CN114370371A - 聚风高效垂直轴风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚风高效垂直轴风力发电装置，包括风轮结构(图1、图2)、行星齿轮发电机(5、图5)，风轮叶片(图3、图4)。风轮结构包括：竖直转轴叶轮(4)和外导风叶片机构(3)，风叶(2)套设于所述竖直转轴上，以带动所述竖直转轴转动；行星齿轮发电机(5)，包括太阳齿轮(8)、齿圈(9)、行星齿轮架(10)、行星齿轮(11)，竖直转轴叶轮(4)和齿圈(9)相连，行星齿轮架(10)和发电机(3)外壳固定在一起，太阳齿轮(8)和发电机转子相连接，起风时齿圈(9)转动带动太阳齿轮(8)旋转，进而发电机转动发出电能。风轮叶片(图3、图4)。风轮结构包括：竖直转轴叶轮(4)和外导风叶片机构(3)，风叶(2)套设于所述竖直转轴上，以带动所述竖直转轴转动。

Description

聚风高效垂直轴风力发电装置

技术领域

本发明涉及风能发电装置领域，更具体地，涉及一种风能高效利用发电装置。

背景技术

风能发电是指把风的动能转为电能，其原理为是利用风能带动叶片旋转，风轮带动行星齿轮，提高转子转速，使得与行星齿轮输出端连接的感应线圈切割磁体的磁场，利用电磁感应的原理来促使发电机发电，实现将风能转化为电能。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，风能市场也得到迅速发展。

经过多年发展，风力发电机已经具有多种型式，但归纳起来可根据发电机的承轴分为风轮旋转轴与风向平行的水平轴风力发电机和风轮旋转轴垂直于地面或者气流方向的垂直轴风力发电机两类。水平轴风力发电机具有风能转换效率高、转轴较短，可以集中气流，增加气流速度，因此水平轴风力发电机一般会应用于大型风电机组上，而由于水平轴风力发电机的风轮尺寸较大，对风速要求高，受风时噪音较大，不适合于家用；垂直轴风力发电机因具有构造简单、无方向性及低噪音等优点，可适用于人口稠密的地区，然而，由于垂直轴风力发电机起动性能和风动效率差，大多属于小型辅助式的发电系统，其受风能流失限制，不能很好利用风能进行发电。

聚风高效垂直轴风力发电装置，包括风轮结构(图1、图2)、行星齿轮发电机(5、图5)，风轮叶片(图3、图4)。所述风叶(2)依次排列安装到垂直轴上，组成竖直转轴叶轮(4)，竖直转轴叶轮(4)与齿圈(9)相连固定，作为风能的动力输入端，齿圈(9)带动行星齿轮(11)将太阳齿轮(8) 的转速提升，太阳齿轮(8)和发电机转子相连固定，发电子转子在磁场中做切割，产生感应到电流并输出。行星齿轮架(10)、发电机、外导风叶片机构(3) 相互连接并和外导风叶片机构(3)顶部定位轴承固定到一起，竖直转轴叶轮(4) 转动起来更加稳固，耐用。

同类的风力发电机均存在不能最大程度收集风能的缺陷，主要是风轮叶片不是弧形槽状，兜不住风，结构缝隙太大，使风能大量流失，无法高效率利用风能。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供了一种聚风高效垂直轴风力发电装置，通过集风导风增大进风量、进风速度和风叶所受的风压差，大大提高了叶轮的转动动力，提高了垂直轴风力发电机的进风装置的起动性能和风动效率。顶部可加装太阳能发电板，可满足太阳能风能同时发电，可将本装置放置于海量发电装置上部，满足海浪能和风能同时发电，大大提高发电量。

本发明采取的技术方案是，将风能收集，风能入口处大，出口小，增加风能的推力，推动风轮的向风面，风向改变，风能被导风板阻挡，风能无法从背风面进入，只能从背风面出，上部和下部均密封，从而使各个方向的风能均能推动风轮转动，本装置除各个方向的进风口外，其他方向密封，大大降低风能流失，提高风能的利用率。

一种聚风高效垂直轴风力发电装置，包括风轮结构(图1、图2)、行星齿轮发电机(5、图5)，风轮叶片(图3、图4)。以及竖直布置的若干风轮叶片，安装于所述竖直转轴上，其一端与所述叶轮连接，所述风叶受风力推动的一面为受风面，另一面为背风面，通过风力推动所述风叶以驱动所述叶轮转动，还包括：导风结构，设于所述风轮结构外围，包括：若干导风片，环绕所述风轮结构竖直布置，形成多条入口宽出口窄的导风通道。

