CN202628395U - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电领域，具体涉及一种风力发电机，能够增加风叶受力面积，提高风能利用系数，阻止反向力矩的发生，降低有效力矩的损失。其中，风力发电机包括：风轮，其包括转轴和围绕该转轴均匀分布的多个风叶；发电机，其与所述转轴连接；风导向装置，其包括围绕所述风轮设置的一对侧面风导向板，该一对侧面风导向板之间形成进风口和出风口，所述进风口和出风口分别设置在所述风轮的相反向的两侧；其中，风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

Description

风力发电机

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及一种风力发电机。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视。在风能的应用领域中，发电领域具有广阔的应用前景。

在现有的风力发电中，较常使用竖轴风力发电机进行发电。现有的竖轴风力发电机通过风轮的转动来传递风能，风轮包括围绕转轴分布的多个风叶。通过风力推动风轮围绕该转轴转动以通过该转轴将风能传递至发电机以进行发电。

但是在现有的竖轴风力发电机中，当风吹向转轴两侧的风叶时，会使转轴两侧的风叶同时对转轴产生正向力矩和反向力矩。尽管现有技术已将产生正向力矩的风叶做成凹状，产生反向力矩的风叶做成凸状，以增大正向力矩，但是仍然会产生一定量的反向力矩，从而损失较多有效力矩。特别是当使用环境为微风环境时，由于反向力矩较大，会使得转轴无法正常转动以带动发电机发电。

实用新型内容

本实用新型提供了一种风力发电机，能够降低有效力矩的损失。

本实用新型提供了一种风力发电机，包括：

风轮，其包括转轴和围绕该转轴均匀分布的多个风叶；

发电机，其与所述转轴连接；

风导向装置，其包括围绕所述风轮设置的一对侧面风导向板，该一对侧面风导向板之间形成进风口和出风口，所述进风口和出风口分别设置在所述风轮的相反向的两侧；

其中，风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

通过本实用新型提供的风力发电机，能够带来以下有益效果：

在本实用新型中，当风从进风口流入风轮时，风导向板引导风吹向转轴的同一侧的风叶，使转轴的同一侧的风叶同时产生正向力矩；同时，风导向板有效阻止风吹向转轴的另一侧的会产生反向力矩的风叶，从而有效降低反向力矩的产生，以降低有效力矩的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本实用新型的风力发电机的一种实施例的从正面看的结构示意图。

图2为本实用新型的风力发电机的一种实施例的从俯视角度看的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型提供一种风力发电机，其特征在于，包括：

风轮，其包括转轴和围绕该转轴均匀分布的多个风叶；

发电机，其与所述转轴连接；

风导向装置，其包括围绕所述风轮设置的一对侧面风导向板，该一对侧面风导向板之间形成进风口和出风口，所述进风口和出风口分别设置在所述风轮的相反向的两侧；

其中，风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

在本实用新型的一个实施例中，参照图1和图2，本实用新型的风力发电机包括风轮5，风轮5包括转轴3和围绕转轴3设置的多个风叶，多个风叶围绕转轴均匀分布。优选地，风叶为类似于船帆式的风叶，为弧形的风叶，相对地，一面为凸状，一面为凹状。优选地，风从进风口处吹向风叶的凹状面，使风叶产生更大的力矩。

在本实用新型的一个实施例中，发电机4与转轴3连接，优选地，发电机4连接在转轴3的一端，转轴能够直接将风能传递给发电机进行发电。

在本实用新型的一个实施例中，在风轮5的外围设置有风导向装置7，风导向装置包括围绕风轮设置的一对侧面风导向板，该一对侧面风导向板构成了进风口703和出风口704，进风口和出风口都位于该一对侧面风导向板之间，且进风口和出风口分别分布于风轮的相反向的两侧，以使风从进风口进入后吹至更多的风叶，产生更多的力矩。

在本实用新型的一个实施例中，风从进风口流入风轮后被风导向装置改变方向，吹向转轴的同一侧的风叶，后经出风口流出。由于转轴的同一侧的风叶在风力的吹动下会同时产生正向力矩，而另一侧的风叶会产生相对于该正向力矩的反向力矩，所以风导向装置只将风导向至转轴同一侧的风叶，可以有效避免反向力矩的产生，降低有效力矩的损失。优选地，转轴的同一侧的风叶指沿风向的方向，经过转轴将风叶分为两部分，风只吹向其中一部分风叶。

