CN112128051B - 一种垂直式多层风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电领域,具体公开了一种垂直式多层风力发电装置,包括垂直于地面的支架,支架内部为中空,支架上设置有三组发电模块,发电模块均包括有发电机与水平叶片,发电机呈周向均匀分布固定在支架底部;支架周测开设有三个同轴线的环形槽,环形槽等间距分布,环形槽内均转动连接有同轴线的转轮,转轮内侧壁上均设置有齿形,转轮周测均固定有水平设置的水平叶片;支架内壁上转动连接有三根竖向设置的传动杆,传动杆呈周向均匀分布,传动杆底端与在发电机的转子固定连接,传动杆上均固定有传动齿轮,传动齿轮均穿出支架与对应的转轮啮合;本发明意在解决现有垂直轴风力发电装置发电功率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,具体公开了一种垂直式多层风力发电装置。
背景技术
风能是水能之外最具规模应用前景的可再生能源,受到世界各国的高度重视。中国已成为世界上最活跃的风电市场。2009年全国新增风电装机容量超过800万千瓦,累计总容量已达2000万千瓦以上。因此,我国风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广阔;其中垂直轴风力发电机以其受力情况合理、噪声低、工作稳定、方便维修等优点在风力发电领域迅速推广,但受当前建筑发达的影响,风力大小能够满足发电的区域也越发减少,因此如何在有效区域内提高发电功率是当前切实需要解决的问题。通常垂直轴风力发电机提高发电功率的方式为增大叶片直径,但叶片直径的增大会降低风场面积的有效利用率,降低风力发电机装机密度,不能充分利用垂直轴风力发电机在高度方向上可以任取截风面积的优势。
发明内容
本发明意在提供一种垂直式多层风力发电装置,以解决现有垂直轴风力发电装置发电功率低的问题。
为了达到上述目的,本发明的基础方案为:
一种垂直式多层风力发电装置,包括垂直于地面的支架,支架内部为中空,支架上设置有三组发电模块,发电模块均包括有发电机与水平叶片,发电机呈周向均匀分布固定在支架底部;支架周测开设有三个同轴线的环形槽,环形槽等间距分布,环形槽内均转动连接有同轴线的转轮,转轮内侧壁上均设置有齿形,转轮周测均固定有水平设置的水平叶片,水平叶片由上至下直径逐渐减小;支架内壁上转动连接有三根竖向设置的传动杆,传动杆呈周向均匀分布,传动杆底端与在发电机的转子固定连接,传动杆上均固定有水平设置的传动齿轮,传送齿轮分别平行于对应的水平叶片,且传动齿轮均穿出支架与对应的转轮啮合。
可选地,环形槽底部均固定连接有环形的第一电磁铁,转轮底部均固定连接有第二电磁铁,第一电磁铁、第二电磁铁与支架共轴线,第二电磁铁与第一电磁铁的相向面的磁极相同,且第一电磁铁与第二电磁铁均由发电机进行供电;所述传动齿轮与齿均为直齿,且转轮可在环形槽内竖向滑动。
可选地,水平叶片的端部上设置有辅助装置,辅助装置包括竖向固定在水平叶片上的支杆,支杆端部固定有水平设置的横杆,横杆垂直于水平叶片,横杆上转动连接有辅助叶片。
可选地,第一电磁铁的顶端均开设有环形的凹槽,凹槽内设置有若干支撑轮,支撑轮转动连接有同轴线的转轴,转轴的两端水平固定在凹槽内,支撑轮的顶端突出凹槽,支撑轮与转轴表面均镀有绝磁层,支撑轮用于支撑第二电磁铁。
可选地,转轮顶端均固定有环形的第三电磁铁,环形槽顶部均固定有环形的第四电磁铁,第三电磁铁、第四电磁铁与支架共轴线,第四电磁铁与第三电磁铁的相向面的磁极相同,第三电磁铁与第四电磁铁均由发电机进行供电;且第三电磁铁与第四电磁铁之间产生的斥力小于第一电磁铁与第二电磁铁之间产生的斥力。
可选地,转轮内壁上开设有环形的连接槽,所述齿形设置在连接槽内,传动齿轮伸入连接槽与齿形啮合,且连接槽的宽度大于传动齿轮的厚度。
本方案的工作原理及有益效果在于:
