CN109681387B - 一种可改变受风面积的风能发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可改变受风面积的风能发电机，属于风力发电机领域,包括第一发电机、扇叶、及尾翼；第一发电机的转轴横向布置在支撑杆的顶部，扇叶通过增速器与第一发电机的转子相连，尾翼连接在第一发电机定子的尾部，第一发电机定子的中部与支撑杆可转动连接；扇叶包括连接座、叶体、连杆、滑套、及弹性件，连接座包括依次连接的连接部、轴状部、及罩体部；连接部用于连接风力发电机的转轴，滑套套于轴状部上且沿轴状部滑动，弹性件抵于滑环与罩体部之间，连杆的两端分别与连接座及叶体的中部铰接，叶体的端部与滑套铰接，该扇叶用于根据风速大小自动调节扇叶的受风面积。该结构设计的第二发电装置，能够使得充分利用现有的风力发电机的支撑，从而进行风能的利用，为一种能够利用各个方向的气流进行风力发电的装置，其适应性强，兼容性好，能够竖向安装，空间占用量少。
Description
本发明为另一发明的分案，其母案申请号为：2016107463037；申请名称为：一种组合风能发电机。
技术领域
本发明涉及一种可改变受风面积的风能发电机，属于风力发电机领域。
背景技术
许多世纪以来，风力机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。
70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种组合风能发电机，能够对现有的风力发电设备进行升级，提高风能利用率，提供一种新的风能发电的结构，实现风能的快速高效利用，保护智能节能降耗。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种组合风能发电机，包括竖向设置的支撑杆，支撑杆上设置有第一发电装置和第二发电装置；第一发电装置包括第一发电机、扇叶、及尾翼；第二发电装置包括叶板、驱动齿轮、变速器、及第二发电机；叶板上设置有用于气流单向通过的叶片，多个叶板竖向连接到支撑杆上且可绕支撑杆转动，环形的驱动齿轮连接在叶板下方且与支撑杆同轴，驱动齿轮通过变速器驱动第二发电机。该结构设计的第二发电装置，能够使得充分利用现有的风力发电机的支撑，从而进行风能的利用，为一种能够利用各个方向的气流进行风力发电的装置，其适应性强，兼容性好，能够竖向安装，空间占用量少。
进一步，叶板通过滑环机构与支撑杆相连，滑环机构包括动滑环、定滑环，动滑环与定滑环同轴且动滑环位于定滑环外侧，定滑环与支撑杆连接且可沿支撑杆的轴向移动，动滑环与叶板相连。该结构的滑环结构能够方便的对叶板进行固定安装简化结构。
进一步，叶板包括多个竖向并列的横杆和叶片，横杆与动滑环固定连接，叶片与横杆铰接，叶片可绕横杆转动以打开或覆盖竖向相邻两个横杆之间的间隙。该结构采用类似于单向阀的结构，器叶板设计简单，使用安装方便，横杆之间相互支撑，有利于提高叶板的强度。
进一步，滑环机构包括多组并列的动滑环及对应的多组定滑环，相邻的两个定滑环之间设置有弹簧，定滑环的内侧设有导向槽，支撑杆上设置有与导向槽配合的导轨，动滑环可跟随定滑环沿支撑杆的轴向上下移动，在定滑环上设置有升降机构，升降机构包括升降电机和升降螺杆，升降电机位于下侧定滑环的下方，升降螺杆与顶部的定滑环螺纹连接并穿过其下侧的定滑环。该结构的设计，能够使叶板能够被收起和放开，从而方便于在不同风速下，调整叶板的面积比，从而保证叶板的安全性。
进一步，所述叶片包括硬质塑料片和橡胶软片，硬质塑料片的上侧与横杆铰接、下侧连接橡胶软片，橡胶软片内设置有磁性条，在横杆上设置有与该磁性条磁性相反的磁体。该叶片的设计，能够利用相排斥的磁体的设计，防止叶片与横杆之间的相互碰撞，从而有效保护叶板。
进一步，竖向并列叶片远离横杆的一端通过拉杆串联，使竖向并列的叶片联动。该结构通过拉杆串联，保证叶片同步运动。
