多旋翼風力發電機的製作方法
2023-05-28 22:31:41 5
專利名稱：多旋翼風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有多個旋翼的風力發電設備，更具體地，涉及一種多旋翼風力發電機，它可以減少與風力相關的產生於旋翼上的負荷和阻力，以獲得高效率的旋轉能，並可以根據風壓的不同，靈活地吸收作用在旋翼上的衝擊。
背景技術：
一般地，發電機可以分為利用水位差的水力發電機，利用燃料燃燒獲得電能的熱力發電機，利用原子核裂變獲得電能的核電站和利用風力的風力發電機。要正確使用發電機發電，應該考慮季節和地理條件的影響。
在上述發電機中，風力發電機是利用自然界的風力發電，與其它發電機不同，其優勢在於安裝費用低廉，並且可以家庭或鄉村為單位獨立發電。一種普通風力發電機如圖13所示。
如圖13所示，普通風力發電機100包括可以在風力作用下轉動的旋翼101，可以將從旋翼101獲得的旋轉力轉變為電能的發電機103以及用於支撐發電機103和旋翼101的塔架104。
旋翼101從旋轉軸102懸伸較長距離。當旋翼101在風力吹動下旋轉時，旋翼101的後側承受一個很大的阻力或負荷，因此旋翼101的旋轉力會被抵消。這就導致風能利用率降低。
也就是說，風吹向一個旋翼101時分為三個方向a，b和c，分別對應於三個點r1，r2和r3，很明顯，如果旋轉半徑不同，則旋轉能就不同。更具體地，旋翼101越長，這種變化就會越大，旋翼長度越接近點r3時，作用在其後部的阻力就會越大。因此，這種結構會抵消很大部分的旋轉能。
此外，普通機沒有將風力集中吹向旋翼101的裝置，因此不能有效利用風能。例如，當由於風暴或疾風引起的一股強風吹來時，旋翼101會由於超限旋轉而過載，進而導致風力發電機故障頻發。
發明內容
為了解決上述問題而提出本發明，所以本發明的目的是提供一種包括多個旋翼的風力發電機，這些旋翼具有各自不同的旋轉半徑，並可以根據風向獨立旋轉。本發明的風力發電機可以防止由整體上被拉長的旋翼上由於風力作用而產生的負荷和阻尼導致的旋轉能的抵消。並且，通過加速器罩提高風的速度，並使風作用在旋翼上以獲得高效率的旋轉能。進一步，本發明可以彈性地吸收作用在旋翼上的衝擊及支撐旋翼，使旋翼可以根據風的強度逐漸旋轉，以防止由於疾風而造成的風力發電機的損壞。此外，本發明的風力發電機可以提高風力發電機的發電效率並改善穩定性及運轉的可靠性。
根據本發明的一個方面，提供一種風力發電機，其包括多個旋翼11a，12a，13a，和14a，每個旋翼直徑範圍各不相同，每個旋翼11a至14a都包括多個翼片16及分別與翼片16連接的翼幅15；第一和第四級旋轉軸11和14，每個旋轉軸分別與旋翼11a至14a當中的一個相連接，並以適當的方式保持相互之間的預設距離；第二和第三級旋轉軸12和13，每個旋轉軸中分別裝有可轉動的第一和第四級旋轉軸11和14，並分別與旋翼11a至14a當中的一個相連接；第一和第二級加速器罩20和21，每個加速器罩分別安裝在第一和第四級旋轉軸11和14上，用於加速並引導風向至相應的翼片16；支撐裝置30，其分別安裝在旋翼11a和14a上，根據風壓的變化彈性支撐相應的翼片16；安全裝置，其與每一個支撐裝置30的一部分相連，當有驟風時可以調節每個翼片16的角度，以防止風力對每個翼片16的作用超限；傳動裝置50，其通過一系列齒輪與第一至第四級旋轉軸11至14連接以改變其轉速比；發電機60，通過與傳動裝置50的一部分嚙合的軸61接收傳動裝置50傳遞的旋轉能，以產生電能；傳動箱50a，用於容納傳動裝置50，發電機60的軸61可轉動地穿過傳動箱50a伸入其中；以及機架70，用於支撐傳動箱50a的底部，並在預設位置安裝發電機60。
