風力發電葉輪及使用該葉輪的風力發電機的製作方法

2023-09-16 04:31:35

本實用新型涉及風力發電技術領域，尤其是涉及一種風力發電葉輪及使用該葉輪的風力發電機。

背景技術：

風能作為一種清潔的可再生能源，在過去的十年中由於能源、環境、氣候問題得到了迅速的發展。顯然，風能的清潔性、可再生性及其大規模應用技術的日益成熟，使風力發電日益成為新能源領域中除核能外，技術最成熟、最具開發條件和最有發展前景的發電方式。

但是，現有的風力發電機由於其啟動風速有具體要求，因此當風速小於最小啟動風速時，風力發電機便不能啟動，這限制了風力發電機的可發電風速範圍，使得風能利用率較低。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種風力發電葉輪及使用該葉輪的風力發電機，以解決現有技術中存在的當風速小於最小啟動風速時，風力發電機便不能啟動，限制了風力發電機的可發電風速範圍，使得風能利用率較低的技術問題。

本實用新型提供了一種風力發電葉輪，包括風電葉片、輪軸及葉片旋轉輔助裝置，所述風電葉片固定於所述輪軸上；所述風電葉片的數量為多個，且多個所述風電葉片沿所述輪軸的周向均勻布設；所述風電葉片為中空結構，且所述葉片旋轉輔助裝置設置於所述風電葉片的空腔內；所述葉片旋轉輔助裝置包括配重塊和電驅動裝置，所述電驅動裝置用於使所述配重塊沿著所述風電葉片的長度方向移動。

進一步地，所述電驅動裝置包括第一電磁鐵、第二電磁鐵及第一導向機構；所述第一導向機構的導向方向與所述風電葉片的長度方向相一致，且所述第一導向機構用於使所述配重塊的移動方向與所述風電葉片的長度方向相一致；所述第一電磁鐵和所述第二電磁鐵分別設置於所述第一導向機構的兩端，所述配重塊位於所述第一電磁鐵與所述第二電磁鐵之間，用於使所述配重塊能夠被所述第一電磁鐵吸引，或使所述配重塊能夠被所述第二電磁鐵吸引。

進一步地，所述電驅動裝置為傳送帶輸送裝置，所述配重塊固定安裝於所述傳送帶輸送裝置的傳送帶上。

進一步地，所述輪軸上套設有導電滑環；所述導電滑環與所述電驅動裝置電連接。

進一步地，還包括定位板，所述定位板套設於所述輪軸上，且所述定位板用於風力發電機的機架固定連接；

所述定位板上設置有多個光電傳感器；多個所述光電傳感器呈圓周設置。

進一步地，所述光電傳感器的數量為4個，其中2個所述光電傳感器分別設置於所述圓周的最高點及所述圓周的最低點，另外2個所述光電傳感器分別設置於所述圓周的兩個設定等高點，其中，所述圓周的最高點、所述圓周的最低點及所述兩個設定等高點為所述圓周四等分點。

進一步地，所述風電葉片為帶有葉尖小翼的風力機葉片；所述配重塊的材質為鎳、鈷或鐵。

進一步地，所述第一導向機構為導管，且所述配重塊安裝於所述導管中；

或，所述第一導向機構為導杆，所述配重塊套設於所述導杆上；

或，所述第一導向機構包括兩個平行間隔設置的導軌，所述配重塊通過卡合件滑動設置於兩個所述導軌上。

本實用新型還提供了一種風力發電機，包括所述的風力發電葉輪。

進一步地，還包括發電機，所述輪軸與所述發電機的轉軸連接。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為：

本實用新型提供的風力發電葉輪，包括風電葉片、輪軸及葉片旋轉輔助裝置，風電葉片固定於輪軸上；風電葉片的數量為多個，且多個風電葉片沿輪軸的周向均勻布設；風電葉片為中空結構，且葉片旋轉輔助裝置設置於風電葉片的空腔內；葉片旋轉輔助裝置包括配重塊和電驅動裝置，電驅動裝置用於使配重塊沿著風電葉片的長度方向移動。當實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，通過電驅動裝置使配重塊沿風電葉片的長度方向移動，以改變風電葉片的重心位置，打破風電葉片的力矩平衡狀態，從而使風電葉片能夠發生轉動，進而使得能夠在風速較小時也能使風力發電機啟動，擴大了風力發電機的可以發電風速範圍，提高了風能利用率；而風電葉片採用中空結構，並且將葉片旋轉輔助裝置安裝於風電葉片的空腔內，可以減小風對葉片旋轉輔助裝置的影響。

