CN109469586B - 低风速风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低风速风力发电机，包括增能翼、主轴、主机盒，主机箱中设置有发电机，主机箱上垂直连通有转轴，发电机的转子设置在主轴中，通过旋转杆与主机箱中的发动机定子部分连接，增能翼固定在主轴上，通过风力驱动而带动主轴转动，垂直设置的增能翼受风面积远大于传统风车式风力发电机，增能翼上还设置有自动折叠机构，减少风力过大对设备的影响，止动机构主轴中还设置有止动机构，在停机检修时避免主轴转动；本发明能够适应低风速条件充分利用风能旋转发电，能够减小偏远地区布网成本。

Description

低风速风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种低风速风力发电机。

背景技术

风力发电作为一种清洁能源，在我国的装机容量也在不断增加，但是我国风力资源分布并不均匀，更多地方的风速达不到驱动大型风电机转动的水平，所以这些地方的风能并未得到充分的利用，为此国家能源局提出了优先发展分散式风电，发散式风电项目就是说不以远距离输送电力为目的，产生的电力就直接使用多余的电力再接入当地电网消纳，这种方式对于一些居住密度较稀的地区更有好处，不仅能够自给自足，而且多余的电力还可以返回电网，从而缩短搭设电网费用的回收周期；另一方面，要实现低风速地区的发电，发电机的设计就至关重要，现有技术的低风速发电机，多是在原有风车式发电机的基础上进行改良，通过改变力矩或是增加增能装置来利用低速风，这些方法能够起到利用低速风的作用，现有风车式风机本来就是在风力条件较好的地区使用，那些地区风力大，风向变化小，风车形式的风机才能最大限度的利用风能，但是基于现在风车式风机进行改良，不仅体积大、造价高、安装难、后期维护难，而且这种风力发电机的受风面只要集中在叶片的翅尖，受风面积小，由于风速较低地区的风向不是固定的，对于非受风面的风无法充分利用，达不到想要的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够安装及使用成本较低，而且不受风向影响，最大化使用风力的低风速风力发电机。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低风速风力发电机，包括发电机、储能设备，其特征在于：还包括主轴、增能翼、自动折叠机构，所述主轴与发电机垂直连接，主轴由内轴、外轴组成，外轴内部固定有发电机转子，通过外轴转动带动转子转动，所述增能翼固定在外轴上，增能翼包括弯曲部、平直部两个不接触的部分组成，自动折叠机构将两个部分连接成一个整体，增能翼为至少3片，增能翼平直部通过一点与主轴固定，增能翼平直部的一部分与前一增能翼的平直部连接；所述自动折叠机构包括转轴、连接板、回弹材料，连接板有两块并通过转轴连接，形成只能单向转动的结构，两块连接板分别通过固定位与增能翼的两部分固定，回弹材料两端分别固定在两块连接板上，当风力大于回弹材料弹力时，连接板旋转，固定在连接板上的增能翼随之旋转。

进一步地，所述增能翼的平直部被a、b两条线分成平直部、a部分、b部分，a、b部分均被弯曲成弧形，弯曲方向与弯曲部相反。

进一步地，所述自动折叠机构设置在增能翼受风面的背面。

进一步地，还包括止动机构，所述止动机构包括弹力绳、止动销、支撑转轴、拉绳、滑轮，支撑转轴穿过内轴，止动销与支撑转轴连接，并能绕着支撑转轴旋转，止动销通过弹力绳与内轴固定，止动销还与拉绳的一端连接，拉绳另一端还缠绕在内轴内侧面上的滑轮上，拉绳的方向与弹力绳的方向相反。

