CN113328680A - 一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，涉及混合发电技术领域，包括风电部件和光伏板，其底座顶部固定连接有安装框，所述安装框底部开设有条形孔，所述安装框底部设有调节组件，所述组件包括转动杆，所述转动杆与安装框内壁转动连接，所述转动杆外侧固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮一侧啮合连接有第二齿轮，所述第二齿轮一侧固定连接有芯轴，该自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，将摆臂顶部通过万向节连接的风电部件延伸出来，有利于使风电部件充分与风进行接触，同时通过控制转动杆转动，使摆臂调整至合适位置，通过风电部件一端的扇叶和尾舵使风电部件始终处于迎风面，自动调整至合适位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源发电设备，具体为一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，属于混合发电技术领域。
背景技术
风能是空气流动所产生的动能。太阳能的一种转化形式。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，风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广；而光能是光子运动对应的能量形式，光能是由太阳、蜡烛等发光物体所释放出的一种能量形式，光能是一种可再生性能源。
在现有的光能和风能发电设备中无法将两者更好地进行结合，导致在对进行风能发电时无法使光伏板充分展开，接受充分阳光照射，难以更好地同时产生电能，且现有的发电设备无法对风机发电进行位置的自动适应性调整，使其无法保证处于最佳发电位置，并且在微风时难以运转。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，以解决现有技术中的混合发电设备风力发电性能不足，效率不高，无法自动处于最佳风力发电位置和微风状况下难以运转的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，包括用于放置在地面的起支承作用的底座，还包括集成安装在一起的风电部件和光伏板，光伏板位于风电部件的上方；所述底座顶部固定连接有安装框，所述安装框底部开设有条形孔，所述安装框底部设有调节组件；
所述组件包括转动杆，所述转动杆与安装框内壁转动连接，所述转动杆外侧固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮一侧啮合连接有第二齿轮，所述第二齿轮一侧固定连接有芯轴，所述安装框内部顶端固定连接有支撑板，所述芯轴贯穿支撑板并与支撑板转动连接，所述芯轴贯穿支撑板的一端固定连接有摆臂，所述摆臂穿过条形孔并延伸至安装框底部，所述摆臂底部通过万向节转动连接有风电部件，所述风电部件顶部固定连接有导向杆，所述导向杆上滑动套接有伸缩杆，所述伸缩杆顶部固定连接有与之垂直的横杆，所述安装框底部固定连接有固定环，所述固定环外侧开设滑槽，所述横杆延伸至滑槽内部并与固定环滑动连接。
优选的，所述横杆延伸至滑槽内部的一端设置为球状，所述滑槽下部侧面设置为倾斜面，所述滑槽设有最高点和最低点，通过在滑槽内设置最低点使风电部件进行收纳时使横杆带动风电部件进行偏移。
优选的，所述风电部件一端转动连接有扇叶，所述风电部件另一端固定连接有上下对称布置的两块直角梯形状的板体结构的尾舵，通过风电部件一端尾舵使风电部件进行偏转从而使扇叶始终处于迎风面。
优先地，所述摆臂底部通过铰接机构连接有风电部件，所述摆臂底端具有一个矩形缺口，所述铰接机构包括摆动杆、旋转杆以及铰接销，其中，摆动杆顶端通过铰接销铰接在所述矩形缺口之内，使得摆动杆只能在摆臂的转动平面内摆动，所述旋转杆能绕自身轴线旋转地安装在摆动杆底端盲孔内，旋转杆呈台阶轴结构，且其顶端较大的轴段转动地安装在摆动杆盲孔孔底处，其底端与所述风电部件固接。