本實用新型還提供的風力發電機，包括所述的風力發電葉輪。基於上述分析可知，本實用新型提供的風力發電機能夠在風速較小時也能使風力發電機啟動，擴大了風力發電機的可以發電風速範圍，提高了風能利用率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例一提供的風力發電機葉輪的風電葉片的局部結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例一提供的風力發電機葉輪安裝於機架上的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例一中定位板的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例二提供的風力發電機葉輪的風電葉片的局部結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例二提供的風力發電機葉輪安裝於機架上的結構示意圖。

圖中：

101-風電葉片；102-輪軸；103-第一電磁鐵；104-第二電磁鐵；105-配重塊；106-導杆；107-定位板；108-第一光電傳感器；109-第二光電傳感器；110-第三光電傳感器；111-第四光電傳感器；112-傳送帶；113-機架；114-第一同步輪；115-第二同步輪.

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

實施例一

參見圖1至圖3所示，本實用新型實施例一提供了一種風力發電葉輪，包括風電葉片101、輪軸102及葉片旋轉輔助裝置，風電葉片101固定於輪軸102上；風電葉片101的數量為多個，且多個風電葉片101沿輪軸102的周向均勻布設具體而言，風電葉片101的數量為4個，輪軸102上的4個風電葉片101中，相鄰兩個風電葉片101之間的圓心角相同。風電葉片101為中空結構，且葉片旋轉輔助裝置設置於風電葉片101的空腔內；葉片旋轉輔助裝置包括配重塊105和電驅動裝置，電驅動裝置用於使配重塊105沿著風電葉片101的長度方向移動，也就是說，電驅動裝置能使配重塊105向風電葉片101的葉根移動，也能使配重塊105向風電葉片101的葉尖。

該實施例一提供的風力發電葉輪，在當實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，通過電驅動裝置使配重塊105沿風電葉片101的長度方向移動，以改變風電葉片101的重心位置，打破風電葉片101的力矩平衡狀態，從而使風電葉片101能夠發生轉動，進而使得能夠在風速較小時也能使風力發電機啟動，擴大了風力發電機的可以發電風速範圍，提高了風能利用率；而風電葉片101採用中空結構，並且將葉片旋轉輔助裝置安裝於風電葉片101的空腔內，可以減小風對葉片旋轉輔助裝置的影響。需要說明的是，該實施例中，雖然葉片旋轉輔助裝置消耗了電能，但是葉片旋轉輔助裝置消耗的電能，要小於風力發電葉輪帶動發電機的轉軸轉動後，發電機產生的電能。而該葉片旋轉輔助裝置的目的是為了使實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，使風力發電葉片轉動，也就是說，該實施例提供的風力發電葉輪具有一定的實用性能。

該實施例中，電驅動裝置包括第一電磁鐵103、第二電磁鐵104及第一導向機構；第一導向機構的導向方向與風電葉片101的長度方向相一致，且第一導向機構用於使配重塊105的移動方向與風電葉片101的長度方向相一致，也就是說，配重塊105在第一導向機構的作用下運動後，配重塊105的運動方向與風電葉片101的長度方向相平行，這樣便於改變風電葉片101的重心位置；第一電磁鐵103和第二電磁鐵104分別設置於第一導向機構的兩端，配重塊105位於第一電磁鐵103與第二電磁鐵104之間，用於使配重塊105能夠被第一電磁鐵103吸引，或使配重塊105能夠被第二電磁鐵104吸引。第一電磁鐵103靠近風電葉片101的葉根，且第二電磁鐵104遠離風電葉片101的葉根。