进一步，第一发电机的转轴横向布置在支撑杆的顶部，扇叶通过增速器与第一发电机的转子相连，尾翼连接在第一发电机定子的尾部，第一发电机定子的中部与支撑杆可转动连接；扇叶包括连接座、叶体、连杆、滑套、及弹性件，连接座包括依次连接的连接部、轴状部、及罩体部；连接部用于连接风力发电机的转轴，滑套套于轴状部上且沿轴状部滑动，弹性件抵于滑环与罩体部之间，连杆的两端分别与连接座及叶体的中部铰接，叶体的端部与滑套铰接。该结构的扇叶，能够根据风速大小自动调节扇叶的受风面积，从而保护扇叶。
进一步，智能控制系统，还包括控制器及风速传感器，
叶板通过滑环机构与支撑杆连接，滑环机构包括并列的滑环组，滑环组包括同轴的动滑环和定滑环，动滑环与叶板相连；叶板包括四组竖向并列的横杆和位于相邻横杆之间的叶片，横杆与动滑环固定连接，叶片与横杆铰接使叶片可绕横杆转动并打开或覆盖竖向相邻的两个横杆之间的间隙；相邻的两个定滑环之间设置有压缩状态的弹簧，定滑环的内侧设有导向槽，支撑杆上设置有与导向槽配合的导轨，在定滑环上设置有升降机构，升降机构包括升降电机和升降螺杆，升降电机位于下侧定滑环的下方，升降螺杆与顶部的定滑环螺纹连接并穿过其下侧的定滑环，升降机构与弹簧配合使相邻滑环组靠近或远离，叶片包括硬质塑料片和橡胶软片，硬质塑料片的上侧与横杆铰接、下侧连接橡胶软片，橡胶软片内设置有磁性条，在横杆上设置有与磁性条磁性相反的磁体；控制器分别与风速传感器及升降电机电连接，控制器可根据风速控制竖向相邻横杆之间的间距。通过控制器的设计，能够根据风速控制支撑杆两侧受风面积，从而防止支撑杆两侧受风力作用过大造成的损害，有效的保证设备的使用寿命。
进一步，其发电方法为：
步骤1：支撑杆一侧的叶片覆盖两横杆之间的间隙时，其相对侧的叶片在风力作用下绕横杆转动使横杆之间的间距被打开，支撑杆两侧的受风面积不均衡从而使叶板转动；
步骤2：控制器根据风速传感器测得的风速控制两横杆之间的间距，从而控制支撑杆两侧叶板的受风面积比，进而控制叶板的转速并保护叶板；
步骤3：当风速低于20m/s时，控制支撑杆两侧叶板的受风面积比为15-20；当风速为20-30m/s时，控制支撑杆两侧叶板的受风面积比为10-12；当风速为31-50m/s时，控制支撑杆两侧叶板的受风面积比为4-8；当风速大于50m/s时，控制支撑杆两侧叶板的受风面积比为1-2。
该方法通过实现叶板的自动控制，保证叶板使用的安全能够根据风力大小，调整叶板面积，具有高度的自动化和智能化。
进一步，磁性条由以下重量份的材料组成：20份三氧化二铁、12份氧化锌、4份蜂胶、14份苯基硅油、藻酸双酯钠、4份钛酸钡、7份聚酰胺树脂、14份纳米硅、7份聚乙烯、3份纳米氧化镧、12份氧化亚镍、3.6份五氧化二钒、6份纳米钛粉、12份竹炭纤维、0.4份氟化石墨烯；磁体由以下重量份的成分组成：28份钕、70份铁、2份硼、0.1份镝、0.2份铌、0.1份铝、0.03份铜、1份磁性碳、0.7份纳米硅、0.09份石墨烯、4份Ti-Ni-Pd合金。
该成分的磁性条具有柔软和磁性强的特性，能够有效防止磁性条脱磁，保证磁性条的安全使用性，具有弯曲性能强、结构和磁性稳定的特点，该成分的的磁体，具有结构强度大，抗弯曲、抗应力能力强，能够起到良好的支撑作用，且具有极强的磁性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：能够使得充分利用现有的风力发电机的支撑，从而进行风能的利用，为一种能够利用各个方向的气流进行风力发电的装置，其适应性强，兼容性好，能够竖向安装，空间占用量少。滑环结构能够方便的对叶板进行固定安装简化结构。能够根据风速控制支撑杆两侧受风面积，从而防止支撑杆两侧受风力作用过大造成的损害，有效的保证设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明中组合风能发电机主视图；
图2是本发明中扇叶结构图；
图中标记：1-第一发电装置，11-连接座，12-连杆，13-叶体，14-滑套，15-弹性件，2-叶板，3-升降机构，4-变速器，5-第二发电机。
具体实施方式
实施例1：