进一步地，所述内轴、外轴上相同位置均开设有相同大小的通孔，用于止动装置的止动。

进一步地，弹力绳的固定端在止动销的上方，滑轮在止动销的下方。

本发明至少能达到以下技术效果：

（1）增能翼与发动机垂向连接，受风面变为了圆柱面，使得任意方向的风都能够作用在增能翼上，增加不同风向风的使用效率。

（2）增能翼的翼片倾斜设置在主轴上，增加受风面积。

（3）增能翼的翼片上的集风凹能够将顺着增能翼流动气流的动能转换为推动转动的动能。

（4）自动折叠机构能够在风速增大的情况下将部分增能翼折叠，减小受风面积，风速变小时再弹出。

（5）止动装置能够避免在维修时增能翼的转动。

附图说明

构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图中：

图1示意性示出了本发明的整体布置图；

图2示意性示出了本发明提供的实施例1的增能翼的结构示意图；

图3示意性示出了本发明提供的实施例1的自动折叠机构的结构示意图；

图4示意性示出了本发明提供的实施例1的止动机构的结构示意图；

图5示意性示出了图4结构的俯视图；

图6示意性示出了本发明提供的实施例2中的增能翼的结构示意图；

图7示意性的示出了本发明提供的实施例2的止动机构的结构示意图；

图8示意性示出了图7沿A-A线剖开的剖视图；

图9示意性示出了图7中B部分的局部放大图；

图10示意性示出了图8中C部分的局部放大图；

图11示意性示出了本发明提供的实施例2的自动折叠机构的示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-增能翼，11-集风凹，12-自动折叠机构，121-固定位，122-回弹材料，123-转轴，124-第一连接板，125-第二连接板，13-弯曲部，14-平直部，151-推力弹簧，152-第三连接板，153-第四连接板，154-撑杆，2-主轴，21-外轴，22-支撑件，23-内轴，24-复位弹簧，25-推力轴承，26-按压块，261-稳定滚轮，262-滑动轨道，27-杠杆，28-止动块，281-止动块滚轮，3-主机盒，31-发电机，32-旋转杆，33-转子，41-弹力绳，42-止动销，43-支撑转轴，44-拉绳，45-滑轮；

a- 增能翼a部分分界线，

b- 增能翼b部分分界线,

c- 固定点。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

实施例1

如图1所示的是本发明的整体布置图，包括增能翼1、主轴2、主机盒3，主机箱中设置有发电机31及储能装置，主机箱上垂直连通有转轴123，发电机31的转子33设置在主轴2中，通过旋转杆32与主机箱中的发动机定子部分连接，转子转动使发电机发电，电能储存在主机箱中的储能装置中，需使用时从储能装置中导出即可，增能翼1固定在主轴2上，通过风力驱动而带动主轴2转动，由于是垂直设置，所以增能翼1的受风面积远大于传统风车式风力发电机31，增能翼1上还设置有自动折叠机构12，减少风力过大对设备的影响，止动机构主轴2中还设置有止动机构，在停机检修时避免主轴2转动。

需要说明的是：为了在图1中清楚地表示各部分的布置位置，所以将增能翼1展开布置在图中，而实际上增能翼1是要进行弯曲后布置的，具体布置方式下面会有详细说明。

如图2所示的是本发明中增能翼1的结构示意图，为了在低风速下工作，增能翼1使用轻质材料，避免增能翼1自重过大而加大风力载荷，增能翼为矩形，沿着一条与增能翼1短边平行的线将增能翼1分割成大小两个部分，较小的部分以分割线为轴进行弯曲，弯曲成弧度为π/2(rad)的弧面，称为弯曲部13，较大的部分称为平直部14，两部分之间通过自动折叠机构12连接，弯曲部的内凹面为受风面，平直部14由两条倾斜的线a、b将其划分为三个部分，如图2所示，a、b线以平直部短边中线对称，将a线以下的部分称为a部分，b线以下的部分称为b部分，a、b两部分大小相同，a部分以a线为轴进行弯曲，b部分同理，值得注意的是，a、b部分的弯曲方向与弯曲部13的弯曲方向相反，接下来以三片增能翼为例进行说明，三片增能翼均以c点为固定点，固定在主轴2上，第一片增能翼1的a线与第二片增能翼1的平直部14连接，由于增能翼1的弯曲部13方向与a、b部分的弯曲部13方向相反，两片增能翼连接以后，第一片增能翼1的a、b部分与第二片增能翼1的弯曲部13会组成一个更大的曲面，同样的道理第三片增能翼也以同样的方法与另外两片增能翼连接，这样设置能够使受风面积进一步增大。