在本实用新型的一个实施例中，风从进风口流入风轮后，吹向半数或半数以上的风叶的同一侧，该同一侧指的是多个风叶朝向进风口的一侧。风也可能会吹到风叶的背向进风口的一侧，产生反向力矩，但是这种反向力矩很小，可以忽略不计。风叶在外侧的末端的切线与风向平行，或风叶在外侧的末端的切线与风向成锐角，使风只能吹到风叶的一侧。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述风叶包括铝镁合金板。铝镁合金板的风叶不易生锈，重量轻，强度高，能够降低风轮的质量，使风轮能够更快速转动，特别是在风速较低的情况下，风轮也可转动。且铝镁合金板价格相对便宜，能够节约成本。

在本实用新型的各实施例中，优选地，多个所述风叶具有相同的大小和形状。所有的风叶大小、形状相同，可使整个风轮能够稳定地转动。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述的风力发电机进一步包括：支撑结构，其设置在所述风轮的外围并位于所述风轮和所述风导向装置之间。

如图1和图2所示的实施例中，设置支撑结构6可将风轮5支撑起来，使风轮5能够稳定地转动，特别是在风速较大时。优选地，支撑结构6可以设置为与风轮的最外围的虚拟圆周同心的圆柱形框架，如图2的支撑结构6所示。优选地，支撑结构6与风导向装置7之间相距一定距离，例如为20cm，以使风导向装置在转动过程中不会碰到支撑结构，更稳定地转动。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述一对侧面风导向板为一对弧形面板，该一对弧形面板从所述进风口向所述出风口平滑过渡；

优选地，所述一对弧形面板包括第一弧形面板和第二弧形面板，所述转轴与所述第一弧形面板在所述进风口处的一端的切线与风向平行，所述第二弧形面板在所述进风口处的一端的切线与风向垂直；

更优选地，所述第一弧形面板在所述进风口处的一端与所述风轮的最外围的虚拟圆周的距离，大于该第一弧形面板在所述出风口处的一端与所述风轮的最外围的虚拟圆周的距离，所述第二弧形面板在沿垂直于所述转轴的方向上的弧线与所述风轮的最外围的虚拟圆周同心。

在如图2所示的实施例中，一对侧面风导向板为弧形面板，包括第一弧形面板701和第二弧形面板702，第一弧形面板701和第二弧形面板702均设置为弧形的面板（沿垂直于转轴的方向看），可便于兜风，将更多的风导向至风轮，一对弧形面板从进风口703向出风口704平滑过渡，可便于风从进风口流至出风口。优选地，第一弧形面板701和第二弧形面板702均具有从进风口向风轮渐扩的形状，以及从出风口向风轮渐扩的形状，类似于两端窄中间宽的形状，这样更便于兜风，将更多的风导向至风轮，使风轮旋转产生更多的正向力矩。

在本实用新型的一个实施例中，参照图2，第一弧形面板701在进风口703处的一端701a的切线与风向10平行，这是一种临界状态，这种状态可使足够的风导向至风轮处。第一弧形面板701的一端701a还可向远离风轮的方向（向图中的左侧）继续平移，以使进风口更大。

在本实用新型的一个实施例中，参照图2，第二弧形面板702在进风口703处的一端701a的切线与风向10垂直，能够有效遮挡风吹向会产生反向力矩的风叶，降低有效力矩的损失。

在本实用新型的一个实施例中，参照图2，第一弧形面板701在进风口703处的一端701a与风轮5的最外围的虚拟圆周（风轮的最外围的虚拟圆周是指风叶的远离转轴的一端的运动轨迹）的距离，大于第一弧形面板701在出风口704处的一端701b与风轮5的最外围的虚拟圆周的距离，这样可以增大进风口，使更多的风被导向至风轮处。

在本实用新型的一个实施例中，参照图2，第二弧形面板702在沿垂直于转轴3的方向上看的弧线与风轮的最外围的虚拟圆周同心，以更好地遮挡风吹向产生反向力矩的风叶。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述风导向装置具有与所述转轴重合的转动轴线，所述转轴为竖轴，所述风力发电机进一步包括：

风向检测器，其用于检测风向的变化并启动所述风导向装置转动；

动力结构，其与所述风导向装置连接；

控制器，其分别与所述风向检测器和所述动力结构连接，并根据所述风向的变化控制所述动力结构带动所述风导向装置转动，使风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

在本实用新型的一个实施例中，风导向装置可以跟随风向转动，以适应风向的改变，从而在不同风向下页可有效引导风流入风轮，吹到转轴的同一侧的风叶，产生更多正向力矩，减少反向力矩的产生。优选地，风导向装置转过的角度与风向改变的角度相同。