如图1、2所示，本发明公开了一种组合风能发电机，包括竖向设置的支撑杆，支撑杆上设置有第一发电装置1和第二发电装置；第一发电装置1包括第一发电机、扇叶、及尾翼；第二发电装置包括叶板2、驱动齿轮、变速器4、及第二发电机5；叶板2上设置有用于气流单向通过的叶片，多个叶板2竖向连接到支撑杆上且可绕支撑杆转动，环形的驱动齿轮连接在叶板2下方且与支撑杆同轴，驱动齿轮通过变速器4驱动第二发电机5。该结构设计的第二发电装置，能够使得充分利用现有的风力发电机的支撑，从而进行风能的利用，为一种能够利用各个方向的气流进行风力发电的装置，其适应性强，兼容性好，能够竖向安装，空间占用量少。叶板2通过滑环机构与支撑杆相连，滑环机构包括动滑环、定滑环，动滑环与定滑环同轴且动滑环位于定滑环外侧，定滑环与支撑杆连接且可沿支撑杆的轴向移动，动滑环与叶板2相连。该结构的滑环结构能够方便的对叶板2进行固定安装简化结构。叶板2包括多个竖向并列的横杆和叶片，横杆与动滑环固定连接，叶片与横杆铰接，叶片可绕横杆转动以打开或覆盖竖向相邻两个横杆之间的间隙。该结构采用类似于单向阀的结构，器叶板2设计简单，使用安装方便，横杆之间相互支撑，有利于提高叶板2的强度。滑环机构包括多组并列的动滑环及对应的多组定滑环，相邻的两个定滑环之间设置有弹簧，定滑环的内侧设有导向槽，支撑杆上设置有与导向槽配合的导轨，动滑环可跟随定滑环沿支撑杆的轴向上下移动，在定滑环上设置有升降机构3，升降机构3包括升降电机和升降螺杆，升降电机位于下侧定滑环的下方，升降螺杆与顶部的定滑环螺纹连接并穿过其下侧的定滑环。该结构的设计，能够使叶板2能够被收起和放开，从而方便于在不同风速下，调整叶板2的面积比，从而保证叶板2的安全性。叶片包括硬质塑料片和橡胶软片，硬质塑料片的上侧与横杆铰接、下侧连接橡胶软片，橡胶软片内设置有磁性条，在横杆上设置有与该磁性条磁性相反的磁体。该叶片的设计，能够利用相排斥的磁体的设计，防止叶片与横杆之间的相互碰撞，从而有效保护叶板2。竖向并列叶片远离横杆的一端通过拉杆串联，使竖向并列的叶片联动。该结构通过拉杆串联，保证叶片同步运动。
第一发电机的转轴横向布置在支撑杆的顶部，扇叶通过增速器与第一发电机的转子相连，尾翼连接在第一发电机定子的尾部，第一发电机定子的中部与支撑杆可转动连接；扇叶包括连接座11、叶体13、连杆12、滑套14、及弹性件15，连接座11包括依次连接的连接部、轴状部、及罩体部；连接部用于连接风力发电机的转轴，滑套14套于轴状部上且沿轴状部滑动，弹性件15抵于滑环与罩体部之间，连杆12的两端分别与连接座11及叶体13的中部铰接，叶体13的端部与滑套14铰接。该结构的扇叶，能够根据风速大小自动调节扇叶的受风面积，从而保护扇叶。
实施例2：
本发明公开了一种组合风能发电机，智能控制系统，控制器、风速传感器、竖向设置的支撑杆，支撑杆上设置有第一发电装置1和第二发电装置；第一发电装置1包括第一发电机、扇叶、及尾翼；第二发电装置包括叶板2、驱动齿轮、变速器4、及第二发电机5；叶板2上设置有用于气流单向通过的叶片，多个叶板2竖向连接到支撑杆上且可绕支撑杆转动，环形的驱动齿轮连接在叶板2下方且与支撑杆同轴，驱动齿轮通过变速器4驱动第二发电机5。
叶板2通过滑环机构与支撑杆连接，滑环机构包括并列的滑环组，滑环组包括同轴的动滑环和定滑环，动滑环与叶板2相连；叶板2包括四组竖向并列的横杆和位于相邻横杆之间的叶片，横杆与动滑环固定连接，叶片与横杆铰接使叶片可绕横杆转动并打开或覆盖竖向相邻的两个横杆之间的间隙；相邻的两个定滑环之间设置有压缩状态的弹簧，定滑环的内侧设有导向槽，支撑杆上设置有与导向槽配合的导轨，在定滑环上设置有升降机构3，升降机构3包括升降电机和升降螺杆，升降电机位于下侧定滑环的下方，升降螺杆与顶部的定滑环螺纹连接并穿过其下侧的定滑环，升降机构3与弹簧配合使相邻滑环组靠近或远离，叶片包括硬质塑料片和橡胶软片，硬质塑料片的上侧与横杆铰接、下侧连接橡胶软片，橡胶软片内设置有磁性条，在横杆上设置有与磁性条磁性相反的磁体；控制器分别与风速传感器及升降电机电连接，控制器可根据风速控制竖向相邻横杆之间的间距。通过控制器的设计，能够根据风速控制支撑杆两侧受风面积，从而防止支撑杆两侧受风力作用过大造成的损害，有效的保证设备的使用寿命。
实施例3
基于实施例2的一种组合风能发电机的智能控制系统，其发电方法为：