在本技术方案中，多块导风片环绕风轮结构布置，形成多条入口宽出口窄形如喇叭口的导风通道，所述导风通道的入口较宽可加大进风的面积，以加大进风量，当风吹过所述风力发电进风装置时，风会通过导风通道的入口收集起来，进入导风通道，因导风通道是不断收窄的，其截面面积变小，风在导风通道中会迅速提高风速，使风叶的受风面能受到更大的风力推动，从而提高了进风装置的起动性能和风动效率，不需放在野外的高处(如桅杆顶端、高塔、高耸建筑物等) 也可实现高效发电，且进风装置的结构简便，相比起传统的水平轴风力发电机制作成本更低，效率更高，且便于运输、安装及维修。

进一步地，所述导风片均匀竖直布置，各所述导风片内端形成环绕所述风轮结构的内圈圆形轨迹，各所述导风片内端与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片所成的夹角均相同。

再进一步地，所述导风片在所述导风结构正面投影方向上均遮挡或部分遮挡所述风叶的背风面，所述导风通道的出口正对所述风叶的受风面，将风导向至所述风叶的受风面以驱动所述叶轮转动。

再进一步地，各所述导风叶(1)外圈圆形轨迹点、内圈圆形轨迹以及竖直转轴叶轮(4)的中心轴点与所成的夹角均相同，夹角为30°～110°。

在本技术方案中，所述导风片内端与所述风轮结构的内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片所成的夹角均相同，从而形成多条入口和出口截面面积都相同的导风通道，且使各导风通道的出口均匀布置于风轮结构外，使任何方向的风经过导风通道后，都形成方向固定的风推动风叶，令叶轮只朝单一方向转动不会反转，同时，当所述夹角成一定角度时，因导风片具有一定长度，可以挡住风叶背风面，使来风仅经过导风通道吹动风叶受风面，避免风直接吹动风叶令背风面也受到风力作用，降低风能的利用效率。

通过设置导风片形成了导风通道，且与弧形槽状风叶配合，大大提高了进风装置的受风效率，克服了传统垂直轴风力发电机起动性能和风动效率较差的缺陷，因此，在本技术方案中，可根据不同用户及不同场景的实际需求设置聚风高效垂直轴风力发电装置的尺寸，当这种聚风高效垂直轴风力发电装置的尺寸较小时，可以放置于居民楼顶、天台或阳台等当风处，作为民用发电产品，当其应用于工业时，可相应大幅增大其尺寸，这种进风装置可节约使用空间，同时，还能提高风力发电的发电功率，具有较高的社会效益及经济效益。

进一步地，所述导风结构还包括两块封闭挡板，分别设于所述导风板上方及下方，用于固定连接所述导风板。

所述风轮结构、导风片及挡板的材料可选用多种不特定耐腐蚀材料。

与现有技术相比，本发明的突出效果为能最大程度收集利用风能，叶片成弧形槽状，具有新颖性：

多块导风片环绕风轮结构布置，形成多条入口宽出口窄形如喇叭口的导风通道，加大进风量及提供了进风风速，从而提高了进风装置的起动性能和风动效率；

将风叶设计为弧形槽状，使风叶受风面的受风力为背风面的10倍，大大提高了叶轮转动的动力，进而提高进风装置的风动效率；

风叶及导风片数量相等，相互配合，实现风力的最高效利用，来风仅通过导风通道的入口吹入推动风叶，且导风片总会遮挡背风面，由于聚风高效垂直轴风力发电装置上下使密封的，使风叶的背风面不受风，风能从受风面进背风面出，进一步提高风叶受风面和背风面之间的风压差；

进风装置不需放在野外的高处也可实现高效发电，其结构简便，制作成本更低，便于运输、安装及维修，且节约使用空间，通过选择尺寸大小，可适应家用或工业等不同应用场景的需求。

附图说明

图1为本发明聚风高效垂直轴风力发电装置的剖面结构图。

图2为本发明聚风高效垂直轴风力发电装置的侧视图。

图3为本发明聚风高效垂直轴风力发电装置风叶(2)的侧面图。

图4为本发明聚风高效垂直轴风力发电装置风叶(2)的剖面结构图。

图5是T2-6行星齿轮机构图

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种聚风高效垂直轴风力发电装置，包括风轮结构和导风结构。可置于海上风浪发电设备上补充发电，增加发电空间的合理利用，也可以和太阳能、海浪能等发电并网。