增能翼1上的自动折叠机构12连接增能翼1的两部分，自动折叠机构12的作用是在风速较大时，将增能翼1折叠，减小受风面积从而降低转速，使发电机仍旧处在工作转速范围内，自动折叠机构12包括固定位121、转轴123、连接板、撑杆154、回弹材料122，如图3所示，自动折叠机构12位于增能翼上与弯曲部弯曲方向相反的面，两根连接板通过转轴123连接，形成类似合页的结构，由于连接板本身具有一定厚度，因此只能向一边转动，两块连接板还分别通过固定位121与增能翼1的两部分连接，使得两块连接板的转动能够带动增能翼1转动，实现展开与折叠，为方便描述，下面将与平直部14连接的连接板称为第一连接板124，与弯曲部13连接的连接板称为第二连接板125，如图3所示，转轴123连接在两块连接板远离增能翼1的一侧，回弹材料122设置在靠近增能翼1的一侧，增能翼1受风以后会给回弹材料122一个反向的作用力，当风力大于回弹材料122的拉力，第二连接板125带动弯曲部13绕着转轴123旋转至第一连接板124背面，使受风面积减小，即弯曲部13被折叠，当风力减小，在推力弹簧151的推动下，第二连接板125被回弹材料122拉回原来位置，从而实现自动展开。

需要说明的是，此处并不对固定位121使用的固定方法限定，既可以是螺栓连接，也可以直接将材料融化以后粘在一起，根据具体工况灵活选择。

另外，当风力为中级风时，中级风不足以使自动折叠机构12折叠，由于增能翼1材质较轻，弹性较好，在受到中级风的时候，风的动能一部分推动增能翼1转动，另一部分作用在弯曲部13，这部分风力被增能翼1的弯曲部13吸收，而使弯曲部13发生变形，当转动到没有风力作用的位置，弯曲部13将这部分力释放，释放的过程会推动增能翼1转动，从而实现这部分风能的利用。

主轴2与主机箱垂直连通，主机箱中主要安装有发电机31的定子部分以及储电装置，发动机的转子33设置在主轴2中，通过旋转杆32与定子部分连接，主轴2包括内轴23、外轴21两个中空圆轴，外轴21与增能翼1连接，被风力驱动而旋转，外轴21与主机箱之间设置有推力轴承，推力轴承能够承受轴向力而在径向旋转，使主机箱不随之转动，发电机31转子33与外轴21内部连接，通过外轴21的转动带动转子33旋转，内轴23位于外轴21内部，其高度低于外轴21以及转子33，内轴23在使用时不转动；外轴21与内轴23对应位置设置有通孔，当旋转到一定位置时，两个通孔会重合。

如图4~5所示的是止动装置的结构示意图，止动装置包括弹力绳41，止动销42、支撑转轴43、拉绳44、滑轮45，止动销42为弧形部和竖直部的组合，且其弧形部朝下且固定在支撑转轴43上，止动销42的竖直部的顶部区域连接有弹力绳41和拉绳44，弹力绳41与止动销42上方的内轴内壁连接，在不加外力的情况下，止动销42会被弹力绳41拉住而束缚在内轴23中，止动销42的拉绳44与止动销42下方的内轴侧面上的滑轮45缠绕后伸出，当拉绳44受到拉力时，止动销42会受到一个向下的力，使得止动销42绕着支撑转轴43旋转，其弧形部从内轴23与外轴21的通孔中伸出而实现止动。

实施例2

本实施例与上一实施例的区别主要在于以下几点：

1、如图6所示，在增能翼1上还设置若干横向、纵向交错设置的凸棱，如图6所示，这些凸棱在增能翼1上围成一个个小凹坑，这些小凹坑就是集风凹11，集风凹11的底部还设置有小孔，集风凹11的设计能够加强对风能的利用。