在本实用新型的一个实施例中，风导向装置的转动轴线与转轴重合，风导向装置与风轮具有相同的转动轴，以使风导向装置在转动时不会影响到风轮的转动。

在本实用新型的一个实施例中，转轴为竖轴，发电机连接在该转轴的底部。本实用新型的风力发电机包括用于检测风向的风向检测器，风导向装置根据风向检测器检测到的风向的变化进行转动。优选地，风向检测器为风向标或电子风标。

在本实用新型的一个实施例中，风力发电机包括动力结构，动力结构是为风导向装置的转动提供动力的装置，例如为电动机。风向检测器根据风向的改变以启动动力结构带动风导向装置进行转动。

在本实用新型的一个实施例中，风力发电机进一步包括控制器，该控制器分别与风向检测器和动力结构连接，当风向检测器检测到风向有改变时，风向检测器通过机械方式或电子方式启动控制器，从而该控制器控制动力结构带动风导向装置进行转动，以适应风向的改变。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述风力发电机进一步包括传动结构；

所述风向检测器为风向标；

所述动力结构包括电动机，该电动机与所述传动结构连接以通过所述传动结构带动所述风导向装置转动；

所述控制器包括分别与所述电动机连接的一对常开节点开关和一个常闭节点开关，所述一对常开节点开关与所述风导向装置固定连接，所述一对常开节点开关分别设置在所述风向标的两侧，所述常闭节点开关设置在所述一对常开节点开关之间；

其中，当所述风向标在运动时触碰到其中一个所述常开节点开关时，启动所述电动机并通过所述传动结构带动所述风导向装置顺时针转动；当所述风向标在运动时触碰到另一个所述常开节点开关时，启动所述电动机并通过所述传动结构带动所述风导向装置逆时针转动；当所述风向标在运动中触碰到所述常闭节点开关时，所述电动机停止工作。

在本实用新型的一个实施例中，参见图1和图2，风向检测器为风向标1，动力结构为电动机8，电动机8通过传动结构9带动风导向装置7进行转动。控制器为多个触点开关，以控制风导向装置根据风向的变化进行不同向（顺时针或逆时针）的转动。多个触点开关同风导向装置一起转动，并与风导向装置固定连接。多个触点开关包括分别设置在风向标两侧的第一常开触点开关201、第二常开触点开关202和该一对常开触点开关之间的常闭触点开关203（一对常开触点开关之间的连线可与常闭触点开关分别位于不同的直线上）。优选地，第一常开触点开关201和第二常开触点开关202分别设置在风向标的头部的两侧，以使风向标在根据风向改变而转动时，触碰到这两个常开触点开关。这两个常开触点开关分别与电动机连接，当风向标1的头部触碰到其中一个常开触点开关时，启动电动机并控制电动机进行正转，从而通过传动结构带动风导向装置进行一种方向的转动（例如顺时针方向）；当风向标1的头部触碰到另一个常开触点开关时，启动电动机并控制电动机进行反转，从而通过传动结构带动风导向装置进行相反方向的转动（例如逆时针方向）。当风向标触碰到第三常闭触点开关203时，电动机停止启动。设置第三常闭触点开关可以有效保护电动机的使用，避免电动机在开启、关闭之间转换太过频繁，损坏电动机。

在本实用新型的一个实施例中，优选地，风导向装置除了包括一对弧形面板外，还包括用于连接该一对弧形面板的顶板和底板。优选地，第一、第二常开触点开关和第三常闭触点开关固定在顶板上。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述风向标设置在所述转轴上方，且所述风向标的旋转轴线与所述转轴重合；

其中一个所述侧面风导向板在所述进风口的一端位于所述风向标所处的轴线的延长线上。

在如图1所示的本实用新型的一个实施例中，风向标1设置在转轴3的上方，例如为正上方，且风向标1的转动轴线与转轴3重合，这样可以使风轮的结构更紧凑，且更易带动风轮根据风向的改变进行转动。

在如图2所示的本实用新型的一个实施例中，第二弧形面板702在进风口703处的一端702a位于风向标1所处的轴线的延长线上，这样更易于通过风向标所示的风向设置第二弧形面板的位置，使风尽量不吹到会产生反向力矩的风叶。

