CN112796947B - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，包括风能收集构件的底部设置的容纳件，风能转化构件包括漆包线线圈、整流电路，漆包线线圈均匀分布在容纳件的内腔中，漆包线线圈与整流电路一一对应地连接，整流电路以串联的方式连接，以向外界输出电能。基座包括开口朝上的凹槽和位于凹槽内部的容纳件；连接件用于连接风能收集构件和基座；杆件其沿着竖直方向设置，杆件的上部伸入容纳件的内腔，杆件的中部位于凹槽中，杆件的下部与基座固定连接；磁铁安装在杆件的上部，且位于漆包线线圈的内部，在风力的作用下，漆包线线圈在磁场中运动，从而生成感应电动势。本发明采用机械能转化为电能的方式，解决了发电构件易产生疲劳破坏的问题。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，尤其涉及一种风力发电装置。

背景技术

不可再生能源是我国目前主要的能源来源，为了实现可持续发展，相关研究者一直在探索和发展可再生能源的利用方法。现有的可再生能源的利用形式主要有水力发电、太阳能发电、风力发电等，其中水力发电对水域的上、下游生态影响巨大，破坏生物多样性；太阳能发电装置造价昂贵、占地面积大；相对于其他能源利用形式风力发电具有对生态环境影响小，造价相对较低等优势。

现有的风力发电设备主要分为有桨叶风力发电机和无桨叶风力发电机，其中有桨叶发电机有尺寸巨大、要求大风速、对风向要求较为严格以及需要定期维护润滑等缺点。现有的无桨叶风力发电从运动形式上分主要有旋转发电和振动发电，其中旋转发电需要定期润滑维护，对风向也有一定要求，振动发电有结构简单、不需要润滑、占地小以及可在低风速环境下工作等优势。

现有的无桨叶振动发电机包括上下抽动式发电和摆动式发电两种类型。上下抽动式发电主要利用结构上下表面压力差，风对构件形成一定升力，但存在如下问题：当风速较稳定时，机构总是趋于平衡，振动到一定程度机构会停止振动。而对于摆动式发电，当稳定的风速吹向具有一定尺寸的细长杆结构时，会对杆件产生垂直于风速方向的力，使杆件沿着垂直于风速的方向摆动，其机械能转化为电能的方式主要为压电式发电，但这种能量转化方法会使主要发电构件产生疲劳破坏。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种风力发电装置，其解决了发电构件易产生疲劳破坏的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供一种风力发电装置，所述风力发电装置包括：

风能收集构件，用于收集风能；所述风能收集构件的底部设置有容纳件；

风能转化构件，所述风能转化构件包括若干个漆包线线圈、若干组整流电路，所述若干个漆包线线圈均匀分布在所述容纳件的内腔中，所述若干个漆包线线圈与所述若干组整流电路一一对应地连接，所述若干组整流电路以串联的方式连接，以向外界输出电能；

基座，包括开口朝上的凹槽，所述风能收集构件的所述容纳件位于所述凹槽中；

连接件，所述连接件用于连接所述风能收集构件和所述基座；

杆件，其沿着竖直方向设置，所述杆件的上部伸入所述容纳件的内腔，所述杆件的中部位于所述凹槽中，所述杆件的下部与所述基座固定连接；

磁铁，所述磁铁安装在所述杆件的上部，且位于六组所述若干个漆包线线圈的内部，所述磁铁在周围产生磁场，在风力的作用下，所述若干个漆包线线圈在磁场中运动，从而生成感应电动势。

可选地，所述风能收集构件还包括锥形杆和中间构件；所述锥形杆、所述中间构件和所述容纳件由上至下依次设置；

所述锥形杆和所述容纳件均与所述中间构件固定连接。

可选地，所述锥形杆包括杆体和设置在所述杆体底部的第一螺纹孔；

所述中间构件包括圆柱状的主体部；所述主体部的上端面设置有第一螺纹柱；所述第一螺纹柱与所述主体部同轴设置，且所述第一螺纹柱与所述第一螺纹孔连接；

所述主体部的上端面设置有导线孔；所述主体部的底部设置有第二螺纹孔；

所述容纳件包括半球状的容纳部；所述容纳部为中空结构，且底部设置开口，所述容纳部用于容纳所述若干个漆包线线圈、所述磁铁和所述杆件的上部；所述容纳部的上侧设置有第二螺纹柱，所述第二螺纹柱与所述第二螺纹孔连接。