具体来说，当低速气流向增能翼1运动时，低速气流会首先进入集风凹11，将动能传递给集风凹11，进而推动增能翼1的转动，随后气流就积在集风凹11底部，在随后吹向增能翼1的风的压力下，从集风凹11底部的小孔排出，后面的低速气流也以同样方式作用在集风凹11上，如果没有集风凹11，低速气流只会将部分动能传递给叶片，然后顺着叶片流动，气流的动能没有得到充分利用；当中速气流作用在增能翼1时，由于气流流速增加，单位时间作用在集风凹11上的气体量也更大，也就是说气流不能及时从集风凹11底部小孔及时排出，始终会积存在集风凹11中，此时集风凹11可以看做被气体填满，增能翼1可以看做一个光滑表面，当后续的中速气流作用在增能翼1上时，不会再进入集风凹11，顺着增能翼1表面流动并带动增能翼1转动。

2、图11所示的为实施例2所示的自动折叠机构12，相对于实施例1中的结构，只是将两个连接板以一定角度设置，且在两个连接板形成的锐角中设置撑杆154，撑杆154能够避免连接板向弯曲部13弯曲方向转动，回弹材料122缠绕在撑杆154上，回弹材料122的两端分别固定在两个连接板上，在不受外力的情况下，回弹材料122将两块连接板撑杆154方向拉进，另外，在第四连接板153与撑杆154固定面相对的面上设置有推力弹簧151，当第三连接板152在风力的作用下翻转时，会与推力弹簧151接触，在风力减小时，推力弹簧151会对第三连接板152施加一个推力，帮助其展开。

3、将止动机构改成以杠杆原理启动的结构，包括支撑件22、杠杆27、止动块28、按压块26、推力弹簧151，如图7所示，该止动机构设置内轴中，其中的杠杆27为一个V形的长杆，杠杆27的最低点固定在支撑件22上，支撑件22是杠杆27的支点，杠杆27能够在支撑件22上转动一定角度，杠杆27的两端分别固定有止动块28与按压块26，其中固定按压块26的一端的背面还设置有复位弹簧24，保持止动块28在无外加推力的情况下位于内轴23中，减少不必要的停机，如图7所示，按压块26为L型并主要位于主机箱中，按压块26的一部分从主机箱顶部中伸出用于接受压力，主机箱上开设有供按压块26滑动的滑动轨道262，如图8所示，在复位弹簧24作用下，按压块26总是位于远离主轴2的一端，靠近主轴2的一端还有一个分支，当按压块受力向主轴方向运动时，按压块26可以卡在这个分支里，同时杠杆27另一端的止动块也伸出主轴。

如图9所示，按压块26与滑动轨道262接触的上下两侧均设置有两组平行设置的稳定滚轮261，二者之间的距离约为主机箱的箱壁厚度，使用时稳定滚轮261将滑动轨道262夹在主机箱上，这样既减少了摩擦阻力，同时也为按压块26提供支撑，避免按压块26在垂直方向运动。

如图10所示，止动块28弹出的一端为曲面，曲面上水平设置有若干止动块滚轮281，止动块滚轮281较小，且只在水平方向滚动，在止动块28弹出的过程中，由于外轴21是转动的，内轴23是不动的，所以止动块28只要穿过外轴21对应位置开的槽就可以止动，但很多时候在止动块28推出的过程中会先与外轴21内壁摩擦一段距离直到外轴21上的槽转动到与内轴23上的槽的对应位置时，止动块28才能弹出，止动块滚轮281能够减小与外轴21的摩擦。

值得注意的是：转子33的高度高于内轴23，与之连接的旋转杆32也要穿过内轴23，所以旋转杆32经过的按压块26、止动块28的对应部分均设置有通孔，如图5所示，避免止动机构运动时与旋转杆32碰撞。

需要说明的是：所述杠杆27是具有一定弹性的金属材料，在按压块26被推动，而止动块28在外轴21内壁摩擦而尚未弹出的过程中，杠杆27吸收这部分力而变形，当内外轴上通孔重合时，止动块28从外轴21的槽中弹出时，杠杆27回复原来形状。

上述实施例中，所述发电机、储电设备、滚轮均为成熟的现有技术，可以直接购买。

作为一种优选实施例，所述a线的端点分别位于增能翼长边的1/4~1/3、短边的1/3~1/2的位置。

作为一种优选的实施例，所述弯曲部与平直部的比约为1:3。

作为一种优选的实施例，所述增能翼材料为聚乙烯，所述回弹材料以及弹力带均为橡胶。

Claims (6)