此中，優選地，第一和第二級加速器罩20和21包括具有錐面的環形管23，它們組合成一個圓錐體結構，將風分別引導至旋翼11a和14a。
結合附圖，從下面的詳細描述中，將更加清楚地理解本發明的上述和其它目的、特徵和其它優點。在附圖中圖1是表示本發明風力發電機的透視圖；圖2是表示本發明風力發電機的分解透視圖；圖3是表示圖2的局部展開圖；圖4是表示本發明風力發電機的傳動裝置；圖5是表示本發明風力發電機的安全裝置的結構；圖6A和6B是表示圖5中A-A截面的剖視圖，說明轉子的工作原理；圖7是表示本發明風力發電機一個旋翼的局部展開透視圖；圖8是表示圖7中B-B截面的剖視圖；圖9A和9B是表示本發明翼片支撐裝置工作原理的剖視圖；圖10是表示本發明第一級加速器罩的一種模型的透視圖；圖11是表示本發明風力發電機模型的透視圖；圖12是表示本發明風力發電機運行的透視圖；及圖13是表示一種普通風力發電機的透視圖；視圖中主要部件代號說明
11第一級旋轉軸11a第一級旋翼12第二級旋轉軸12a第二級旋翼13第三級旋轉軸13a第三級旋翼14第四級旋轉軸14a第四級旋翼15翼幅15a加長片16翼片20第一級加速器罩21第二級加速器罩 22支撐元件23環形管 30翼片支撐裝置31支撐片 32安裝管34鉸鏈35活動杆36活動片 37第一級彈簧38第二級彈簧 40固定元件41鋼絲活動元件42鋼絲43連接器鋼44轉子45轉子箱 47彈性元件48鉸接軸 50傳動裝置50a傳動箱 51第一級主動齒輪52第二級主動齒輪 53第三級主動齒輪54第四級主動齒輪 55第一級可轉動從動齒輪56第二級可轉動從動齒輪57第三級可轉動從動齒輪58第四級可轉動從動齒輪59從動軸60發電機 61軸62斜齒輪 70機架
具體實施例方式
下面將參照附圖更詳細地描述本發明的優選實例。
圖1是表示本發明風力發電機的透視圖，圖2是表示本發明風力發電機的分解透視圖，圖3是表示圖2的局部展開圖，圖4是表示本發明風力發電機的傳動裝置，圖5是表示本發明風力發電機安全裝置的結構，圖6A和6B是表示圖5中A-A截面的剖視圖，說明轉子的工作原理，圖7是表示本發明風力發電機一個旋翼的局部展開透視圖，圖8是表示圖7中B-B截面的剖視圖，圖9A和9B是表示本發明翼片支撐裝置工作原理的剖視圖，圖10是表示本發明第一級加速器罩一種模型的透視圖，圖11是表示本發明風力發電機模型的透視圖，及圖12是表示本發明風力發電機運行的透視圖。
如圖中所示，本發明的風力發電機包括具有不同迴轉半徑的四個旋翼11a，12a，13a，和14a，每個旋翼11a至14a都包括多個翼片16及分別與翼片16連接的多個翼幅15。第一和第四級旋轉軸11和14分別與相應的旋翼11a至14a當中的一個相連接，並以適當的方式保持相互之間的預設距離。第二和第三級旋轉軸12和13各自可旋轉地裝有第一和第四級旋轉軸11和14中的一個，並與旋翼11a至14a中之一連接。第一和第二級加速器罩20和21分別安裝在第一和第四級旋轉軸11和14上，以加速並引導風向至相應的翼片16。翼片支撐裝置30分別安裝在旋翼11a和14a上，根據風壓的變化彈性支撐相應的翼片16。安全裝置與每一個支撐裝置30的一部分相連，當有驟風時可以調節每個翼片16的角度，以防止風力對翼片16的作用超限。傳動裝置50通過一系列齒輪與第一至第四級旋轉軸11至14連接以改變其轉速。發電機60通過與傳動裝置50的一部分嚙合的軸61接收傳動裝置50傳遞的旋轉能，以產生電能。傳動裝置50裝在傳動箱50a內，並且發電機60的軸61可旋轉地在傳動箱50a內延伸。機架70用於支撐傳動箱50a的底部，並在預設位置安裝發電機60。
