CN116123022A - 一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，包括垂直轴风机，其采用立柱固定于地基之上，所述立柱上可拆卸的固定有卡箍，所述卡箍的外部设置有底板，所述底板上可拆卸的固定有罩壳，所述罩壳套设于所述垂直轴风机的外部，所述罩壳能够对外界风体进行引导和控制。

Description

一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机技术领域，具体是一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组。

背景技术

近年来，随着全球气候变化和环保意识的提高，可再生能源的应用越来越受到重视。其中，风力发电作为最早应用的可再生能源之一，具有投资成本低、能够稳定提供电力、无污染等优点，成为重要的替代传统化石能源的选择。

目前，国内外对于风力发电技术的开发研究主要集中在大型风力发电机组上。然而，由于其体积、重量等问题，大型风力发电机组的建设与维护成本较高，不利于在复杂地形区域或者远离电网的地方应用。因此，微型风力发电技术的研究和应用将成为未来风力发电的发展方向和热点。

基于此，一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组应运而生。与传统的水平轴风力发电机组不同，垂直轴风力发电机组的设计可以充分利用垂直空间，形成紧凑型的机组体积，且不受风向限制，可以适应不同风向的情况。同时，智慧能源技术的应用为微型风力发电机组的发展提供了基础。通过对风能的实时监测与预测，可以实现微型风力发电机组的优化运行，提高其发电效率，最大化地利用风能。

但是垂直轴风力发电机组的叶片振荡频繁，主要是由于其结构特点和工作原理导致的。其中，垂直轴风力发电机组的振荡会受到风场条件的影响，如果风速不稳定或存在侧风等不利条件，会导致发电机组的振荡加剧。目前，一般通过选择合适的位置和环境来布置发电机组，减少不利风场条件的影响，但是效果一般，可控性较差。

因此，有必要提供一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，包括垂直轴风机，其采用立柱固定于地基之上，所述立柱上可拆卸的固定有卡箍，所述卡箍的外部设置有底板，所述底板上可拆卸的固定有罩壳，所述罩壳套设于所述垂直轴风机的外部，所述罩壳能够对外界风体进行引导和控制。

进一步，作为优选，所述罩壳为筒状结构，且其上开设有多个呈圆周分布的通槽，所述通槽中嵌入有第一整流板，所述第一整流板能够将风体进行水平整流。

进一步，作为优选，各个所述通槽的外部均固定有集风器，所述集风器为喇叭状。

进一步，作为优选，所述集风器中嵌入有第二整流板，所述第二整流板能够将风体进行水平整流。

进一步，作为优选，所述第二整流板上设置有多个第二整流孔；

所述集风器的外部转动设置有风罩，所述风罩上开设有多个对应于第二整流孔的风孔，所述风孔和第二整流孔的位置分布被配置为：当所述风罩转动时，所述风孔能够与第二整流孔一一同轴对应。

进一步，作为优选，所述风罩的外周侧分布有齿牙，所述齿牙与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮由电机所驱动，所述电机固定于罩壳上。

进一步，作为优选，所述风罩的内表面上固定有位于风孔一侧的密封垫，所述密封垫中嵌入有磁铁，所述第二整流孔中采用复位弹簧连接有封堵塞，所述第二整流孔中还设置有对应于封堵塞的封堵环，初始状态下，所述封堵塞远离所述封堵环，所述封堵塞能够被磁铁所吸引。

进一步，作为优选，所述卡箍包括第一半卡箍和第二半卡箍，所述第一半卡箍和第二半卡箍上均固定有半圆板，两个半圆板相互靠近的一端设置有密封条，两个半圆板能够构成底板。

进一步，作为优选，所述罩壳上还设置有风速风向传感器和控制器，所述控制器能够根据风速风向传感器的反馈控制各个电机。

进一步，作为优选，所述控制器被配置为：根据风速风向传感器的反馈控制各个电机并使得：仅同时开启两个且呈对称设置的第二整流板，并根据风速调节第二整流孔的被封堵量。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，具备以下有益效果：

本发明实施例中，在垂直轴风机的外部构建一控风场所，也即罩壳，通过对外界风体进行引导和控制来实现减少叶片振荡提高发电效率的效果；并且，无需改变原有垂直轴风机的结构，仅需在立柱上安装卡箍即可通过卡箍来安装罩壳，拆装较为便捷；