本发明具备的有益效果如下：本自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，利用更加合理，效率更佳，其中，本发明的将摆臂顶部连接的风电部件延伸、展出，有利于使风电部件充分与风进行接触。同时，还由于固定环、伸缩杆以及尾舵的配合作用，使得风电部件还可以自动地调整姿态，使风电部件的扇叶始终较好地处于迎风面，继而充分发电。此外，本发明中，由于尾舵的存在，风电部件即使在微风下也可以一定程度地自适应地调节方向，使其扇叶迎风而对，从而能在微风下进行发电。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的安装框示意图；
图3为本发明的调节组件示意图；
图4为本发明的固定环处的局部结构示意图；
图5为摆臂的驱动结构示意图；
图6为图1所示结构中的摆臂与风电部件的结构示意图；
图7为风电部件被延伸展出后的示意图；
图8为环形滑槽型固定环的一种倾斜位置结构图；
图9为铰接机构的一种具体实施结构图；
图10为其中一侧的护板与安装框的连接结构示意图；
图11为护板与安装框的一种具体连接结构示意图；
图12为第二齿轮与芯轴的一种摩擦连接的结构图。
图中：1、底座；2、安装框；3、转动杆；4、第一齿轮；5、第二齿轮；6、芯轴；7、摆臂；8、风电部件；9、扇叶；10、导向杆；11、伸缩杆；12、横杆；13、固定环；14、尾舵；15、丝杆；16、竖板；17、光伏板；18、移动板；19、圆杆；20、第一带轮；21、第二带轮；22、电机；23、支撑板；24、护板；25、弹簧；26、摩擦片；27、齿轮组件；28、展开齿轮；29、齿轮轴；30、铰接机构；301、摆动杆；302、旋转杆；303、铰接销。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：
本发明详细介绍了一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，具体的结构请参阅图1-4：首先，其包括用于放置在地面的起支承作用的底座1，底座1可以加工为矩形状块状结构，以便支承、放置，然后，其还包括集成安装在一起的风电部件8和光伏板17，光伏板17位于风电部件8的上方，从而实现风电和光伏发电，两种混合模式发电的结构基础就此形成。更具体地，如图1，本实施例中的底座1顶部固定连接有安装框2，且如图4所示，安装框2底部开设有条形孔，这个条形孔宜加工呈矩形孔结构，以便安装使用，同时还在安装框2底部设有调节组件。
具体而言，本实施例的上述调节组件包括转动杆3，转动杆3与安装框2内壁转动连接，以便后续实现转动杆3的原地自转，传递扭矩。而安装框2内，例如内壁固定连接有电机22。如图3所示，电机22输出端与转动杆3固定连接，以使得转动杆3转动，在转动杆3上同轴地固定连接有第一齿轮4，作为主动齿轮，第一齿轮4一侧啮合连接有第二齿轮5，第二齿轮5作为从动齿轮，而在这个第二齿轮5一侧固定连接有芯轴6。另一方面，在安装框2内部适宜位置处，例如在其内部的顶端处固定连接有支撑板23，前述的那根芯轴6垂直贯穿支撑板23并与支撑板23转动连接，即芯轴6在支撑板23内转动安装。同时，芯轴6贯穿支撑板23的一端固定连接有摆臂7，摆臂7可竖直设置，且摆臂7穿过前述的条形孔并延伸至安装框2底部，以便与风电部件8连接，推荐摆臂7底部通过万向节转动连接有风电部件8，以实现风电部件8的灵活运动，调整期相应的工作位置。
