个所述第一叶片环(41)和所述第二叶片环(42)通过传动转轴组(6)与变速箱低速端转动连接；
四个所述第一叶片环(41)结构相同且从左到右直径呈阶梯式递减；四个所述第一叶片环(41)处在同一轴心线上且彼此平行，相邻的两个所述第一叶片环(41)之间存有间隙；
所述第二叶片环(42)直径小于直径最小的所述第一叶片环(41)直径且与直径最小的所述第一叶片环(41)相邻。
2.根据权利要求1所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述第一叶片环(41)包括第一外环(411)和第一内环(412)；所述第一外环(411)与所述第一内环(412)通过环骨(413)固定连接；所述第一外环(411)环内连接有若干第一风叶(414)。
3.根据权利要求2所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述第一风叶(414)两端分别与所述第一外环(411)内两侧壁转动连接且转动角度处于35度-65度之间。
4.根据权利要求3所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述第一风叶(414)两端分别与所述第一外环(411)内两侧壁固定连接且所述第一风叶(414)迎风面与所述第一外环(411)迎风面呈45度。
5.根据权利要求4所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述第二叶片环(42)包括第二外环(421)和第二内环(422)；所述第二外环(421)与所述第二内环(422)之间连接有若干第二风叶(423)；所述第二风叶(423)两端分别与所述第二外环(421)侧壁和第二内环(422)内壁转动连接且转动角度处于35度-65度之间。
6.根据权利要求5所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述第二风叶(423)两端分别与所述第二外环(421)和第二内环(422)相对侧固定连接且所述第二风叶(423)迎风面可与所述第二外环(421)和第二内环(422)同一迎风面呈45度。
7.根据权利要求6所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，所述传动转轴组(6)包括逐层套接的五个管状转轴(61)和连接轴(62)；五个所述管状转轴(61)两端由内到外逐个缩短呈阶梯状且相邻的两个所述管状转轴(61)之间通过轴承(611)转动连接；五个所述管状转轴(61)一端分别与四个所述第一内环(412)和一个所述第二内环(422)固定套接，五个所述管状转轴(61)另一端由内到外分别固定套接有第一传动齿轮(612)，相邻的两个所述第一传动齿轮(612)之间存有间隙；所述连接轴(62)一端固定套接有与所述第一传动齿轮(612)啮合匹配的第二传动齿轮(621)，另一端与所述减速箱低速端连接。
8.根据权利要求7所述的一种多环差转自迎风向式巧捕风能发电装置，其特征在于，五个所述管状转轴(61)最外层通过轴承连接有壳体(7)，最内层的所述管状转轴(61)为实心转轴；所述外壳(7)通过轮毂与所述机舱一端固定连接。
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