一種用於中小風速下的搖擺帆式風力發電裝置的製作方法

2023-05-03 22:15:26

專利名稱：一種用於中小風速下的搖擺帆式風力發電裝置的製作方法
技術領域：
一種用於中小風速下的搖擺帆式風力發電裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種風力發電裝置，尤其涉及一種用於中小風速下的搖擺帆式風 力發電裝置。
背景技術：
[0002]鑑於礦石燃料的不斷減少，加之礦石燃料的燃燒產生大量汙染物，人們紛紛開始 研究新型能源作為替代品滿足現代化需求，而風能無疑是其中技術較為成熟的新能源之 一。風能清潔無汙染，屬於可再生能源，因而風機取得日新月異的發展。[0003]然而，縱觀各種傳統風機不難發現，傳統風機鑑於啟動風速要求較高，因而多應用 在邊遠山區，軍事哨所以及沿海等風力條件優越地區；而一些小風和不穩定的風能資源不 能得到收集、利用，因此，新型的、適應性更寬的風機將成為傳統風機市場的有力補充。發明內容[0004]本實用新型的目的在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種用於中小風速 下的搖擺帆式風力發電裝置。[0005]本實用新型的目的是這樣實現的[0006]為解決如何將小風收集的問題，本實用新型從小草在輕風中有節奏地擺動得到靈 感，充分利用槓桿放大原理，採用高而窄的帆式結構；本實用新型與傳統水平軸和垂直軸等 旋轉式風力發電有本質上的區別，充分利用最普遍的現象——物體在風中的搖擺運動來發 電，從而使小風得到利用，拓寬現代風機的適用範圍。[0007]本實用新型能夠在低至1. Om/s的啟動風速下可靠工作。[0008]具體地說，本實用新型包括底座和安放其上的控制電機、蓄電池及控制系統、滑 輪、變速機構、發電機和傳感器；[0009]還設置有搖擺式帆架、控制杆、百葉窗式葉片、滑輪和導向裝置和傳動軸；[0010]底座、滑輪和導向裝置組成支撐和導向平臺，實現裝置以立柱為中心，自適應正面 迎風角度定位的功能；[0011]在底座頂部通過傳動軸連接有搖擺式帆架，在搖擺式帆架上部連接有百葉窗式葉 片，提供迎風面；[0012]傳感器安裝於搖擺式帆架的底部，提供搖擺式帆架的加速度；[0013]傳感器、蓄電池及控制系統、控制電機、控制杆和百葉窗式葉片依次連接，實現百 葉窗式葉片啟閉的功能；[0014]搖擺式帆架、傳動軸、變速機構、發電機依次連接，實現發電機8利用風能往復旋 轉發電的功能。[0015]本實用新型的工作原理[0016]在初始狀態下百葉窗式葉片處於閉合位置。[0017]當外界風正面吹來時，搖擺式帆架上的百葉窗式葉片迎風面產生風壓力，由槓桿放大原理在搖擺式帆架的轉軸上產生較大扭矩力，從而帶動搖擺式帆架偏移，風力做功，發 電機轉動發電。[0018]當搖擺式帆架運動到最大偏移角度時，百葉窗式葉片通過小軸旋轉開啟，此時由 於受風面積減小，搖擺式帆架在配重或彈簧作用下回程。在回程過程中，利用特別設計的 「平行四邊形」控制結構可使百葉窗式葉片隨時處於水平狀態，以最大化減小回程的阻力。 當搖擺式帆架返回到風力做功的起始位置時，百葉窗式葉片關閉，在風力作用下進行下一 周期。[0019]通過「平行四邊形」結構，可保證搖擺式帆架在返回行程中受風阻最小，消耗能量 較小；百葉窗式葉片通過中心位置的小軸對稱安裝於搖擺式帆架上，使得控制電機可以以 較小的功耗轉動百葉窗式葉片；通過變速機構將力矩轉化為轉速帶動發電機單向或雙向轉 動發電；通過搖擺式帆架自身高度、百葉窗式葉片總面積及由傳動軸安裝位置產生的槓桿 效應，可以實現很小風產生較大的力矩，從而實現低啟動風速；通過蓄電池及控制系統中的 蓄電池可實現控制系統無需外接功率輸入；通過傳感器及控制系統可實現對搖擺式帆架 擺動角度、擺動速度的監控，並根據風能情況智能啟閉百葉窗式葉片，達到風能吸收的最大 化，並保證安全。[0020]本實用新型具有下列優點和積極效果[0021]①可以工作於中低風速下；[0022]②具有較小的啟動風速，低至lm/s左右；[0023]③適用於中小風速下的風力發電。。