在本实施例中，生产时，根据不同用户及不同场景的实际需求设置进风装置的尺寸，当作为民用发电产品时，这种进风装置选择设置的尺寸较小，使其可以放置于居民楼顶、天台或阳台等当风处，当其应用于工业时，则相应设置较大的尺寸，提高发电量，这种进风装置可节约使用空间，同时，还能提高风力发电的发电功率，具有较高的社会效益及经济效益。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种聚风高效垂直轴风力发电装置，包括风轮结构(图1、图2)、行星齿轮发电机(5、图5)，风轮叶片(图3、图4)。风轮结构包括：竖直转轴叶轮(4)和外导风叶片机构(3)，风叶(2)套设于所述竖直转轴上，以带动所述竖直转轴转动；竖直布置的若干风叶(2)，其一端与所述竖直转轴以及风叶相互连接，形成一个整体竖直转轴叶轮(4)，所述风叶受风力推动的一面为受风面，另一面为背风面，风能经过受风面导风叶(1)进入，背风面只能排风而不能进风，通过风力推动所述风叶(1)以驱动所述竖直转轴叶轮(4)转动。外导风叶片机构(3)，设于所述竖直转轴叶轮(4)结构外围，包括：挡风板(8、9)以及若干导风片，倾斜并环绕所述竖直转轴叶轮(4)竖直均匀布置，形成多条入口宽出口窄的导风通道。上下挡板(8、9)，分别设于所述导风板上方及下方，用于固定连接所述导风板以及防止风能流失。风叶(2)结构，包括多条阻风隔(6)，受风面成弧形槽状凹面，各风叶(2)紧密相连，既增加风叶(2)强度，又能限制风能的流失和产生更多阻力，大大提高风能转化为动能的效率。行星齿轮发电机(5)，包括太阳齿轮(8)、齿圈(10)、行星齿轮架(10)、行星齿轮(11)，竖直转轴叶轮(4)和齿圈(10)相连，行星齿轮架(10)和发电机(3)外壳固定一起，太阳齿轮(8)和发电机转子相连接，起风时齿圈(9)转动带动太阳齿轮(8)快速旋转，进而太阳齿轮(8)带动发电机转动发出电能。齿轮齿数和大小根据产品用途和需要改变，顶部可加装太阳能发电板，可满足太阳能风能同时发电，可将本装置放置于海量发电装置上部，满足海浪能和风能同时发电，大大提高发电量。

2.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述导风叶(1)以相同的角度均匀竖直布置，和风叶(2)数量相同，导风叶(1)内圈形成圆形轨迹环绕所述竖直转轴叶轮(4)的外圈，中间间距2-5厘米。各所述导风叶(1)外圈圆形轨迹点、内圈圆形轨迹以及竖直转轴叶轮(4)的中心轴点与所成的夹角均相同，夹角为30°～110°。

3.根据权利要求2所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述外导风叶片机构(3)均遮挡的背风面，所述外导风叶片机构(3)风能出口正对所述风叶(2)的受风面(凹槽面)，将风能导向至所述风叶(2)的受风面(凹槽面)推动竖直转轴叶轮(4)转动。

4.根据权利要求2所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述导风叶(1)设计成弧形或平面，增加风能的导向性。

5.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述风叶(2)受风面为弧行槽状凹面，所述风叶(2)背风面为圆弧凸面，各风叶(2)相连，两端和中间加阻风隔(6)，既增加风能的高效利用，又能增加风叶强度。

6.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，风能从所述风叶(2)受风面进入，推动风叶(2)转动，风能只能从所述风叶(2)背风面流出，风能利用效率大大提高。

7.根据权利要求1至7任一项所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述风叶(2)和导风叶(1)的数量必须相等，为8-16片。

8.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述导风叶(2)外圈和内圈圆形轨迹以及竖直转轴叶轮(4)所述外圈圆形轨迹的直径根据情况可以增加缩短，灵活不固定。

9.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述导风结构还包括两块上下挡板(8、9)，分别设于所述导风板上方及下方，用于固定所述导风板以及防止风能流失。

10.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，行星齿轮架(10)、发电机、外导风叶片机构(3)相连固定到一起，竖直转轴叶轮(4)和齿圈(9)相连固定，太阳齿轮(8)和发电机转子连接固定在一起。

11.根据权利要求1所述的聚风高效垂直轴风力发电装置，其特征在于，行星齿轮齿数、大小，排列和配置根据产品用途和需要改变，顶部可加装太阳能发电板并可安置于海浪能装置上。

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