在实际制作时，这个风电部件8的一端转动连接有扇叶9，例如通常设置为3片扇叶9，而风电部件8的另一端则固定连接有上下对称布置的两块直角梯形状的板体结构的尾舵14，通过尾舵14使风电部件8随风向的改变而进行偏转，从而使扇叶9最终处于迎风面，提高发电效率。为了提升本风电部件8为适应风向而自行调整位置的过程中的稳定性，特别地，本实施例中的风电部件8顶部固定连接有导向杆10，导向杆10与本风电部件8轴向平行而设，且导向杆10上滑动套设有伸缩杆11，伸缩杆11顶部固定连接有横杆12，横杆12宜与伸缩杆11垂直，并且在安装框2底部固定连接有固定环13，这个固定环13的外侧壁上开设环形的滑槽，如图3，滑槽呈螺旋状，例如呈一圈螺旋状的盘山公路路径型的沟槽，而前面的横杆12具体可以是延伸至滑槽内部的自由端设置为球状，滑槽的横截面形状须使得所述自由端不能彻底脱离滑槽，例如滑槽横截面设置为类似凸字型，具体地，在横杆12延伸至滑槽内部的一端宜设置为钢球，减小摩擦，提升转动灵活性，且不宜从滑槽内脱离。其实，对于该滑槽，其如图8所示，还可以为一般的环形沟槽，但设置位置相对于水平面而言则呈倾斜状，倾斜放置，亦即滑槽的下侧壁设置为倾斜面，呈环形路径的坡面，使得滑槽具有左侧的最高点和右侧的最低点，当然，在最高点处可以设置一段平面，以容纳前述横杆12的自由端在一定风力下停留在该点附近，甚至加工呈一个弧型凹面，以便在环形沟槽的下侧壁坡面坡度不够时，防止风电部件8为适应风向而骤然高速旋转，不容易快速稳定停留。以上滑槽设计，在无风时或者人工挡风后，通过这个最低点使风电部件8在回退、收纳时，因为高度差的关系，自适应地，横杆12会带动风电部件8进行偏移以回到最低点处停留复位；而工作时，风电部件8先利用摆臂7的转动将其摆出而展开，若是风向不对，则前述横杆12可在滑槽的导向下进行螺旋运动或者弧形的上坡运动，进而使得风电部件8处于更好的位置进行充分发电。
另外，对于前述风电部件8与摆臂7之间的连接安装，除了上述万向节，还可以是球形铰链，或者其他铰接结构，本实施例此处还特别提供一种铰接机构30，具体制作时，参阅图9，摆臂7底部通过铰接机构30连接有风电部件8，摆臂7底端具有一个矩形缺口，铰接机构30包括摆动杆301、旋转杆302以及铰接销303，其中，摆动杆301顶端通过铰接销303铰接在矩形缺口之内，使得摆动杆301只能在摆臂7的转动（摆动）平面内摆动，而旋转杆302能绕自身轴线旋转地安装在摆动杆301底端盲孔内，旋转杆302呈台阶轴结构，且其顶端较大的轴段转动地安装在摆动杆7的盲孔孔底处，其底端与风电部件8固接，从而更稳定地实现摆臂7运动时将风电部件8延伸展出，充分迎风发电，而旋转杆302更好地实现风电部件8为适应风向而自适应地进行位置调节时的旋转动作。
本实施例中，由于风电部件8可以自适应地转动，因而可以更好地顺应风向，当具有一定微风时，即可实现发电，为了提升风电部件8灵活转动的能力，前述的尾舵14宜选择轻质材料制成，以扩大其表面积，增大与风的接触面积，尽量使得风电部件8可以再较小的风力作用下即可旋转而找准适宜的发电位置。此处须特别说明的是，本领域技术人员根据实地情况设定风电部件8旋转灵活性和大风力下发电的稳定性时，这二者不是绝对可以兼得的，实际应用时还需要技术人员平衡选择，具体设计，方能更好地实现本发明的技术宗旨。
更详细地来说，在使用过程中，将底座1移动到指定位置，当需要使用风力发电时，通过启动电机22，使电机22带动转动杆3，当转动杆3转动带动啮合连接的第二齿轮5进行转动，同时通过芯轴6带动摆臂7进行偏转，如图7，从而将摆臂7底部通过万向节连接的风电部件8延伸、展出，有利于使风电部件8充分与风进行接触。同时，通过控制转动杆3转动，使摆臂7调整至合适位置。另外，风电部件8一端的扇叶9和尾舵14使风电部件8始终处于迎风面，自动调整至合适位置，进行风力发电。而风电部件8往外侧延伸、展出时，顶部的伸缩杆11适应性地在导向杆10上进行滑动，由于横杆12一端延伸滑槽内部，同时横杆12一端设置为球状且滑槽横截面设置为类似凸形，保证了横杆12在滑槽内部稳定移动，从而不影响风电部件8偏转。此外，在滑槽下部侧面设置为倾斜面，使横杆12在无风力影响下始终处于最低点，此时摆臂7对风电部件8进行收纳时存在收纳的空间，有利于使风扇9在不工作时进行收纳，因此，优选地，当横杆12处于最低点时，风扇9完全退回到安装框2的内侧。
基于上述结构，本实施例进一步进行功能优化设计，对于前述的光伏板17的具体安装设计如下：
