CN201215069Y

CN201215069Y - 自动调整叶面迎风角度的风力发电装置

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Publication number: CN201215069Y
Application number: CNU2008201269157U
Authority: CN
Inventors: 杨富闳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2018-06-20

Abstract

本实用新型提供了一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其包括一风车，所述风车包括复数片风叶，其特征在于，其包括：一受风板，设置在所述风叶的转动轴心上；一推块，设置在所述受风板上，在所述推块上设置有与所述风叶数量相同的齿条；一定位座，所述推块的尾端卡在所述定位座内；一回复单元，设置在所述推块与所述定位座之间；复数转动控制单元，其数量与所述风叶的数量相同，所述转动控制单元与所述齿条连接。所述风力发电装置可在微风与强风、瞬间阵风时维持稳定的动力输出，以达到良好的发电功能。

Description

自动调整叶面迎风角度的风力发电装置

技术领域

本实用新型是涉及一种风力发电装置，尤其涉及一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置。

背景技术

人类自从发现电能以来，在物质文明上有了突飞猛进的成长，也大幅地改善了人类的生活。然而，随着生活的进步，人类对于电能的需求愈来愈高，而现有的发电机制却不可能无限制发展，因此必寻求替代方案，以解决人类对于电能的需求。

目前人类所熟知的发电技术中，最普遍的方法是燃烧石油，但是此法受限于燃烧原理，不仅消耗燃油迅速，且制造大量的废气、废热，严重影响生活环境。而且，石油仅限于少数国家所拥有，且容量有限，总有一天会使用殆尽，绝非长久之法。

为此，各国均在积极寻求替代能源的方案，不仅要求这些替代能源能取代石油，且更重要的在于寻求一种无污染的新能源。而就目前所熟知的洁净能源中，大致包括风力、太阳能、海浪等。太阳能是地球一切能量的来源，其产量惊人，但受限于现有技术，目前的太阳能应用效率极低，必须铺设大面积的太阳能板，才能取代少部份的传统发电，因此对于面积有限、日照不足的国家并不适用。海浪发电的效能不错，但海浪的动作无法预估，因此无法持续产生有效的能源；且海浪具有破坏性，很容易损坏动力机组；海浪对于内陆国家也无法适用，在目前并非良好的替代方法。

因此，在洁净能源的替代方案中，风力发电是目前相当成熟的技术，值得推广。风力发电的历史相当悠久，早在数个世纪前，欧洲即应用风车于面粉厂中的小麦磨粉工作，或是低洼地区的抽水工作。而风力来源存在于地球各处，各国皆可视其地形气候的现况，采行不同的配置。因此，目前使用风力发电的地区相当繁多，虽然无法取代火力发电，但仍有其一定的价值。

要充份应用风力进行发电，良好的风车结构是必须的产品，但就目前的风力发电机技术中，其产生的效能却相当低，造成无谓的损失。任何学过基本力学的人们都知道，要取得最大的风能，就必须加大风叶面积，以取得足够的风量，但以目前常见的大型风力发电机而言，其风叶的受风面面积只占很小的面积，风叶设计为细长型，则受风面积如此狭小，其效率自然也不高。如此设计的原因如下：

A.现有风力发电机设计者多是高级知识份子，因此其设计风叶时，是采用高科技的飞机机翼模式，但由于飞机必须超过200多公里时速方能起飞，因此其迎风的风速极高，为高速扬力模式的设计。但以风车而言，因为自然界的风速多半偏低，因此100千瓦(KW)以上大型风叶运转时的转速约是每分钟11～22转，但以飞机机翼模式设计所变化的风力发电机叶片，是属于高速运转下的产品。换言之，此类飞机机翼模式风叶应用在100千瓦以上大型风力发电机上根本发挥不了作用。事实上，此飞机机翼模式的风叶只有用在2片式风叶的高速小型风力发电机上，并不适合在100千瓦以上大型的风力发电机上。

B.实际查看现有的100千瓦以上风力发电机运转，其风叶是采平板迎风并略偏70度角，即采用电风扇的切风角度，因此与飞机机翼的理论值17度相差太远，所以此类风叶并没有高价值。而风车的风叶迎风切角宜以35～45度旋转力量最大，前述采用70度角的设计反而是后推的力量最大，旋转的力量却为之分散，因此效率极差。