本发明实施例中，控制器被配置为：根据风速风向传感器的反馈控制各个电机并使得：仅同时开启两个且呈对称设置的第二整流板，并根据风速调节第二整流孔的被封堵量，从而根据风向来进行适应性的捕风和孔风，提高了发电效率。

附图说明

图1为一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组的结构示意图；

图2为一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组中垂直轴风机的结构示意图；

图3为一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组中卡箍和底板的结构示意图；

图4为一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组中第二整流板和风罩的结构示意图；

图5为一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组中第二整流孔的结构示意图；

图中：1、垂直轴风机；2、立柱；3、卡箍；4、底板；5、罩壳；6、第一整流板；7、集风器；8、第二整流板；9、风罩；10、驱动齿轮；11、电机；91、风孔；81、第二整流孔；82、封堵环；83、封堵塞；84、复位弹簧。

具体实施方式

请参照图1-5，本发明实施例中，提供了一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，包括垂直轴风机1，其采用立柱2固定于地基之上，所述立柱2上可拆卸的固定有卡箍3，所述卡箍3的外部设置有底板4，所述底板4上可拆卸的固定有罩壳5，所述罩壳5套设于所述垂直轴风机1的外部，所述罩壳5能够对外界风体进行引导和控制。

垂直轴风力发电机组中的叶片通常有曲线形状，当风吹过叶片时，由于该曲面的形状和叶片的旋转，空气分子将产生不同的速度和压力。这将导致叶片受到向外的力，使叶片进行旋转。这个旋转的运动将会通过轴向传输到风力发电机的发电机组部分，将机械能转化为电能输出。

对于垂直轴风力发电机组来说，垂直于旋转轴线的风向是最理想的。也就是说，风应该尽可能地从垂直方向吹来，这种风向可以提供最大的功率输出和最稳定的运行。而侧风或者倾斜的风向，将给发电机带来不必要的振荡和摩擦损耗，从而降低其效率和寿命；

而本实施例中，如图1，在垂直轴风机1的外部构建一控风场所，也即罩壳5，通过对外界风体进行引导和控制来实现减少叶片振荡提高发电效率的效果；

在实施时，无需改变原有垂直轴风机的结构，仅需在立柱2上安装卡箍即可通过卡箍3来安装罩壳5，卡箍3可分为两个部分，两个部分通过螺栓固定套设于立柱2上，因此方便拆卸和安装；

具体的，本实施例中，如图3，所述卡箍3包括第一半卡箍和第二半卡箍，所述第一半卡箍和第二半卡箍上均固定有半圆板，两个半圆板相互靠近的一端设置有密封条，两个半圆板能够构成底板4。

另外，如图1，所述罩壳5为筒状结构，且其上开设有多个呈圆周分布的通槽，所述通槽中嵌入有第一整流板6，所述第一整流板6能够将风体进行水平整流。

第一整流板6上开设有多个第一整流孔，第一整流孔为水平状，因此经过第一整流孔的风体则能够被水平整流，保证风体与垂直轴风机叶片接触的最佳角度，减少叶片的振荡情况，提高了发电效率以及使用寿命。

作为较佳的实施例，各个所述通槽的外部均固定有集风器7，所述集风器7为喇叭状。

作为较佳的实施例，所述集风器7中嵌入有第二整流板8，所述第二整流板8能够将风体进行水平整流。

因此，本发电机组可对风体进行二次整流，也即风体也经过第二整流板的一次整流后进入至第一整流板中进行二次整流。

其中，所述第二整流板8上设置有多个第二整流孔81；

所述集风器7的外部转动设置有风罩9，所述风罩9上开设有多个对应于第二整流孔81的风孔91，所述风孔91和第二整流孔81的位置分布被配置为：当所述风罩转动时，所述风孔91能够与第二整流孔81一一同轴对应。

需要解释的是，在实施时，当驱动所述风罩转动时，风孔91能够与第二整流孔81一一同轴对应，此时风体可穿过第二整流孔81进入至第一整流板6中，并且继续转动风罩还可以利用风罩来调节进入至第一整流孔中的进风量，或者实现对于第一整流孔的封堵。

本实施例中，所述风罩9的外周侧分布有齿牙，所述齿牙与驱动齿轮10啮合，所述驱动齿轮由电机11所驱动，所述电机11固定于罩壳5上。

作为较佳的实施例，所述风罩的内表面上固定有位于风孔91一侧的密封垫，所述密封垫中嵌入有磁铁，如图4和5，所述第二整流孔81中采用复位弹簧84连接有封堵塞83，所述第二整流孔中还设置有对应于封堵塞83的封堵环82，初始状态下，所述封堵塞远离所述封堵环，所述封堵塞能够被磁铁所吸引。

