CN109915316A - 一种具有自动调节功能的风能发电装置 - Google Patents

一种具有自动调节功能的风能发电装置 Download PDF

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张晨
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Abstract

本发明提供了一种具有自动调节功能的风能发电装置，属于新能源利用技术领域。它解决了现有风能发电装置不能自动调节等技术问题。本风能发电装置包括支撑柱，支撑柱由上至下依次间隔套设有上环体、中环体和下环体，下环体轴向固定周向转动连接在支撑柱上且下环体上连接有发电机转子，上环体和中环体均滑动套设在支撑柱上；上环体上方连接有套管，套管上连接有升降翼；升降翼在气流的驱动下能够带动套管轴向移动，中环体和下环体通过多级平行四杆机构连接有发电叶片，多级平行四杆机构的中部铰接点还铰接有连接拉杆，连接拉杆的端部与上环体相铰接。本发明中的风能发电装置能够根据风速大小自动调节发电叶片的直径，减小波动，提高了其使用寿命。

Description

一种具有自动调节功能的风能发电装置
技术领域
本发明属于新能源利用装置技术领域，涉及一种风能发电装置，特别是一种具有自动调节功能的风能发电装置。
背景技术
风能是空气流动所产生的动能；由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水平气压梯度的作用下，空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大，一年中技术可开发的能量约5.3X10^13千瓦时。风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，但它的能量密度低(只有水能的1/800)，并且不稳定。在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术，通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。风力发电是指把风的动能转为电能，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。通过把风的动能转化为转子旋转的动作去推动发电机，以产生电力。
海洋上也蕴含丰富的风能，但是海洋风向及风速波动较大，较小的风力有时启动不了发电叶轮，较大的风力又会使得发电机承受不了冲击，对发电机设备造成不利影响。
中国专利(公告号：CN204961170U，公开日：2016-01-13)公开了一种风能-潮流能发电装置，包括风力发电机、潮流能发电机和浮体，风力发电机安装在浮体的上方，潮流能发电机安装在浮体的下方，浮体为中空结构，风力发电机为垂直轴风力发电机，潮流能发电机为垂直轴潮流能发电机；风力发电机包括风机和底部发电机，风机由上转轴、萨窝纽斯叶片和达里厄叶片组成，萨窝纽斯叶片通过幅轮连接在上转轴上，达里厄叶片的两端均与上转轴相连接，上转轴的底端连接在底部发电机上；萨窝纽斯叶片和达里厄叶片均设有3片。
上述专利文献中的叶片不能自动调节，不能很好的适应复杂多变的气流环境。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种具有自动调节功能的风能发电装置，本发明所要解决的技术问题是：如何提高风能发电装置的自动调节能力从而适应不同的风速大小。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种具有自动调节功能的风能发电装置，包括支撑柱，其特征在于，所述支撑柱由上至下依次间隔套设有上环体、中环体和下环体，所述下环体轴向固定周向转动连接在所述支撑柱上且所述下环体上连接有发电机转子，所述上环体和中环体均滑动套设在所述支撑柱上；所述上环体上方还连接有套管，所述套管上连接有升降翼和尾翼；所述升降翼在气流的驱动下能够带动所述套管轴向移动，所述中环体和下环体通过多级平行四杆机构连接有发电叶片，所述多级平行四杆机构的中部铰接点还铰接有连接拉杆，所述连接拉杆的端部与所述上环体相铰接。