具體而言，配重塊105設在第一電磁鐵103和第二電磁鐵104之間後，當第一電磁鐵103通電，第二電磁鐵104斷開時，配重塊105便在第一導向機構的作用下向第一電磁鐵103所在的方向運動；當第二電磁鐵104通電，第一電磁鐵103斷開時，配重塊105便在第一導向機構的作用下向第二電磁鐵104所在的方向運動。需要說明的是，該實施例中，還可以根據需要，使第一導向機構的導向方向與風電葉片101的長度方向呈夾角設置，也就是說，使第一導向機構的導向方向與風電葉片101的長度方向具有一定的夾角，配重塊105沿第一導向機構的導向方向移動。

該實施例可選的方案中，第一導向機構為導管，且配重塊105安裝於導管中；

或，第一導向機構為導杆106，配重塊105套設於導杆106上；

或，第一導向機構包括兩個平行間隔設置的導軌，配重塊105通過卡合件滑動設置於兩個導軌上，具體而言，卡合件為滑塊，配重塊105為滑塊固定連接，滑塊卡合於導軌上。

具體而言，該實施例中，第一導向機構為導杆106。

該實施例中可選的方案中，輪軸102上套設有導電滑環；導電滑環與電驅動裝置電連接。導電滑環的轉子與輪軸102固定連接，導電滑環的定子與風力發電機的機架113固定連接。通過電驅動裝置通過導電滑環與電源連接。電源可以為市電，也可以為其它發電機供電。

該實施例可選的方案中，風力發電葉輪還包括定位板107，定位板107套設於輪軸102上，且定位板107用於風力發電機的機架113固定連接；定位板107上設置有多個光電傳感器；多個光電傳感器呈圓周設置；定位板107的板面與風力發電葉輪的旋轉平面平行。葉片旋轉輔助裝置還包括MCU控制器；光電傳感器與MCU控制器電連接；第一電磁鐵103、第二電磁鐵104分別與MCU控制器電連接。光電傳感器用於檢測風電葉片是否轉動到光電傳感器所在的位置，以使第一電磁鐵通電或斷電，或使第二電磁鐵通電或斷電。

進一步地，光電傳感器的數量為4個，其中2個光電傳感器分別設置於圓周的最高點及圓周的最低點，另外2個光電傳感器分別設置於圓周的兩個設定等高點，其中，圓周的最高點、圓周的最低點及兩個設定等高點為圓周四等分點，也就是說，圓周的最高點、圓周的最低點及兩個設定等高點將該圓周四等分。

參見圖3所示，為了便了區分定位板107上的的4個光電傳感器，分別稱為：第一光電傳感器108、第二光電傳感器109、第三光電傳感器110及第四光電傳感器111；第一光電傳感器108位於該圓周的最高點，第二光電傳感器109位於該圓周右側的設定等高點，第三光電傳感器110位於該圓周的最低點，第四光電傳感器111位於該圓周左側的設定等高點。