第一至第四級旋轉軸11至14支撐在軸承B上，同時，第一級旋轉軸11可轉動地安裝在第二級旋轉軸12中，第四級旋轉軸14可轉動地安裝在第三級旋轉軸13中。
第一和第二級加速器罩20和21中的每個都由錐形環形管23組成一個圓錐形結構，以加速和引導風力分別吹向第一和第二級旋翼11a和12a上及第三和第四級旋翼13a和14a上的翼片16。環形管23固定在圓錐形支撐元件22上。
換言之，第一級加速器罩20將加速後的風吹向具有不同迴轉半徑的旋翼11a和12a，而第二級加速器罩21將加速後的風吹向旋翼13a和14a以獲得有效的旋轉能。
翼片支撐裝置30包括一個管形的安裝管32，這樣，每個翼幅15均可可轉動地插在裡面，活動杆35通過鉸鏈34與可以從每個翼幅15的一部分延長的加長片15a連接，第一和第二級彈簧37和38套裝在活動杆35上以吸收作用在每個翼幅15上的衝擊，安裝在活動杆35上的活動片36位於第一和第二級彈簧37和38之間，並通過鋼絲42與安全裝置的一部分連接。
此外，活動杆35的一端固定在支撐片31上，支撐片31固定在另一個安裝管32上。
翼片支撐裝置30根據風壓的變化彈性支撐轉動的翼片16，以有效利用風能。
第一和第二級彈簧37和38的直徑彼此不同。正常情況下風速較低時，第一級彈簧37支撐每一個安裝在翼幅15上的翼片16的轉動。當風速增加時，比如由於風暴，安全裝置會拉動與活動板連接的鋼絲42，這樣，第二級彈簧38被壓縮，第一級彈簧37被拉長，以便以足夠的彈性力支撐每個翼片16的轉動。
用於拉動鋼絲42的安全裝置包括多個中空的安裝元件40，其用於安裝連接在活動板36上的鋼絲42及第一至第四級旋轉軸11至14和軸61，多個活動元件41在固定元件40中可以上/下移動，並用於固定插入固定元件40中的鋼絲42的尾端，多個轉子44通過鋼絲42與活動元件41的底部連接，其相互之間通過彈性元件47連接，並圍繞軸61布置，高速旋轉時在離心力作用下做放射狀運動，轉子箱45圍繞軸61布置用於安裝多個轉子44，並通過鉸接軸48與轉子44連接，連接器鋼絲43在轉子44的帶動下，用於使多個活動元件41同步運動。
當圍繞軸61的轉子箱45由於疾風導致高速旋轉時，轉子44在離心力作用下向外緣做放射狀運動，通過鋼絲42，連接器鋼絲43及活動元件41拉動支撐裝置30中的活動片36。
優選地，轉子44用重金屬製造，使得轉子44僅當轉子箱45高速旋轉時，才徑向向外運動。
傳動裝置50包括多個具有不同直徑的主動齒輪51，52，53和54，其分別安裝在獨立旋轉的第一級至第四級旋轉軸11至14上；多個可旋轉的從動齒輪55，56，57和58，其分別與多個主動齒輪51至54嚙合；與從動齒輪55至58連接的從動軸59；以及斜齒輪62，用於將從動軸59的旋轉能傳輸給軸61。
傳動裝置50將按各自速率旋轉的主動齒輪51至54的旋轉能傳輸給軸61，使發電機60能夠發電。
下面解釋具有上述結構的本發明的運行及效果，第一級加速器罩20將通過其中的風加速後再對加速後的風進行分配。
也就是說，從任意方向吹來的風，經過橫截面逐漸減小構成圓錐形結構的環形管23時被加速，然後分為兩個方向被引導至第一級和第二級旋翼11a和12a的翼片16上。