其原理如下：下环体连接发电机转子，气流通过发电叶片带动下环体转动时，驱动发电机转子转动产生电能，中环体与上环体能够沿着支撑柱上下移动，中环体与下环体分别连接多级平行四杆机构的两个端点，即每个发电叶片由多级平行四杆机构控制其伸缩，上环体通过连接拉杆与多级平行四杆机构的中部铰接点相连接，上环体向上移动时能够拉动多级平行四杆机构变形，套管上设置的升降翼与飞机的机翼原理相似，气流流过升降翼会使得升降翼上升从而使得多级平行四杆机构变形，进一步使得发电叶片直径变小，减小发电机受到的力矩。反之，当气流速度降低时，升降翼下降，上环体及套筒在重力作用下下降，从而使得发电叶片直径变大，以便提高力矩。套管上设置的尾翼保证升降翼始终朝向气流流来的方向。
本风能发电装置能够根据气流力的大小自动调节发电叶片的直径，从而使得发电叶片的大小能够根据气流力做适应性的调节，当气流速度较小时增大发电叶片直径使其获得更大的力矩，以便启动发电机，当气流力较大时，能够减小发电叶片的直径从而降低发电机受到大的力矩，减小波动，提高其使用寿命。
在上述的具有自动调节功能的风能发电装置中，所述多级平行四杆机构包括连杆一、连杆二、连杆三、连杆四和连接杆，所述连杆一的一端与所述中环体的外周面相铰接，所述连杆二的一端与所述下环体的外周面相铰接，所述连杆三的一端与所述发电叶片的上侧相铰接，所述连杆四的一端与所述发电叶片的下侧相铰接；所述连杆一的另一端与所述连杆三的另一端以及连接杆的一端相铰接，所述连杆二的另一端与所述连杆四的另一端以及连接杆的另一端相铰接；所述连接拉杆的端部铰接在所述连杆一与连杆三相铰接的位置。
在上述的具有自动调节功能的风能发电装置中，所述发电叶片的数量为六个且沿所述支撑柱的周向均匀间隔分布，每个所述发电叶片均通过一个所述多级平行四杆机构与所述中环体以及下环体相连接。
在上述的具有自动调节功能的风能发电装置中，所述上环体的上端与所述套管的底部通过旋转接头连接。
进一步的，可以在上环体与中环体之间设置支撑弹簧，以便随着升降翼的升降控制上环体的上下运动。
在上述的具有自动调节功能的风能发电装置中，所述尾翼具有连接臂，所述连接臂与所述套管周向固连，所述升降翼的一端与所述套管固连，另一端沿所述套管的径向向外延伸；所述升降翼的数量为两个且对称设置在所述套管的两侧；所述尾翼的数量为一个，所述尾翼呈竖向设置的板状，所述连接臂的长度方向与所述升降翼的长度方向相垂直。
与现有技术相比，本发明中的风能发电装置能够根据气流力的大小自动调节发电叶片的直径，从而使得发电叶片的大小能够根据气流力做适应性的调节，当气流速度较小时增大发电叶片直径使其获得更大的力矩，以便启动发电机，当气流力较大时，能够减小发电叶片的直径从而降低发电机受到大的力矩，减小波动，提高其使用寿命。
附图说明
图1是本风能发电装置的结构示意图。
图2是本风能发电装置的局部俯视结构示意图。
图3是本风能发电装置的局部侧视结构示意图。
图中，1、支撑柱；2、上环体；3、中环体；4、下环体；5、多级平行四杆机构；51、连杆一；52、连杆二；53、连杆三；54、连杆四；55、连接杆；6、发电叶片；8、连接拉杆；9、套管；10、升降翼；11、尾翼；11a、连接臂；12、旋转接头；13、发电机转子。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2和图3所示，本风能发电装置包括支撑柱1，支撑柱1由上至下依次间隔套设有上环体2、中环体3和下环体4，下环体4轴向固定周向转动连接在支撑柱1上且下环体4上连接有发电机转子13，上环体2和中环体3均滑动套设在支撑柱1上；上环体2上方还连接有套管9，套管9上连接有升降翼10和尾翼11；升降翼10在气流的驱动下能够带动套管9轴向移动，中环体3和下环体4通过多级平行四杆机构5连接有发电叶片6，多级平行四杆机构5的中部铰接点还铰接有连接拉杆8，连接拉杆8的端部与上环体2相铰接；上环体2的上端与套管9的底部通过旋转接头12连接；上环体2与中环体3之间设置支撑弹簧，以便随着升降翼10的升降控制上环体2的上下运动。
进一步的，如图1所示，多级平行四杆机构5包括连杆一51、连杆二52、连杆三53、连杆四54和连接杆55，连杆一51的一端与中环体3的外周面相铰接，连杆二52的一端与下环体4的外周面相铰接，连杆三53的一端与发电叶片6的上侧相铰接，连杆四54的一端与发电叶片6的下侧相铰接；连杆一51的另一端与连杆三53的另一端以及连接杆55的一端相铰接，连杆二52的另一端与连杆四54的另一端以及连接杆55的另一端相铰接；连接拉杆8的端部铰接在连杆一51与连杆三53相铰接的位置。
如图2所示，发电叶片6的数量为六个且沿支撑柱1的周向均匀间隔分布，每个发电叶片6均通过一个多级平行四杆机构5与中环体3以及下环体4相连接。
如图3所示，尾翼11具有连接臂11a，连接臂11a与套管9周向固连，升降翼10的一端与套管9固连，另一端沿套管9的径向向外延伸；升降翼10的数量为两个且对称设置在套管9的两侧；尾翼11的数量为一个，尾翼11呈竖向设置的板状，连接臂11a的长度方向与升降翼10的长度方向相垂直。