可选地，所述锥形杆、所述中间构件和所述容纳件均为内部空心的薄壳结构。

可选地，所述基座还包括沿竖直方向延伸的通孔；所述凹槽呈半球状，所述通孔连通所述凹槽的最低点和所述基座的下端面；所述杆件的下部与所述通孔固定连接。

可选地，所述连接件包括弹性体胶条和螺栓，所述弹性体胶条的两端分别设置有孔，用于插入所述螺栓；

所述中间构件的所述主体部的外周向侧壁均匀设置有若干个中间构件连接孔；所述基座的所述凹槽的边缘部均匀设置有若干个基座连接孔；所述若干个中间构件连接孔与所述若干个基座连接孔一一对应；

所述弹性体胶条的一端连接所述中间构件连接孔，另一端连接所述基座连接孔。

可选地，所述若干个漆包线线圈构造为半球形。

可选地，所述风能收集构件采用高强度树脂，所述漆包线线圈采用铜线，所述基座采用木材，所述杆件采用铸铁。

可选地，每个所述整流电路包括四个二极管和一个电容；

所述四个二极管连接成矩形结构，其中所述矩形结构的两个对角分别与所述若干组整流电路串联在一起的两组导线相连，另外两个对角与所述电容连接，所述电容的两端输出直流电。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提出的风力发电装置，具有以下有益效果：

1、从生态环境上，本发明尺寸小且无叶片，所以不会像传统风力发电设备有鸟类撞击到高速旋转的叶片上致其死亡；另外噪声也会远远小于传统风力发电设备，对生态环境影响基本可忽略。

2、从经济实用上，本发明无需润滑、无需定期维护，主要构件不会产生疲劳，此装置材料易得，结构简单，经济实惠。

3、从适用范围上，本发明可以设定风速响应范围，基座的凹槽沿着其径向各个方向的截面均为半圆形，呈各向同性，所以对风速方向没有要求。

附图说明

图1为本发明的风力发电装置的总装示意图；

图2为图1全剖图；

图3为图1中风能收集件拆分示意图；

图4为图3中锥形杆的全剖示意图；

图5为图3中中间构件立体示意图；

图6为图5的全剖示意图；

图7为图3中的容纳件主视图；

图8为图7的俯视图；

图9为漆包线线圈布置图；

图10为整流电路原理图；

图11为图1中的连接件全剖示意图；

图12为弹性体胶条的俯视图；

图13为图1中的基座全剖示意图；

图14为图13中的底座俯视图；

图15为本发明的工作原理图；

图16为漆包线线圈和整流电路的连接示意图；

【附图标记说明】

100：风能收集构件；110：锥形杆；111：杆体；112：第一螺纹孔；120：中间构件；121：导线孔；122：第一螺纹柱；123：中间构件连接孔；124：第二螺纹孔；130：容纳件；131：第二螺纹柱；132：开口；

200：风能转化构件；210：漆包线线圈；220：整流电路；221：二极管；222：电容；230：磁铁；

300：连接件；310：弹性体胶条；311：孔；320：螺栓；

400：基座；410：基座连接孔；411：凹槽；412：通孔；420：杆件。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1、图2和图16，本发明提供一种风力发电装置，风力发电装置包括：

风能收集构件100，用于收集风能；风能收集构件100的底部设置有容纳件130。

风能转化构件200，风能转化构件200包括若干个漆包线线圈210、若干组整流电路220，若干个漆包线线圈210均匀分布在容纳件130的内腔中，进一步地，若干个漆包线线圈210构造为半球形。若干个漆包线线圈210与若干组整流电路220一一对应地连接，若干组整流电路220以串联的方式连接，以向外界输出电能。

进一步地，参照图9，以漆包线线圈210共分为a、b、c、d、e和f六组为例，若需收集一定的风能时产生尽量大的电动势，包括在容纳件130的半球体构件内交叉叠放六个漆包线线圈210，并且将他们串联起来，总的感应电动势接近他们的加和，当然本发明的技术方案不对漆包线线圈210的数量做出限制。