1.本方案中设置有上下依次分布的三层水平叶片,竖向上的风场产生时,三层水平叶片与风场的接触面积更大,能够提高风场面积的有效利用率,从而提高发电功率;同时顶端水平叶片直径最大,顶端水平叶片转动受垂直风场影响而转动时,水平叶片本身也会产生小型垂直风场,从而驱动底部直径小的水平叶片转动,达到辅助发电的效果;两者共同作用下,在不降低风力发电机装机密度的情况下,有效的提高了发电总功率。
2.通过设置四个电磁铁,利用电磁铁之间的斥力使转轮与叶片呈飘浮状态,减少转轮与支架之间的摩擦,降低转轮机械能的损耗,将更多的机械能转换为电能,从而提高发电装置的发电功率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图;
图2为本发明实施例的纵向剖视图;
图3为图2中A处的放大示意图;
图4为本发明实施例的横向剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:支架1、环形槽2、转轮3、水平叶片4、支杆5、横杆6、辅助叶片7、第一电磁铁8、第二电磁铁9、第三电磁铁10、第四电磁铁11、发电机12、传动杆13、传动齿轮14、支撑轮15。
实施例
如图1、图2、图3与图4所示:
一种垂直式多层风力发电装置,包括垂直于地面的支架1,支架1内部为中空,支架1上设置有三组发电模块,发电模块均包括有发电机12与水平叶片4,发电机12呈周向均匀分布固定在支架1底部;支架1周测开设有三个同轴线的环形槽2,环形槽2等间距分布,环形槽2内均转动连接有同轴线的转轮3,转轮3内侧壁上均设置有齿形,转轮3周测均固定有水平设置的水平叶片4,水平叶片4由上至下直径逐渐减小;支架1内壁上转动连接有三根竖向设置的传动杆13,传动杆13呈周向均匀分布,传动杆13底端与在发电机12的转子固定连接,传动杆13上均固定有水平设置的传动齿轮14,传送齿轮分别平行于对应的水平叶片4,且传动齿轮14均穿出支架1与对应的转轮3啮合;所述环形槽2底部均固定连接有环形的第一电磁铁8,转轮3底部均固定连接有第二电磁铁9,第一电磁铁8、第二电磁铁9与支架1共轴线,第二电磁铁9与第一电磁铁8的相向面的磁极相同,且第一电磁铁8与第二电磁铁9均由发电机12进行供电;所述传动齿轮14与齿均为直齿,且转轮3可在环形槽2内竖向滑动;水平叶片4的端部上设置有辅助装置,辅助装置包括竖向固定在水平叶片4上的支杆5,支杆5端部固定有水平设置的横杆6,横杆6垂直于水平叶片4,横杆6上转动连接有辅助叶片7;所述第一电磁铁8的顶端均开设有环形的凹槽,凹槽内设置有若干支撑轮15,支撑轮15转动连接有同轴线的转轴,转轴的两端水平固定在凹槽内,支撑轮15的顶端突出凹槽,支撑轮15与转轴表面均镀有绝磁层,支撑轮15用于支撑第二电磁铁9;所述转轮3顶端均固定有环形的第三电磁铁10,环形槽2顶部均固定有环形的第四电磁铁11,第三电磁铁10、第四电磁铁11与支架1共轴线,第四电磁铁11与第三电磁铁10的相向面的磁极相同,第三电磁铁10与第四电磁铁11均由发电机12进行供电;且第三电磁铁10与第四电磁铁11之间产生的斥力小于第一电磁铁8与第二电磁铁9之间产生的斥力;所述转轮3内壁上开设有环形的连接槽,所述齿形设置在连接槽内,传动齿轮14伸入连接槽与齿形啮合,且连接槽的宽度大于传动齿轮14的厚度。
具体实施方式:
当产生垂直方向上的风场时,风场通过带动水平叶片4的转动,驱动转轮3转动,而转轮3转动过程中带动第二电磁铁9在支撑轮15上移动,利用支撑轮15的转动可减少转轮3起步过程中的摩擦耗能,使转轮3的转速能够快速提升至发电所需的速率;当转轮3的转速提升发电所需的速率后,转轮3的转动通过与传动齿轮14的啮合驱动传动杆13转动,传动杆13则带动发电机12的转子转动,将传动杆13上的机械能转化为电能,发电机12开始发电;同时,本实施例中所设置的三层水平叶片4与风场的接触面积更大,能够提高风场面积的有效利用率,从而提高发电功率;同时顶端水平叶片4直径最大,顶端水平叶片4转动受垂直风场影响而转动时,水平叶片4本身也会产生小型垂直风场,从而驱动底部直径小的水平叶片4转动,达到辅助发电的效果;两者共同作用下,在不降低风力发电机12装机密度的情况下,有效的提高了发电总功率。