请继续参阅图1和图2，在前述的安装框2顶部设有丝杆15，丝杆15两端表面的螺纹方向设置为相反，丝杆15两个端均设有移动板18，例如可以移动板18为条形的柱体，丝杆15贯穿移动板18并与移动板18螺纹连接，例如其中部与丝杆15螺纹套接。在这根丝杆15两端均设有竖板16，丝杆15贯穿竖板16并与竖板16滑动连接，即竖板16可以作为丝杆15原地自转的安装载体，具体实施时，这块竖板16将会固定连接于安装框2顶部，从而实现丝杆15的转动安装。安装框2顶部固定连接有圆杆19，圆杆19贯穿移动板18并与移动板18滑动连接，以作为移动板18的导向棍使用，此时，可以在移动板18顶部转动连接有两个光伏板17，这两个光伏板17铰接，如此设计，通过光伏板17铰接，在两个移动板18移动下使光伏板17进行角度调整，达到最佳照射角度，使得至少有一块光伏板17可以更好地正对阳光发电。实际安装时，光伏板17与移动板18之间还可以通过伸缩板铰接连接，即采用一种可以伸缩的板件进行连接，这个伸缩板一侧边缘铰接在移动板18上，其另一侧铰接在光伏板17的相应侧边上，如此设计，可以使得两块光伏板17的相对运动更加灵活。
对于前述的安装框2，为了更好地实现风电部件8的防护收纳，如图1所示，可以在安装框2的四个侧壁上各自铰接一块护板24，为了便于表示，图1中只示出了一块护板24，但是实际有至少4块，当设置四块时，四块护板24将风电部件8围住而封闭起来，从而使得其可以保持静止状态而停机，同时也确保运输过程中不会因为敞开而不定时自然发电，甚至误伤运输人员。具体地，如图10-11，护板24可以加工为长方形的板体，其顶端铰接于安装框2顶端棱边上，其通过执行机构将护板朝下转动而形成具有四个侧面的筒体，还可以通过执行机构朝上转动，以实现对安装框2顶部的光伏板17的遮挡，使得光伏板17的发电功能停止或者减弱，从而实现只有风力发电这一个发电模式，而停用或者减弱光伏发电功能，更好地适应具体需求。必要时，护板24还可以制成如下结构：在相对两光伏板17靠拢时形成一个类似屋顶的三角形遮挡面，对光伏板17挡雨，从而，光伏发电模块和风力发电模块均不受雨水侵蚀。
上述执行机构与护板24的配合结构如图11所示，执行机构可以是一台电动机，以及一个由电动机驱动的齿轮组件27，齿轮组件27和电动机都安装在安装框2上端，体积设计较小，齿轮组件27与展开齿轮28啮合，使得电动机转动时，展开齿轮28带动其齿轮轴29转动，这根齿轮轴29与护板24顶端边缘的局部固接为一体，从而带动护板24上下转动。当然，执行机构还可以是其它本领域技术人员适应性设计出的机构。
以上实施例中，对于丝杆15的驱动，可以单独设置动力输入设备，也可以共用上述电机22，以精简结构，优化整体设计。在共用电机22时，具体可以是在与丝杆15外侧固定连接有第一带轮20，转动杆3外侧固定连接有第二带轮21，第二带轮21与第一带轮20外侧套设皮带，从而实现了丝杆15和摆臂17的联动，但是，此时的本混合能源微电站则是侧重于光伏发电的场合，因为电机22正转，摆臂7朝安装框2外侧摆动时，两个光伏板17之间的夹角逐步变大/减小，那么在需要相应地减小/增大两个光伏板17之间的夹角时，电机22必然反转，那么此时的风电部件8必然会被收纳进去，风力发电的能力会减弱，因此，如何选择，依然是本领域技术人员适应性选择。
为了解决前述的风电部件8必然会被收纳进去的问题，可以进行如下设计：如图12所示，将第二齿轮5同轴转动地套设在芯轴6上，第二齿轮5两端各自同轴地设有套在芯轴6上的弹簧25和摩擦片26，每侧的弹簧25固定在芯轴6上且将该侧的摩擦片26牢牢地压在第二齿轮5端面上，如此，当第一齿轮4转动时可以带动第二齿轮5和芯轴6一起同步转动，而当摆臂7转动（摆动）至极限时，即将风电部件8延伸至安装框2的外侧时，摆臂8因为与安装框2接触而停止转动，此时第一齿轮4继续转动，则第二齿轮5绕芯轴6轴线发生转动，即出现打滑，由此可以实现第二齿轮5不动而丝杆15继续转动。当然，相应地，在安装框2上还可以设置一个限位元件（图中未示出），以限制摆臂7在收纳回退到某个位置，例如回退到竖直位置时便不可再动，从而绝对地实现丝杆15的正反转，全面灵活地调节两个光伏板17的夹角，充分发电。上述限位元件可以是一个固定于安装框2上的竖直设置的杆件或其他构件，其能与回退时的摆臂7上部侧壁碰撞而阻挡摆臂7的运动。