在本实用新型的一个实施例中，所述传动结构包括蜗轮和蜗杆，其中，所述蜗轮具有转动轴；所述蜗杆与所述电动机连接并被所述电动机带动转动，所述蜗轮与所述蜗杆连接并被所述蜗杆带动围绕所述转动轴转动，所述转动轴设置在所述转轴的上方并与所述风导向装置连接以带动所述风导向装置转动。蜗轮与蜗杆是常见的机械传动结构，便于电动机带动风导向装置进行不同方向的转动。

在本实用新型的各实施例中，优选地，所述风向检测器为电子风标，该电子风标向所述控制器发送风向变化信号；

所述控制器接收所述风向变化信号并根据该风向变化信号控制所述动力结构带动所述风导向装置转动，使风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

在本实用新型的一个实施例中，还可以采取电子或通信的方式来控制风导向装置进行转动。使用电子风标检测风向，可以得到更精准的风向改变的数据，电子风标将该数据作为信号发送至控制器，控制器接收该信号后根据该信号显示的风向的变化控制动力结构带动风导向装置进行更精准地转动，优选地，风向改变的角度与风导向装置转动的角度相同，以使风导向装置能够始终与不同风向的风匹配，使风只吹到转轴的同一侧的风叶。

在本实用新型的一个实施例中，风导向装置不是固定不动的，是可以根据风向的变化进行转动的，以使不同风向的风能始终吹到转轴的同一侧的风叶，从而有效避免反向力矩的产生。

在本实用新型的一个实施例中，当风力过大时，风吹动风轮，足以使风轮以较高速的速度转动，且风导向装置也可能会被风吹动以转动，从而不需要再启动动力结构（例如电动机）控制风导向装置进行转动，这样可以保护动力结构，避免启动或停止太频繁，损坏动力结构。可以设置风速检测器检测风速的大小从而判断风力的大小，当风速超过一定值时，可认为风力过大，不用启动动力结构。

在本实用新型的一个实施例中，当风力过小时，启动动力结构以转动风导向装置耗费的电量大于或等于风力发电机发出的电量时，可锁定动力结构，停止启动动力结构，以节约电量，并保护动力结构的工作情况。可以设置风速检测器检测风速的大小从而判断风力的大小，当风速低于一定值时，可认为风力过小，不用启动动力结构。

在本实用新型的一个实施例中，当风向在短时间内（例如5秒至20秒）风向改变的频率较高时，由于启动动力结构后会造成动力结构频繁地启动和停止启动，对动力结构造成一定的损坏。这时可以锁定动力结构，停止动力结构启动，保护动力结构有效地工作。当检测到风向稳定后，可以对动力结构解除锁定。可以通过风向检测器检测短时间内的风向的变化情况。

在本实用新型的一个实施例中，发电机通过热蓄能的方式存储发得的电。

在现有技术中，只有全年的部分时间会进行发电，在低谷电时电网不需要使用较多的电力，这时，发得的电就需要进行存储。本实用新型通过热蓄能的方式存储电力。热蓄能方式已经被授予专利权，是对一种介质加热的蓄能方式。本实用新型通过发得的电对一种介质（例如为变压器油）进行加热，加热至一定温度（例如为300℃），从而对发得的电进行存储。当电网需要用电时，再通过温差发电的方式向电网送电。

通过本实用新型提供的风力发电机及其发电方法，能够带来至少以下一种有益效果：

1.降低有效力矩的损失。在本实用新型中，当风从进风口流入风轮时，风导向板引导风吹向转轴的同一侧的风叶，使其同时产生正向力矩；同时，风导向板有效阻止风吹向转轴的另一侧会产生反向力矩的风叶，从而有效降低反向力矩的产生，以降低有效力矩的损失。

2.提高风能的利用系数。本实用新型提供的风导向装置能够将风导向至转轴的同一侧的风叶，使风吹到风轮上半数或半数以上的风叶，这样就能增大产生的力矩，从而提高风能的利用系数。

3.降低成本，且延长使用期限。风叶由铝镁合金板制成，由于铝镁合金价格相对便宜，能够降低成本；同时铝镁合金不易生锈、重量轻、强度高，使用期限较其他风轮的时间长。

4.扩大适用范围。由于风导向装置在微风状态下就能够导向，能够发电。单轮的发电机即可自成体系，安装灵活方便，可以组合成各种功率的发电站，它可以安装在楼房的屋顶上，支架上，凡是有风的地方都可以安装。由于它风能利用系数高，装机容量大、发电成本低，非常适合在海岛、边防哨所、山区、石油管线加热、农村、沿海地区、别墅区供电或分散方式向区域电网供电。一般地区在10米以上的高空经常都有微风，有时也有强风，本实用新型的风力发电机通过可跟随风向的变化转动的风导向装置，使其既能够在微风条件下发电，也能够在强风条件下发电，因为它重量轻，离心力小，燥音小，有效功率大，安装简单，管理方便，成本低，所以会得到各方面的青睐。