因此，在利用风罩实现对于第一整流孔的封堵时，其中，密封垫能够实现对于第一整流孔的封堵，而封堵塞则能够被磁铁所驱动实现对于封堵环的封堵，因此，在利用风罩实现对于第一整流孔的封堵时能够实现对于第一整流孔的双重封堵，封堵效果较好。

本实施例中，所述罩壳5上还设置有风速风向传感器和控制器，所述控制器能够根据风速风向传感器的反馈控制各个电机11。

作为较佳的实施例，所述控制器被配置为：根据风速风向传感器的反馈控制各个电机11并使得：仅同时开启两个且呈对称设置的第二整流板8，并根据风速调节第二整流孔81的被封堵量。

需要解释的是，垂直轴风力发电机组中的叶片通常是被动式的，即通过叶片的曲面形状和旋转产生动力。因此，风速对于叶片的旋转速度有决定性的作用。风速越大，叶片旋转速度也就越快。

然而，如果风速过大，叶片旋转会因为离心力和机械过载而受到限制，甚至会损坏叶片。因此，在不同的风速范围内，垂直轴风力发电机组的效率是不同的。

一般而言，垂直轴风力发电机组在低风速下的效率较高，因为风速较低时，风阻小，且叶片的旋转可以较为充分地将风能转化为机械能。但是在高风速下，水平轴的风力发电机组效率较高，因为水平轴的叶片可以根据风向调整角度，以更好地利用风能，而且水平轴风力发电机组具有更高的转速和更高的功率密度。

而本实施例中，根据风速调节第二整流孔81的被封堵量从而辅助调节风速。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，包括垂直轴风机(1)，其采用立柱(2)固定于地基之上，其特征在于：所述立柱(2)上可拆卸的固定有卡箍(3)，所述卡箍(3)的外部设置有底板(4)，所述底板(4)上可拆卸的固定有罩壳(5)，所述罩壳(5)套设于所述垂直轴风机(1)的外部，所述罩壳(5)能够对外界风体进行引导和控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述罩壳(5)为筒状结构，且其上开设有多个呈圆周分布的通槽，所述通槽中嵌入有第一整流板(6)，所述第一整流板(6)能够将风体进行水平整流。

3.根据权利要求2所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：各个所述通槽的外部均固定有集风器(7)，所述集风器(7)为喇叭状。

4.根据权利要求3所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述集风器(7)中嵌入有第二整流板(8)，所述第二整流板(8)能够将风体进行水平整流。

5.根据权利要求4所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述第二整流板(8)上设置有多个第二整流孔(81)；

所述集风器(7)的外部转动设置有风罩(9)，所述风罩(9)上开设有多个对应于第二整流孔(81)的风孔(91)，所述风孔(91)和第二整流孔(81)的位置分布被配置为：当所述风罩转动时，所述风孔(91)能够与第二整流孔(81)一一同轴对应。

6.根据权利要求5所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述风罩(9)的外周侧分布有齿牙，所述齿牙与驱动齿轮(10)啮合，所述驱动齿轮由电机(11)所驱动，所述电机(11)固定于罩壳(5)上。

7.根据权利要求5所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述风罩的内表面上固定有位于风孔(91)一侧的密封垫，所述密封垫中嵌入有磁铁，所述第二整流孔(81)中采用复位弹簧(84)连接有封堵塞(83)，所述第二整流孔中还设置有对应于封堵塞(83)的封堵环(82)，初始状态下，所述封堵塞远离所述封堵环，所述封堵塞能够被磁铁所吸引。

8.根据权利要求1所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述卡箍(3)包括第一半卡箍和第二半卡箍，所述第一半卡箍和第二半卡箍上均固定有半圆板，两个半圆板相互靠近的一端设置有密封条，两个半圆板能够构成底板(4)。

9.根据权利要求6所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述罩壳(5)上还设置有风速风向传感器和控制器，所述控制器能够根据风速风向传感器的反馈控制各个电机(11)。

10.根据权利要求9所述的一种基于智慧能源的微型垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述控制器被配置为：根据风速风向传感器的反馈控制各个电机(11)并使得：仅同时开启两个且呈对称设置的第二整流板(8)，并根据风速调节第二整流孔(81)的被封堵量。

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