使用时，气流通过发电叶片6带动下环体4转动时，驱动发电机转子13转动产生电能，中环体3与上环体2能够沿着支撑柱1上下移动，中环体3与下环体4分别连接多级平行四杆机构5的两个端点，即每个发电叶片6由多级平行四杆机构5控制其伸缩，上环体2通过连接拉杆8与多级平行四杆机构5的中部铰接点相连接，上环体2向上移动时能够拉动多级平行四杆机构5变形，套管9上设置的升降翼10与飞机的机翼原理相似，气流流过升降翼10会使得升降翼10上升从而使得多级平行四杆机构5变形，进一步使得发电叶片6直径变小，减小发电机受到的力矩。反之，当气流速度降低时，升降翼10下降，上环体2及套筒在重力作用下下降，从而使得发电叶片6直径变大，以便提高力矩。套管9上设置的尾翼11保证升降翼10始终朝向气流流来的方向。
本风能发电装置能够根据气流力的大小自动调节发电叶片6的直径，从而使得发电叶片6的大小能够根据气流力做适应性的调节，当气流速度较小时增大发电叶片6直径使其获得更大的力矩，以便启动发电机，当气流力较大时，能够减小发电叶片6的直径从而降低发电机受到大的力矩，减小波动，提高其使用寿命。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1、支撑柱；2、上环体；3、中环体；4、下环体；5、多级平行四杆机构；51、连杆一；52、连杆二；53、连杆三；54、连杆四；55、连接杆；6、发电叶片；8、连接拉杆；9、套管；10、升降翼；11、尾翼；11a、连接臂；12、旋转接头；13、发电机转子等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种具有自动调节功能的风能发电装置，包括支撑柱(1)，其特征在于，所述支撑柱(1)由上至下依次间隔套设有上环体(2)、中环体(3)和下环体(4)，所述下环体(4)轴向固定周向转动连接在所述支撑柱(1)上且所述下环体(4)上连接有发电机转子(13)，所述上环体(2)和中环体(3)均滑动套设在所述支撑柱(1)上；所述上环体(2)上方还连接有套管(9)，所述套管(9)上连接有升降翼(10)和尾翼(11)；所述升降翼(10)在气流的驱动下能够带动所述套管(9)轴向移动，所述中环体(3)和下环体(4)通过多级平行四杆机构(5)连接有发电叶片(6)，所述多级平行四杆机构(5)的中部铰接点还铰接有连接拉杆(8)，所述连接拉杆(8)的端部与所述上环体(2)相铰接。
2.根据权利要求1所述的具有自动调节功能的风能发电装置，其特征在于，所述多级平行四杆机构(5)包括连杆一(51)、连杆二(52)、连杆三(53)、连杆四(54)和连接杆(55)，所述连杆一(51)的一端与所述中环体(3)的外周面相铰接，所述连杆二(52)的一端与所述下环体(4)的外周面相铰接，所述连杆三(53)的一端与所述发电叶片(6)的上侧相铰接，所述连杆四(54)的一端与所述发电叶片(6)的下侧相铰接；所述连杆一(51)的另一端与所述连杆三(53)的另一端以及连接杆(55)的一端相铰接，所述连杆二(52)的另一端与所述连杆四(54)的另一端以及连接杆(55)的另一端相铰接；所述连接拉杆(8)的端部铰接在所述连杆一(51)与连杆三(53)相铰接的位置。
3.根据权利要求2所述的具有自动调节功能的风能发电装置，其特征在于，所述发电叶片(6)的数量为六个且沿所述支撑柱(1)的周向均匀间隔分布，每个所述发电叶片(6)均通过一个所述多级平行四杆机构(5)与所述中环体(3)以及下环体(4)相连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有自动调节功能的风能发电装置，其特征在于，所述上环体(2)的上端与所述套管(9)的底部通过旋转接头(12)连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的具有自动调节功能的风能发电装置，其特征在于，所述尾翼(11)具有连接臂(11a)，所述连接臂(11a)与所述套管(9)周向固连，所述升降翼(10)的一端与所述套管(9)固连，另一端沿所述套管(9)的径向向外延伸；所述升降翼(10)的数量为两个且对称设置在所述套管(9)的两侧；所述尾翼(11)的数量为一个，所述尾翼(11)呈竖向设置的板状，所述连接臂(11a)的长度方向与所述升降翼(10)的长度方向相垂直。
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