简而言之，本发明的以上实施例，当在适合光伏发电时，通过转动杆3转动，第二带轮21和第一带轮20之间的皮带传动使丝杆15进行转动，丝杆15转动时使丝杆15两端的移动板18进行相对移动，从而调整出光伏板17角度，使光伏板17处于最佳的光照位置，同时光伏板17展开进行光伏发电时，前述扇叶9可以始终处于工作状态，有利于两种模式进行同步或者择一方式进行发电，能源利用更加合理，效率更高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，包括用于放置在地面的起支承作用的底座（1），其特征在于：还包括集成安装在一起的风电部件（8）和光伏板（17），光伏板（17）位于风电部件（8）的上方；所述底座（1）顶部固定连接有安装框（2），所述安装框（2）底部开设有条形孔，所述安装框（2）底部设有调节组件；
所述调节组件包括转动杆（3），所述转动杆（3）在安装框（2）内侧壁转动安装，所述转动杆（3）外侧固定连接有第一齿轮（4），所述第一齿轮（4）一侧啮合连接有第二齿轮（5），所述第二齿轮（5）中心同轴固定连接有芯轴（6）；
所述安装框（2）内部固定连接有支撑板（23），所述芯轴（6）贯穿支撑板（23）而与支撑板（23）转动连接，所述芯轴（6）贯穿支撑板（23）的一端固定连接有摆臂（7），所述摆臂（7）穿过条形孔并延伸至安装框（2）底部，所述摆臂（7）底部通过万向节转动连接有风电部件（8），所述风电部件（8）顶部固定连接有导向杆（10），所述导向杆（10）上滑动套接有伸缩杆（11），所述伸缩杆（11）顶部固定连接有与之垂直的横杆（12）；所述安装框（2）底部还固定连接有固定环（13），所述固定环（13）外侧开设滑槽，所述横杆（12）的自由端延伸至滑槽内部并与固定环（13）滑动连接，所述横杆（12）延伸至滑槽内部的自由端设置为球状，所述风电部件（8）另一端固定连接有上下对称布置的两块直角梯形状的板体结构的尾舵（14）。
2.根据权利要求1所述的一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，其特征在于：所述滑槽的横截面形状须使得所述自由端不能彻底脱离滑槽，且滑槽呈螺旋状。
3.根据权利要求1所述的一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，其特征在于：所述风电部件（8）一端转动连接有扇叶（9）。
4.根据权利要求1所述的一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，其特征在于：所述摆臂（7）采用两根杆状结构的连接件铰接而成。
5.根据权利要求1所述的一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，其特征在于：所述摆臂（7）底部通过球形铰链连接有风电部件（8）。
6.根据权利要求1所述的一种自展开式具有微风发电功能的混合能源微电站，其特征在于：所述摆臂（7）底部通过铰接机构（30）连接有风电部件（8），所述摆臂（7）底端具有一个矩形缺口，所述铰接机构（30）包括摆动杆（301）、旋转杆（302）以及铰接销（303），其中，摆动杆（301）顶端通过铰接销（303）铰接在所述矩形缺口之内，使得摆动杆（301）只能在摆臂（7）的转动平面内摆动，所述旋转杆（302）能绕自身轴线旋转地安装在摆动杆（301）底端盲孔内，旋转杆（302）呈台阶轴结构，且其顶端较大的轴段转动地安装在摆动杆（301）盲孔孔底处，其底端与所述风电部件（8）固接。
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