参照图13和图14，基座400，包括开口朝上的凹槽411，风能收集构件100的容纳件130位于凹槽411中。

连接件300，连接件300用于连接风能收集构件100和基座400；

杆件420，其沿着竖直方向设置，杆件420的上部伸入容纳件130的内腔，杆件420的中部位于凹槽411中，杆件420的下部与基座400固定连接，进一步地，杆件420采用铸铁但不限于此。

磁铁230，磁铁230安装在杆件420的上部，且位于六组若干个漆包线线圈210的内部，磁铁230在周围产生磁场，在风力的作用下，若干个漆包线线圈210在磁场中运动，从而生成感应电动势。进一步地，漆包线线圈210为半球形构件，当风能收集构件100产生摆动时，线圈紧贴半球形的凹槽411更有利于磁铁230通过，所以在半球状的容纳件130中线圈贴近容纳件130的壁会有更好地发电效果。

参照图3-图8，风能收集构件100还包括锥形杆110和中间构件120，锥形杆110、中间构件120和容纳件130由上至下依次设置，进一步地，风能收集构件100采用高强度树脂，当然本发明不限于此，风能收集构件100也可以采用其它轻质材质，例如ABS PC。

锥形杆110和容纳件130均与中间构件120固定连接。进一步地，锥形杆110包括杆体111和设置在杆体111底部的第一螺纹孔112，中间构件120包括圆柱状的主体部，主体部的上端面设置有第一螺纹柱122；第一螺纹柱122与主体部同轴设置，且第一螺纹柱122与第一螺纹孔112连接，主体部的上端面设置有导线孔121，主体部的底部设置有第二螺纹孔124。

参照图11和图12，容纳件130包括半球状的容纳部，容纳部为中空结构，且底部设置开口132，容纳部用于容纳若干个漆包线线圈210、磁铁230和杆件420的上部；容纳部的上侧设置有第二螺纹柱131，第二螺纹柱131与第二螺纹孔124连接。

锥形杆110、中间构件120和容纳件130均为内部空心的薄壳结构。

基座400还包括沿竖直方向延伸的通孔412；凹槽411呈半球状，通孔412连通凹槽411的最低点和基座400的下端面；杆件420的下部与通孔412固定连接。

连接件300包括弹性体胶条310和螺栓320，弹性体胶条310的两端分别设置有孔311，用于插入螺栓320。

中间构件120的主体部的外周向侧壁均匀设置有若干个中间构件连接孔123；基座400的凹槽411的边缘部均匀设置有若干个基座连接孔410，进一步地，基座400采用木材但不限于此，若干个中间构件连接孔123与若干个基座连接孔410一一对应。

弹性体胶条310的一端连接中间构件连接孔123，另一端连接基座连接孔410。

参照图10，每个整流电路220包括四个二极管221和一个电容222；

四个二极管221连接成矩形结构，其中矩形结构的两个对角分别与若干组整流电路220串联在一起的两组导线相连，另外两个对角与电容222连接，电容222将交流电波形的波峰削平，电容222的两端输出直流电。

参照图15，本发明的风力发电装置的工作过程为，当外界一定速度的风吹过来时，锥形杆110被激发开始收集能量，此时风使锥形杆110振动，锥形杆110带动下方与其固定的漆包线线圈210振动，固定在基座400下方的磁铁230相对于振动的漆包线线圈210在漆包线线圈210内部做往复运动产生感应电动势。因为漆包线线圈210所做的是往复运动，所以产生的感应电动势是交流的，整流电路220对感应电动势进行整流，把交流电变成直流电，进而进行能量的收集。

风力发电装置将风的动能转化成机构振动的机械能，机械能包括弹性体胶条310的弹性势能和锥形杆110振动的动能，然后又利用漆包线线圈210将机械能转换成电能。

综上，本发明提供一种风力发电装置，具有以下有益效果：

1、从生态环境上，本发明尺寸小、无叶片所以不会像传统风力发电设备有鸟类撞击到高速旋转的叶片上致其死亡；另外噪声也会远远小于传统风力发电设备，对生态环境影响基本可忽略。