1.一种低风速风力发电机，包括发电机、储能设备，其特征在于：还包括主轴、增能翼、自动折叠机构，所述主轴与发电机垂直连接，主轴由内轴、外轴组成，外轴内部固定有发电机转子，通过外轴转动带动转子转动，所述增能翼固定在外轴上，增能翼包括弯曲部、平直部两个不接触的部分组成，自动折叠机构将两个部分连接成一个整体，增能翼为至少3片，增能翼平直部通过一点与主轴固定，增能翼平直部的一部分与前一增能翼的平直部连接；所述自动折叠机构包括转轴、连接板、回弹材料，连接板有两块并通过转轴连接，形成只能单向转动的结构，两块连接板分别通过固定位与增能翼的两部分固定，回弹材料两端分别固定在两块连接板上，当风力大于回弹材料弹力时，连接板旋转，固定在连接板上的增能翼随之旋转；

还包括止动机构，所述止动机构包括支撑件、杠杆、止动块、按压块、推力弹簧，该止动机构设置内轴中，其中的杠杆为一个V形的长杆，杠杆的最低点固定在支撑件上，支撑件是杠杆的支点，杠杆的两端分别固定有止动块与按压块，其中固定按压块的一端的背面还设置有复位弹簧，保持止动块在无外加推力的情况下位于内轴中，减少不必要的停机，按压块为L型并位于主机箱中，按压块的一部分从主机箱顶部中伸出用于接受压力，主机箱上开设有供按压块滑动的滑动轨道，在复位弹簧作用下，按压块总是位于远离主轴的一端，靠近主轴的一端还有一个分支，当按压块受力向主轴方向运动时，按压块卡在这个分支里，同时杠杆另一端的止动块也伸出主轴；

所述按压块与滑动轨道接触的上下两侧均设置有两组平行设置的稳定滚轮，二者之间的距离为主机箱的箱壁厚度，使用时稳定滚轮将滑动轨道夹在主机箱上，这样既减少了摩擦阻力，同时也为按压块提供支撑，避免按压块在垂直方向运动；

所述止动块弹出的一端为曲面，曲面上水平设置有若干止动块滚轮，止动块滚轮小且只在水平方向滚动，在止动块弹出的过程中，由于外轴是转动的，内轴是不动的；

所述转子的高度高于内轴，与之连接的旋转杆也要穿过内轴，所以旋转杆经过的按压块、止动块的对应部分均设置有通孔，避免止动机构运动时与旋转杆碰撞；

所述杠杆是具有一定弹性的金属材料，在按压块被推动，而止动块在外轴内壁摩擦而尚未弹出的过程中，杠杆吸收这部分力而变形，当内外轴上通孔重合时，止动块从外轴的槽中弹出时，杠杆回复原来形状。

2.根据权利要求1所述的一种低风速风力发电机，其特征在于：所述增能翼的平直部被a、b两条线分成平直部、a部分、b部分，a、b部分均被弯曲成弧形，弯曲方向与弯曲部相反。

3.根据权利要求1所述的一种低风速风力发电机，其特征在于：所述自动折叠机构设置在增能翼受风面的背面。

4.根据权利要求1所述的一种低风速风力发电机，其特征在于：还包括止动机构，所述止动机构包括弹力绳、止动销、支撑转轴、拉绳、滑轮，支撑转轴穿过内轴，止动销与支撑转轴连接，并能绕着支撑转轴旋转，止动销通过弹力绳与内轴固定，止动销还与拉绳的一端连接，拉绳另一端还缠绕在内轴内侧面上的滑轮上，拉绳的方向与弹力绳的方向相反。

5.根据权利要求4所述的一种低风速风力发电机，其特征在于：所述内轴、外轴上相同位置均开设有相同大小的通孔，用于止动装置的止动。

6.根据权利要求4所述的一种低风速风力发电机，其特征在于：弹力绳的固定端在止动销的上方，滑轮在止动销的下方。