C.现有的风力发电机的风叶设计也考虑到强风、瞬间阵风因素，因为怕风叶遭强风、瞬间阵风中损坏，但如此风小时即无法启动，这样在微风状态时没有发电量，造成微风季节时效率很差。

D.现有风力发电机在强风25公尺/秒以上时，其风叶转速很快，但是当发电机转速太快时，发电机是无法发电的，浪费大好发电机会。

E.承上点，因为发电机转速太快时无法发电，加上风叶在强风25公尺/秒以上时可能损坏，因此在100千瓦以上大型风力发电机管理上有人索性就把风力发电机设计成锁死而不发电，反而浪费高效能的发电机会。

F.现有风力发电机的整个风叶缺乏管理特质，如果能有效管理风叶的迎风角度，即可在微风下取得适当风力，并在强风下大量吸取能源，使其取得风力的范围加大，通过微风抢取、强风全收的管理理念去设计，即可大幅提高效率。

现有风力发电机的发电效能如图7所示，其风力约在3公尺/秒时才能开始运作，在12公尺/秒达到最高发电量，而超过13公尺/秒时即开始减损发电量，而超过25公尺/秒时即无法发电，且现有风力发电机的输出电力相当不稳定，其应用效能相当低。

发明内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，可在传统风力发电机无法启动的微风、强风、瞬间阵风环境中作业，提高其使用效率。

本实用新型的另一目的，在于提供一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其发电效率极高，在全年各季节可取得适当风能，并有效转换为电能，提高使用效率。

可达成上述目的，本实用新型提供了一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其包括：

一风车，所述风车包括复数片风叶；

一受风板，设置在所述风叶的转动轴心上；

一推块，设置在所述受风板上，在所述推块上设置有与所述风叶数量相同的齿条；

一定位座，所述推块的尾端卡在所述定位座内；

一回复单元，设置在所述推块与所述定位座之间；

复数转动控制单元，其数量与所述风叶的数量相同，所述转动控制单元与所述齿条连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，输出电力稳定，应用效能高，根据风力大小自动调整风叶叶面角度，可在较宽的风力范围内输出电能。

附图说明

图1是本实用新型的风力发电机外观正视图；

图2是本实用新型的风力发电机外观侧视图；

图3是本实用新型的风力发电机的详细结构正视图；

图4是本实用新型的风力发电机的详细结构侧视图；

图5A至图5D是本实用新型的风叶角度变化连续动作图；

图6是本实用新型的风速-效能曲线图；

图7是现有风力发电机的风速-效能曲线图。

附图标记说明：1-风车；11-风叶；111-定位滚珠；112-弹簧；12-风叶截面；2-受风板；3-推块；31-限位槽；32-齿条；33-定位块；4-定位座；41-导孔；42-挡边；5-回复单元；6-转动控制单元；61-齿轮；62-齿轮轴；63-齿轮组；64-风叶轴座。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1至图4，本实用新型提供了一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其包括一风车1，所述风车1上设计有复数片风叶11，如本实施例采用四片风叶11，所述风叶11旋转时经由一传动结构(图未示出)连接到一发电机进行发电(图未示出)。

本实用新型的特征即在前述复数片风叶11设计一种控制机制，所述控制机制根据风力强弱，自动调整所述风叶11的迎风角度，使所述风车1的风叶11始终保持与迎风面最佳的角度，以在微风与强风下，都能发挥风力发电效能的设计。

本实用新型实施例所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，设置在所述风叶11的转动轴心上，并与所述风叶11之间以滑套、轴承(图未示出)区隔，使所述风叶11的转动不会影响本实用新型的实施。

本实用新型实施例所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，至少包括一受风板2、一推块3、一定位座4、一回复单元5和复数转动控制单元6，其中：