以風力發電葉輪的其中一個風電葉片101隨輪軸102一起轉動時的情況為例來具體闡述該風電葉片101上的葉片旋轉輔助裝置的工作原理，且其它三個風電葉片101上的葉片旋轉輔助裝置的工作原理與其相同，不再贅述：參見圖2和圖3所示，該實施例中，風力發電葉輪的旋轉為順時針方向，當風電葉片101在第一光電傳感器108的位置時，第一光電傳感器108向MCU控制器發送到位信息，MCU控制器便使第二電磁鐵104通電，此時第一電磁鐵103處於斷電狀態，因此MCU不使第一電磁鐵103運作，而在風電葉片101由第一光電傳感器108的位置向第二光電傳感器109的位置轉動的四分之一圓周過程中，配重塊105在第二電磁鐵104的作用下，向第二電磁鐵104運動，也就是說，向風電葉片101的葉尖所在的方向移動；而當風電葉片101轉動到第二光電傳感器109的位置時，第二光電傳感器109向MCU控制器發送到位信息，MCU控制器便使第二電磁鐵104斷電，第一電磁鐵103仍處於斷電狀態；風電葉片101繼續旋轉，由第二光電傳感器109的位置轉動第三光電傳感器110的位置時，第三光電傳感器110向MCU控制器發送到位信息，MCU控制器便使第一電磁鐵103通電，而第二電磁鐵104仍處於斷電狀態，因此，此時MCU控制器不使第二電磁鐵104動作；當風電葉片101由第三光電傳感器110的位置向第四光電傳感器111的位置轉動過程中，配重塊105在第一電磁鐵103作用下，向第一電磁鐵103所在的方向運動，也就是說，向風電葉片101的葉根所在的方向移動；風電葉片101轉動到第四光電傳感器111的位置時，第四光電傳感器111向MCU控制器發送到位信息，MCU控制器便使第一電磁鐵103斷電，而第二電磁鐵104仍保持斷電狀態；風電葉片101繼續旋轉，並且轉動到第一光電傳感器108的位置，從而完成一個循環；而在這個循環中，配重塊105在葉片旋轉輔助裝置的作用下，不斷改變在風電葉片101中的位置，從而改變了風電葉片101的力矩，實現風電葉片101在風速較小的情況下也能轉動。需要說明的是，在該過程中，風電葉片由第一光電傳感器位置向第二光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊通在電驅動裝置的作用下向風電葉片的葉尖所在的方向移動；風電葉片由第二光電傳感器位置向第三光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊僅通過自身重力運動或不運動；風電葉片由第三光電傳感器位置向第四光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊通在電驅動裝置的作用下向風電葉片的葉根所在的方向移動；風電葉片由第四光電傳感器位置向第一光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊僅通過自身重力運動或不運動。

該實施例可選的方案中，光電傳感器為反光板光電傳感器。配重塊105的材質為鎳、鈷或鐵。

需要說明的是，該實施例中，風電葉片101為帶有葉尖小翼的風力機葉片。

實施例二

參見圖4和圖5所示，本實用新型實施例二提供了一種風力發電葉輪，包括風電葉片101、輪軸102及葉片旋轉輔助裝置，風電葉片101固定於輪軸102上；風電葉片101的數量為多個，且多個風電葉片101沿輪軸102的周向均勻布設具體而言，風電葉片101的數量為4個，輪軸102上的4個風電葉片101中，相鄰兩個風電葉片101之間的圓心角相同。風電葉片101為中空結構，且葉片旋轉輔助裝置設置於風電葉片101的空腔內；葉片旋轉輔助裝置包括配重塊105和電驅動裝置，電驅動裝置用於使配重塊105沿著風電葉片101的長度方向移動，也就是說，電驅動裝置能使配重塊105向風電葉片101的葉根移動，也能使配重塊105向風電葉片101的葉尖。

該實施例二提供的風力發電葉輪，在當實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，通過電驅動裝置使配重塊105沿風電葉片101的長度方向移動，以改變風電葉片101的重心位置，打破風電葉片101的力矩平衡狀態，從而使風電葉片101能夠發生轉動，進而使得能夠在風速較小時也能使風力發電機啟動，擴大了風力發電機的可以發電風速範圍，提高了風能利用率；而風電葉片101採用中空結構，並且將葉片旋轉輔助裝置安裝於風電葉片101的空腔內，可以減小風對葉片旋轉輔助裝置的影響。需要說明的是，該實施例中，雖然葉片旋轉輔助裝置消耗了電能，但是葉片旋轉輔助裝置消耗的電能，要小於風力發電葉輪帶動發電機的轉軸轉動後，發電機產生的電能。而該葉片旋轉輔助裝置的目的是為了使實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，使風力發電葉片轉動，也就是說，該實施例提供的風力發電葉輪具有一定的實用性能。

該實施例可選的方案中，電驅動裝置為傳送帶輸送裝置，配重塊105固定安裝於傳送帶輸送裝置的傳送帶112上。當實時風速小於風力發電葉片的最小啟動風速時，通過傳送帶輸送裝置使配重塊105持續運動，配重塊105便能不斷改變在風電葉片101中的位置，從而改變了風電葉片101的力矩，實現風電葉片101在風速較小的情況下也能轉動。傳送帶輸送裝置的電機帶動傳送帶112轉動。葉片旋轉輔助裝置還包括MCU控制器，MCU控制器與傳送帶輸送裝置電連接，MCU控制器能夠使傳送帶的轉速與風電葉片的轉速保持同步。傳送帶輸送裝置的電機為伺服電機。