5.能够利用微风常年均衡发电，可以保证发电质量。本实用新型提供的风力发电机可以通过风导向装置的导向作用，使风轮可在多数状态下都进行转动，特别是微风情况下仍能进行转动，从而常年均衡发电，保证发电质量。

本实用新型的风力发电机能够带来极大的经济效益，以30kw机型为例：

（1）发电机成本15万元/台；

（2）风轮成本2万元/台；

（3）支撑系统1万元/台；

（4）导向系统2万元/台；

（5）变配电设备2万元/台，安装运输1.2万元/台，贷款利息1.8万元/台；

（6）每台总成本25万元/台；

（7）按摊销方式计算每年成本，25万元÷8年=3万元/年；

（8）按卖电方式计算每年的产值，180000x0.581元=10.5万元/年；

（9）每年形成的毛利率为10.5-3=7.5万元/年；

（10）如果投资2亿元就可以完成1200个发电机，每年形成的毛利润为1200x7.5万元=0.9亿元/年；

（11）每台年发电量为30x250x24=180000kw/年；

（12）每度电成本3万元÷18万千瓦=0.17元/kw。

本实用新型提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本实用新型的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种风力发电机，其特征在于，包括：

风轮，其包括转轴和围绕该转轴均匀分布的多个风叶；

发电机，其与所述转轴连接；

风导向装置，其包括围绕所述风轮设置的一对侧面风导向板，该一对侧面风导向板之间形成进风口和出风口，所述进风口和出风口分别设置在所述风轮的相反向的两侧；

其中，风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述一对侧面风导向板为一对弧形面板，该一对弧形面板从所述进风口向所述出风口平滑过渡。

3.如权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述一对弧形面板包括第一弧形面板和第二弧形面板，所述转轴与所述第一弧形面板在所述进风口处的一端的切线与风向平行，所述第二弧形面板在所述进风口处的一端的切线与风向垂直。

4.如权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述第一弧形面板在所述进风口处的一端与所述风轮的最外围的虚拟圆周的距离，大于该第一弧形面板在所述出风口处的一端与所述风轮的最外围的虚拟圆周的距离，所述第二弧形面板在沿垂直于所述转轴的方向上的弧线与所述风轮的最外围的虚拟圆周同心。

5.如权利要求1-4任一项所述的风力发电机，其特征在于，所述风导向装置具有与所述转轴重合的转动轴线，所述转轴为竖轴，所述风力发电机进一步包括：

风向检测器，其用于检测风向的变化并启动所述风导向装置转动；

动力结构，其与所述风导向装置连接；

控制器，其分别与所述风向检测器和所述动力结构连接，并根据所述风向的变化控制所述动力结构带动所述风导向装置转动，使风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

6.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，

所述风力发电机进一步包括传动结构；

所述风向检测器为风向标；

所述动力结构包括电动机，该电动机与所述传动结构连接以通过所述传动结构带动所述风导向装置转动；

所述控制器包括分别与所述电动机连接的一对常开节点开关和一个常闭节点开关，所述一对常开节点开关和所述一个常闭节点开关分别与所述风导向装置固定连接，所述一对常开节点开关分别设置在所述风向标的两侧，所述常闭节点开关设置在所述一对常开节点开关之间；

其中，当所述风向标在运动时触碰到其中一个所述常开节点开关时，启动所述电动机并通过所述传动结构带动所述风导向装置顺时针转动；当所述风向标在运动时触碰到另一个所述常开节点开关时，启动所述电动机并通过所述传动结构带动所述风导向装置逆时针转动；当所述风向标在运动中触碰到所述常闭节点开关时，所述电动机停止工作。

7.如权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，

所述风向标设置在所述转轴上方，且所述风向标的旋转轴线与所述转轴重合；

其中一个所述侧面风导向板在所述进风口的一端位于所述风向标所处的轴线的延长线上。

8.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，

所述风向检测器为电子风标，该电子风标向所述控制器发送风向变化信号；

所述控制器接收所述风向变化信号并根据该风向变化信号控制所述动力结构带动所述风导向装置转动，使风从所述进风口流入所述风轮，并吹到所述转轴的同一侧的所述风叶，之后经所述出风口流出。

Images