步骤1：支撑杆一侧的叶片覆盖两横杆之间的间隙时，其相对侧的叶片在风力作用下绕横杆转动使横杆之间的间距被打开，支撑杆两侧的受风面积不均衡从而使叶板2转动；
步骤2：控制器根据风速传感器测得的风速控制两横杆之间的间距，从而控制支撑杆两侧叶板2的受风面积比，进而控制叶板2的转速并保护叶板2；
步骤3：当风速低于20m/s时，控制支撑杆两侧叶板2的受风面积比为15-20；当风速为20-30m/s时，控制支撑杆两侧叶板2的受风面积比为10-12；当风速为31-50m/s时，控制支撑杆两侧叶板2的受风面积比为4-8；当风速大于50m/s时，控制支撑杆两侧叶板2的受风面积比为1-2。
该方法通过实现叶板2的自动控制，保证叶板2使用的安全能够根据风力大小，调整叶板2面积，具有高度的自动化和智能化。
实施例4
实施例1或2中，磁性条由以下重量份的材料组成：20份三氧化二铁、12份氧化锌、4份蜂胶、14份苯基硅油、藻酸双酯钠、4份钛酸钡、7份聚酰胺树脂、14份纳米硅、7份聚乙烯、3份纳米氧化镧、12份氧化亚镍、3.6份五氧化二钒、6份纳米钛粉、12份竹炭纤维、0.4份氟化石墨烯；磁体由以下重量份的成分组成：28份钕、70份铁、2份硼、0.1份镝、0.2份铌、0.1份铝、0.03份铜、1份磁性碳、0.7份纳米硅、0.09份石墨烯、4份Ti-Ni-Pd合金。
该成分的磁性条具有柔软和磁性强的特性，能够有效防止磁性条脱磁，保证磁性条的安全使用性，具有弯曲性能强、结构和磁性稳定的特点，该成分的的磁体，具有结构强度大，抗弯曲、抗应力能力强，能够起到良好的支撑作用，且具有极强的磁性。
Claims (3)
1.一种可改变受风面积的风能发电机，安装在竖向设置的支撑杆的顶部，其特征在于，包括第一发电机、扇叶、及尾翼；第一发电机的转轴横向布置在支撑杆的顶部，扇叶通过增速器与第一发电机的转子相连，尾翼连接在第一发电机定子的尾部，第一发电机定子的中部与支撑杆可转动连接；扇叶包括连接座（11）、叶体（13）、连杆（12）、滑套（14）、及弹性件（15），连接座（11）包括依次连接的连接部、轴状部、及罩体部；连接部用于连接风力发电机的转轴，滑套（14）套于轴状部上且沿轴状部滑动，弹性件（15）抵于滑环与罩体部之间，连杆（12）的两端分别与连接座（11）及叶体（13）的中部铰接，叶体（13）的端部与滑套（14）铰接，该扇叶用于根据风速大小自动调节扇叶的受风面积；
在支撑杆的中部设置有第二发电装置；第二发电装置包括包括叶板（2）、驱动齿轮、变速器（4）、及第二发电机（5）；叶板（2）通过滑环机构固定连接到竖直的支撑杆上；滑环机构包括动滑环、定滑环，定滑环和动滑环分别具有并列的多组且一一对应，动滑环与定滑环同轴且动滑环位于定滑环外侧，定滑环与支撑杆连接且可沿支撑杆的轴向移动，动滑环可跟随定滑环沿支撑杆的轴向上下移动，动滑环与叶板（2）相连；多个叶板竖向连接到支撑杆上且可绕支撑杆转动，环形的驱动齿轮连接在叶板下方且与支撑杆同轴，驱动齿轮通过变速器驱动第二发电机；叶板（2）包括多个竖向并列的横杆和叶片，横杆与动滑环固定连接，叶片与横杆铰接，叶片可绕横杆转动以打开或覆盖竖向相邻两个横杆之间的间隙并用于气流单向通过；在相邻的两个定滑环之间设置有呈压缩状态的弹簧；在定滑环上设置有升降机构（3），升降机构（3）包括升降电机和升降螺杆，升降电机位于下侧定滑环的下方，升降螺杆与顶部的定滑环螺纹连接并穿过其下侧的定滑环；升降机构与弹簧配合以实现电控方式将相邻定滑环靠近或远离；相邻定滑环相互靠近或远离时相邻横杆之间的间距变化并使叶板的受风面积变化。
2.根据权利要求1所述的可改变受风面积的风能发电机，其特征在于，叶片包括硬质塑料片和橡胶软片，硬质塑料片的上侧与横杆铰接、下侧连接橡胶软片，橡胶软片内设置有磁性条，在横杆上设置有与该磁性条磁性相反的磁体。
3.根据权利要求2所述的可改变受风面积的风能发电机，其特征在于，定滑环的内侧设有导向槽，支撑杆上设置有与导向槽配合的导轨。
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