在這裡，第一級加速器罩20與第一級和第二級旋翼11a和12a按照從第一級加速器罩20至第二級旋翼組件12a的順序形成一個三角形的結構，以便使風集中吹向第一級和第二級旋翼11a和12a的翼片16以獲得最大的旋轉能。
風經過第一級和第二級旋翼11a和12a減速後，被引向第二級加速器罩21，與經過第一級加速器罩20的過程相同，風被重新加速。
風經過第二級加速器罩21加速後，集中吹向第三級和第四級旋翼13a和14a的翼片16。
第一級旋轉軸11穿過第二級旋轉軸12延伸，第四級旋轉軸14穿過第三級旋轉軸13延伸，這樣，第一級至第四級旋轉軸11至14就可以通過分別裝在其上具有不同迴轉半徑的第一級至第四級旋翼11a至14a獨立旋轉。
第一級至第四級旋轉軸11至14的旋轉以預設的減速比遞變，第一級至第四級主動齒輪51至54分別裝在第一級至第四級旋轉軸11至14上，第一級至第四級從動齒輪55至58分別與第一級至第四級主動齒輪51至54嚙合。
按上述關係連接的齒輪，以預設的減速比將獨立旋轉的第一級至第四級旋轉軸11至14的旋轉能輸出，通過安裝在從動軸59和軸61之間的斜齒輪62驅動發電機60發電。
由於對於本領域的技術人員來說，在第一級至第四級旋轉軸11至14上安裝多個軸承B，使旋轉平穩，以及將發電機60發出的電能傳輸到附近的一個電站或向獨立的充電裝置進行充電都是很容易實施或執行的，所以在此省略對其詳細描述。
第一級至第四級旋翼11a至14a在高速強風如風暴的作用下其轉速將會增加，此時，風會對迎風方向的翼片16造成衝擊。
支撐裝置30可以根據衝擊強度彈性吸收作用在翼片16上的衝擊。更具體地，支撐裝置30彈性支撐翼片16，使翼片16在與風向平行的方向逐漸轉動以最大限度利用風能。當風壓突然增加時，比如由於一股氣流，安全裝置可以靈活地調節翼片16的角度。
參照圖7至9B詳細說明支撐裝置30的工作原理。當風速增加時，與翼片16連接的翼幅15作橫向運動。
之後，鉸接在翼幅15中加長片15a上的活動杆35也相應地橫向移動，此時，套裝在活動杆35上的第一級彈簧37通過鉸接點34被壓縮和回退，以便彈性吸收翼片16和翼幅15的運動。
因為第二級彈簧38螺旋直徑較大，重量比第一級彈簧37重，變形度較小，並且第一級彈簧37是由第二級彈簧38及活動片36支撐，所以在這種情況下，僅通過第一級彈簧37的彈性運動初步吸收作用於翼片16上的衝擊。
當有強風如風暴集中作用於翼片16上時，安全裝置會啟動。參見圖5至9B說明其原理，當風速快速增加時，第一級至第四級旋翼11a至14a將高速旋轉，這樣，旋轉能被傳輸到傳動裝置50及軸61使轉子箱45高速轉動。
當轉子箱45高速轉動時，其中的轉子44將相對於鉸接軸48徑向向外運動，同時拉動與轉子44連接的鋼絲42。
當轉子44拉動鋼絲42時，軸61及旋轉軸11至14上的活動元件41將向下運動以便拉動安裝在活動元件41上的活動片36，這樣，第二級彈簧38被壓縮，同時，第一級彈簧37返回其初始位置的自由狀態，如圖9B所示。
當第一級彈簧37返回其初始位置時，安全裝置將更有效地支撐翼幅15和翼片16。當風速快速增加時，安全裝置彈性支撐翼片16，以便使翼片16在與風向平行的方向旋轉，從而防止風力發電機在風暴作用下損壞。
當風暴過去，風返回到正常速度時，安全裝置將向與上述過程相反的方向運轉，使第一級和第二級彈簧37和38返回到其初始位置，如圖8所示，第一級彈簧37將重複作彈性運動。