所述受风板2设置在所述风叶11的转动轴心上，用来迎向风面，接收风力产生后推力量。

所述推块3设置在所述受风板2上，经由所述受风板2向后推移；

所述推块3上设置有复数个弧形的限位槽31，所述风叶11的转动轴心上设置有定位滚珠111与弹簧112，所述推块3受到适当力量推动时，可推顶所述定位滚珠111离开所述限位槽31，而在推移力量不足时，所述定位滚珠111又被所述弹簧112力量顶回所述限位槽31内；通过所述限位槽31的设计，可根据所述推块3的移动距离与所述风叶11的转动角度的关系，预先在所述推块3上设置适当的限位槽31，每一限位槽31控制所述风叶11的角度，而所述定位滚珠111与所述弹簧112限制每一风叶11角度的风力范围，使所述风叶11得以保持在稳定状态工作；而所述推块3上设置有与所述风叶11数量相同的齿条32，所述齿条32用来控制所述转动控制单元6，以连接带动所述风叶11转动。

所述定位座4用来限制所述推块3的移动方向与距离，在所述推块3的尾端设置有一定位块33，相对在所述定位座4内设置有一导孔41，所述导孔41的前端设置有一挡边42，使所述定位块33限制在所述导孔41内活动，并且无法脱离所述挡边42。

而所述回复单元5设置在所述推块3与所述定位座4之间，可为弹簧或具有自动回复能力的装置，当所述受风板2的风力减小时，通过所述回复单元5将推块3向前推移，以改变风叶11的角度。

另外，所述转动控制单元6的数量与所述风叶11的数量相同，每一转动控制单元6受到相对的齿条32控制，所述转动控制单元6具有一齿轮61，所述齿轮61受到齿条32控制，所述齿轮61经由一齿轮轴62传动到一齿轮组63，由齿轮组63传动到风叶轴座64，引导控制风叶的转动角度，在本实施例中，所述齿轮轴62、所述齿轮61、所述齿轮组63均同步转动，所述齿轮组63控制所述风叶11的转动角度。另当风叶受强大瞬间阵风时也会自动做减少迎风面的调整转动，保护风叶不受伤害，受力的风叶会将受力传回推块3和回复单元5，当强风或瞬间阵风过后又恢复原来迎风角度。

通过上述装置，本实用新型可配合风速选择最佳的风叶11转动角度，如图5A所示，当风力微弱时，可将风叶11转动为风叶截面12所示的45度角，以取得最大受风面积的风力，过大的角度只会产生后推力量，并无实质增加动力的效果。如图5B所示，当风力逐渐变大时，所述风叶11转动角度可调整为30度角，稍微减少迎风面积。而如图5C所示，当风力达到最大时，所述风叶11转动角度可调整为17度角，使其在高于风速25公尺/秒时，仍能维持稳定的运作，其17度角是飞机机翼的设计角度，此时风叶是以扬力方式作业。而如图5D所示，在风力超强时，即将所述风叶11转动角度可调整为0度角，使其完全不受风。前述运转角度设置为四个，由所述推块3上设置有四个弧形的限位槽31控制，而各限位槽31的位置则事先经过运算，是以齿轮节径周长分配旋转角度比例计算，使每一角度可以负荷一定范围的风速变化，避免风叶11过度的摆动而造成损坏。

因此，如图6所示，本实用新型在风速2.5公尺/秒时即可开始发电，当其达到最高输出功率时，可以维持稳定的输出，且超过风速25公尺/秒以上到最高风速时，仍得以维持良好的运作，较现有技术具有倍增的效能。

本实用新型实施例所述的自动调整叶面迎风角度的的风力发电装置，适用于500瓦-3000000瓦的风力发电机

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其包括一风车，所述风车包括复数片风叶，其特征在于，其包括：

一受风板，设置在所述风叶的转动轴心上；

一定位座；

一回复单元，设置在所述推块与所述定位座之间；

2.如权利要求1所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其特征在于，所述推块上设置有复数个弧形的限位槽，所述风叶的转动轴心上设置有定位滚珠与弹簧。

3.如权利要求1所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其特征在于，所述推块的尾端设置有一定位块，所述定位座内设置有一导孔，所述导孔的前端设置有一挡边。

4.如权利要求1所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其特征在于，所述回复单元是弹簧。

5.如权利要求1所述的自动调整叶面迎风角度的风力发电装置，其特征在于，所述转动控制单元具有一齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合。