发电机12发电的同时,发电机12为第一电磁铁8、第二电磁铁9、第三电磁铁10与第四电磁铁11供电,利用第一电磁铁8与第二电磁铁9之间产生的斥力,将转轮3抬升之间悬浮状态,降低转轮3转动过程中因与环形槽2之间的摩擦力而造成的机械能损耗,将更多的机械能传递至发电机12转换为电能,达到提高发电效率的效果;而第三电磁铁10与第四电磁铁11之间所产生的斥力则对转轮3起到限位作用,防止因水平叶片4转速过快产生的抬升力使转轮3上升至与环形槽2紧贴,造成机械能损耗,避免发电效率的降低。
当产生水平方向上的风场时,风场则驱动辅助叶片7的转动,辅助叶片7转动时产生的推动力与水平叶片4垂直,从而推动水平叶片4转动,同样能够达到发电的效果。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。
Claims (6)
1.一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:包括垂直于地面的支架,支架内部为中空,支架上设置有三组发电模块,发电模块均包括有发电机与水平叶片,发电机呈周向均匀分布固定在支架底部;支架周测开设有三个同轴线的环形槽,环形槽等间距分布,环形槽内均转动连接有同轴线的转轮,转轮内侧壁上均设置有齿形,转轮周测均固定有水平设置的水平叶片,水平叶片的水平方向长度由上至下逐渐减小;支架内壁上转动连接有三根竖向设置的传动杆,传动杆呈周向均匀分布,传动杆底端与在发电机的转子固定连接,传动杆上均固定有水平设置的传动齿轮,传送齿轮分别平行于对应的水平叶片,且传动齿轮均穿出支架与对应的转轮啮合。
2.根据权利要求1所述的一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:所述环形槽底部均固定连接有环形的第一电磁铁,转轮底部均固定连接有第二电磁铁,第一电磁铁、第二电磁铁与支架共轴线,第二电磁铁与第一电磁铁的相向面的磁极相同,且第一电磁铁与第二电磁铁均由发电机进行供电;所述传动齿轮与齿均为直齿,且转轮可在环形槽内竖向滑动。
3.根据权利要求2所述的一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:所述水平叶片的端部上设置有辅助装置,辅助装置包括竖向固定在水平叶片上的支杆,支杆端部固定有水平设置的横杆,横杆垂直于水平叶片,横杆上转动连接有辅助叶片。
4.根据权利要求3所述的一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:所述第一电磁铁的顶端均开设有环形的凹槽,凹槽内设置有若干支撑轮,支撑轮转动连接有同轴线的转轴,转轴的两端水平固定在凹槽内,支撑轮的顶端突出凹槽,支撑轮与转轴表面均镀有绝磁层,支撑轮用于支撑第二电磁铁。
5.根据权利要求4所述的一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:所述转轮顶端均固定有环形的第三电磁铁,环形槽顶部均固定有环形的第四电磁铁,第三电磁铁、第四电磁铁与支架共轴线,第四电磁铁与第三电磁铁的相向面的磁极相同,第三电磁铁与第四电磁铁均由发电机进行供电;且第三电磁铁与第四电磁铁之间产生的斥力小于第一电磁铁与第二电磁铁之间产生的斥力。
6.根据权利要求5所述的一种垂直式多层风力发电装置,其特征在于:所述转轮内壁上开设有环形的连接槽,所述齿形设置在连接槽内,传动齿轮伸入连接槽与齿形啮合,且连接槽的宽度大于传动齿轮的厚度。
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