如上所述，本發明的風力發電機，通過第一級和第二級加速器罩20和21使風加速，並將其引導至第一級至第四級旋翼11a至14a的翼片16上，這些旋翼獨立轉動以減小當風向不一致時相對於風的負荷和阻力，進而實現有效利用旋轉能。此外，支撐裝置30和安全裝置可以根據風壓的不同彈性支撐第一級至第四級旋翼11a至14a及支撐翼片16，以使翼片16在平行於風的方向上逐漸轉動。因此，本發明可以提高風力發電的效率，並可防止風力發電機的損壞。
儘管已經參照具體的示例性實施方式描述了本發明，但本領域的技術人員在不背離本發明的範圍和精神的前提下可以對這些實施方式進行改變或修改。
因此，本發明的範圍不限於上述的實施方式，而應由附加的權利要求及其等價物來限定。
工業實用性綜上所述，本發明通過加速器罩將風加速，並將其引導至翼片以有效地驅動具有不同迴轉半徑的旋翼旋轉。
旋翼根據風的方向獨立旋轉，可以減小相對於風的負荷和阻力，進而最大限度地獲得旋轉能，提高發電機的效率。
此外，支撐裝置和安全裝置彈性支撐旋翼，使其免遭強風如風暴的損壞。具體地，支撐裝置和安全裝置在風力作用的方向下支撐翼片，以使翼片根據風的強度逐漸轉動，而不是在與風力平行的方向上突然轉動。這樣，本發明就可以有利於最大限度地利用風能。
權利要求
1.一種風力發電機，包括多個旋翼11a，12a，13a，和14a，每個旋翼直徑範圍各不相同，每個旋翼11a至14a都包括多個翼片16及分別與翼片16連接的多個翼幅15；第一和第四級旋轉軸11和14，其中每個旋轉軸與旋翼11a至14a當中的一個相連接，並以適當的方式保持相互之間的預設距離；第二和第三級旋轉軸12和13，其中每個旋轉軸中裝有可轉動的第一和第四級旋轉軸11和14中的一個，並與旋翼11a至14a當中的一個相連接；第一和第二級加速器罩20和21，其中每個加速器罩圍繞第一和第四級旋轉軸11和14中的一個安裝，用於加速並引導風向至相應的翼片16；支撐裝置30，分別安裝在旋翼11a和14a上，用於根據風壓的變化彈性支撐相應的翼片16；安全裝置，其與每一個支撐裝置30的一部分相連，當有驟風時可以調節每個翼片16的角度，以防止風力對每個翼片16的作用超限；傳動裝置50，通過齒輪系與第一至第四級旋轉軸11至14連接以改變其轉速比；發電機60，通過與傳動裝置50的一部分嚙合的軸61接收傳動裝置50輸出的旋轉能，以產生電能；裝有傳動裝置50的傳動箱50a，發電機60的軸61可轉動地穿過傳動箱50a延伸；及機架70，用於支撐傳動箱50a的底部，並在預設位置安裝發電機60。
2.如權利要求1所述的風力發電機，其中第一級和第二級加速器罩20和21中的每一個包括構成圓錐體結構的錐形環形管23，用於將風分別引導至旋翼11a和14a。
全文摘要
本發明涉及一種具有多個旋翼的風力發電機。本發明的風力發電機可以減少與風力相關的產生於旋翼上的負荷和阻力，以獲得高效率的旋轉能，並可以根據風壓的不同，柔性地吸收作用在旋翼上的衝擊。該風力發電機包括多個旋翼，其旋轉半徑彼此不同，並可根據風向獨立旋轉。本發明的風力發電機可以防止由與風力相關的在整體上被拉長的旋翼上產生的負荷和阻尼導致的旋轉能的抵消。並且，通過加速器罩提高風速，並使風作用在旋翼上以獲得高效率的旋轉能。進一步，本發明可以彈性地吸收作用在旋翼上的衝擊及支撐旋翼，使得旋翼可以根據風的強度逐漸旋轉，以防止由於疾風而造成的風力發電機的損壞。此外，本發明的風力發電機可以提高風力發電機的發電效率並改善穩定性及運轉的可靠性。
文檔編號F03D9/00GK1628215SQ02828978
公開日2005年6月15日 申請日期2002年12月28日 優先權日2002年5月31日
發明者朱張植 申請人:朱張植