該實施例中可選的方案中，輪軸102上套設有導電滑環；導電滑環與電驅動裝置電連接。導電滑環的轉子與輪軸102固定連接，導電滑環的定子與風力發電機的機架113固定連接。通過電驅動裝置通過導電滑環與電源連接。電源可以為市電，也可以為其它發電機供電。配重塊105的材質為鎳、鈷或鐵。傳送帶輸送裝置通過兩個相對設置的同步輪使傳送帶轉動，也就是說，兩個同步輪通過傳送帶實現聯動。兩個同步輪，分別為第一同步輪114、第二同步輪115，第一同步輪靠近風電葉片的葉根，第二同步輪遠離風電葉片的葉根。傳送帶輸送裝置的電機電機軸與第一同步輪固定連接，也就是說，第一同步輪為主動輪，第二同步輪是從動輪。

需要說明的是，該實施例中，風電葉片101為帶有葉尖小翼的風力機葉片。

還需要說明的是，該實施例中的傳送帶輸送裝置也可以配重塊的運動情況與實施例一中所述的配重塊在風電葉片旋轉過程中的運動情況相同，具體的方案為：

風力發電葉輪還包括定位板，定位板套設於輪軸上，且定位板用於風力發電機的機架固定連接；定位板上設置有多個光電傳感器；多個光電傳感器呈圓周設置；定位板的板面與風力發電葉輪的旋轉平面平行。葉片旋轉輔助裝置還包括MCU控制器；光電傳感器與MCU控制器電連接；光電傳感器用於檢測風電葉片是否轉動到光電傳感器所在的位置，以使傳送帶輸送裝置的電機開啟或停止。光電傳感器的數量為4個，其中2個光電傳感器分別設置於圓周的最高點及圓周的最低點，另外2個光電傳感器分別設置於圓周的兩個設定等高點，其中，圓周的最高點、圓周的最低點及兩個設定等高點為圓周四等分點，也就是說，圓周的最高點、圓周的最低點及兩個設定等高點將該圓周四等分。為了便了區分定位板上的的4個光電傳感器，分別稱為：第一光電傳感器、第二光電傳感器、第三光電傳感器及第四光電傳感器；第一光電傳感器位於該圓周的最高點，第二光電傳感器位於該圓周右側的設定等高點，第三光電傳感器位於該圓周的最低點，第四光電傳感器位於該圓周左側的設定等高點。風力發電葉輪還包括第一霍爾傳感器，第一霍爾傳感器用於檢測風電葉片的轉速，傳送帶輸送裝置上設置有第二霍爾傳感器用於檢測傳送帶輸送裝置的電機的轉速，以使風電葉片轉動四分之一圓周時，傳送帶輸送裝置能夠使配重塊由第一同步輪處移動到第二同步輪，或由第二同步輪移動到第一同步輪。MCU控制器分別與第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器及傳送帶輸送裝置的電機電連接。風電葉片由圓周的最高點第二光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊通在電驅動裝置的作用下向風電葉片的葉尖所在的方向移動，並從第一同步輪移動到第二同步輪；風電葉片由第二光電傳感器位置向第三光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊不運動；風電葉片由第三光電傳感器位置向第四光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊由第二同步輪移動到第一同步輪；風電葉片由第四光電傳感器位置向第一光電傳感器位置轉動的過程中，配重塊不運動。

實施例三

本實用新型實施例三提供了一種風力發電機，包括實施例一或實施例二提供的風力發電葉輪。

該實施例中，風力發電機還包括發電機，輪軸與發電機的轉軸連接。需要說明的是，風力發電機為小型風力發電機。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。此外，本領域的技術人員能夠理解，儘管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特徵而不是其它特徵，但是不同實施例的特徵的組合意味著處於本實用新型的範圍之內並且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。