2、从经济实用上，本发明无需润滑、无需定期维护，主要构件不会产生疲劳，此装置材料易得，结构简单，经济实惠；

3、从适用范围上，本发明可以设定风速响应范围，基座400的凹槽411沿着其径向各个截面均为半圆形，呈各向同性，所以对风速方向没有要求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置包括：

风能收集构件（100），用于收集风能；所述风能收集构件（100）的底部设置有容纳件（130），所述容纳件（130）为半球状；

风能转化构件（200），所述风能转化构件（200）包括若干个漆包线线圈（210）、若干组整流电路（220），所述若干个漆包线线圈（210）均匀分布在所述容纳件（130）的内腔中，所述若干个漆包线线圈（210）与所述若干组整流电路（220）一一对应地连接，所述若干组整流电路（220）以串联的方式连接，以向外界输出电能，所述漆包线线圈（210）为半球形构件；

基座（400），包括开口朝上的凹槽（411），所述凹槽（411）为半球形，所述风能收集构件（100）的所述容纳件（130）位于所述凹槽（411）中；

连接件（300），所述连接件（300）用于连接所述风能收集构件（100）和所述基座（400），所述连接件（300）包括弹性体胶条（310）；

杆件（420），其沿着竖直方向设置，所述杆件（420）的上部伸入所述容纳件（130）的内腔，所述杆件（420）的中部位于所述凹槽（411）中，所述杆件（420）的下部与所述基座（400）固定连接；

磁铁（230），所述磁铁（230）安装在所述杆件（420）的上部，且位于六组所述若干个漆包线线圈（210）的内部，所述磁铁（230）在周围产生磁场，在风力的作用下，所述若干个漆包线线圈（210）在磁场中运动，从而生成感应电动势。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风能收集构件（100）还包括锥形杆（110）和中间构件（120）；所述锥形杆（110）、所述中间构件（120）和所述容纳件（130）由上至下依次设置；

所述锥形杆（110）和所述容纳件（130）均与所述中间构件（120）固定连接。

3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

所述锥形杆（110）包括杆体（111）和设置在所述杆体（111）底部的第一螺纹孔（112）；

所述中间构件（120）包括圆柱状的主体部；所述主体部的上端面设置有第一螺纹柱（122）；所述第一螺纹柱（122）与所述主体部同轴设置，且所述第一螺纹柱（122）与所述第一螺纹孔（112）连接；

所述主体部的上端面设置有导线孔（121）；所述主体部的底部设置有第二螺纹孔（124）；

所述容纳件（130）包括半球状的容纳部；所述容纳部为中空结构，且底部设置开口（132），所述容纳部用于容纳所述若干个漆包线线圈（210）、所述磁铁（230）和所述杆件（420）的上部；所述容纳部的上侧设置有第二螺纹柱（131），所述第二螺纹柱（131）与所述第二螺纹孔（124）连接。

4.如权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述锥形杆（110）、所述中间构件（120）和所述容纳件（130）均为内部空心的薄壳结构。

5.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述基座（400）还包括沿竖直方向延伸的通孔（412）；所述凹槽（411）呈半球状，所述通孔（412）连通所述凹槽（411）的最低点和所述基座（400）的下端面；所述杆件（420）的下部与所述通孔（412）固定连接。

6.如权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述连接件（300）还包括螺栓（320），所述弹性体胶条（310）的两端分别设置有孔（311），用于插入所述螺栓（320）；

所述中间构件（120）的所述主体部的外周向侧壁均匀设置有若干个中间构件连接孔（123）；所述基座（400）的所述凹槽（411）的边缘部均匀设置有若干个基座连接孔（410）；所述若干个中间构件连接孔（123）与所述若干个基座连接孔（410）一一对应；

所述弹性体胶条（310）的一端连接所述中间构件连接孔（123），另一端连接所述基座连接孔（410）。

7.如权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述风能收集构件（100）采用高强度树脂，所述漆包线线圈（210）采用铜线，所述基座（410）采用木材，所述杆件（420）采用铸铁。

8.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，每个所述整流电路（220）包括四个二极管（221）和一个电容（222）；

所述四个二极管（221）连接成矩形结构，其中所述矩形结构的两个对角分别与所述若干组整流电路（220）串联在一起的两组导线相连，另外两个对角与所述电容（222）连接，所述电容（222）的两端输出直流电。

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