[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041]圖1是本實用新型的結構示意圖； 圖2. 1是做功行程中的百葉窗葉片及控制杆狀態； 圖2. 2是返回行程中的百葉窗葉片及控制杆狀態； 圖2. 3是風向與百葉窗式葉片正面迎風有一定角度狀態； 圖2. 4是風向處於百葉窗式葉片的正面迎風狀態； 圖3是搖擺式帆架「球拍」形造型圖； 圖4是搖擺式帆架「曲面門」形造型圖； 圖5是搖擺式帆架「樹葉」形造型圖； 圖6是控制杆的結構示意圖； 圖7是控制杆的工作原理圖； 圖8是控制系統的工作流程圖。1-搖擺式帆架，1.1-配重；2-控制杆，2.1-長杆，2. 2-短杆；3-控制電機，3.1-轉軸；4-蓄電池及控制系統；4.1-蓄電池，4. 2-控制系統；5-滑輪；6-百葉窗式葉片，6.1- 「四邊形」運動示意；7-變速機構；[0042]8-發電機；[0043]9-底座；[0044]10-傳感器；[0045]11-導向裝置；11.1-立柱;[0046]12-傳動軸；[0047]F-風向。
具體實施方式
[0048]
以下結合附圖和實施例詳細說明[0049]一、總體[0050]如圖1，本實用新型包括底座9和安放其上的控制電機3、蓄電池及控制系統4、變 速機構7、發電機8和導向裝置11 ；[0051]還設置有搖擺式帆架1、控制杆2、百葉窗式葉片6、滑輪5、傳感器10、導向裝置11 和傳動軸12 ；[0052]底座9、滑輪5和導向裝置11組成支撐和導向平臺；[0053]在底座9頂部通過傳動軸12連接有搖擺式帆架1，在搖擺式帆架1上部連接有百 葉窗式葉片6 ；[0054]傳感器10安裝於搖擺式帆架1的底部；[0055]傳感器10、蓄電池及控制系統4、控制電機3、控制杆2和百葉窗式葉片6依次連 接；[0056]搖擺式帆架1、傳動軸12、變速機構7、發電機8依次連接。[0057]二、功能部件[0058]1、搖擺式帆架1[0059]如圖1，搖擺式帆架1為一種由鋁合金或其它高強度材料製成的框式結構，其上部 兩側設置有安裝百葉窗式葉片6小軸的穿孔，其中下部設置有安裝長軸12的穿孔，其底部 設置有配重或彈性元件。[0060]框式結構或為平面「門」字形，如圖1 ；或為「球拍」形，如圖3 ；或為曲面「門」字形， 如圖4;或為「樹葉」形，如圖5。[0061]搖擺式帆架1的主要功能是為百葉窗式葉片6提供安裝的平臺。[0062]2、控制杆2[0063]如圖6、7，控制杆2為一種由長杆2. 1和短杆2. 2連接而成的雙節棍，短杆2. 2的 下端和控制電機3的轉軸3. 1連接，長杆2. 1與百葉窗式葉片6 —端的上角點連接。[0064]控制電機3的轉軸3. 1帶動短杆2. 2和長杆2. 1上下移動，進而帶動百葉窗式葉 片6產生啟閉動作；控制杆2工作時保持「四邊形」結構6. 1。[0065]3、控制電機3[0066]為常見部件，轉速較低，具有一定力矩。[0067]4、蓄電池及控制系統4[0068]蓄電池及控制系統4包括蓄電池4. 1和控制系統4. 2。[0069]蓄電池為鉛蓄電池或其它類型電池，常見部件；[0070]控制系統4. 2主要為單片機或PLC電路板等，通過傳感器10探測的信號分析獲得 搖擺式帆架1的擺角、擺速，並發出控制信號給控制電機3。[0071]5、滑輪 5[0072]滑輪5為固定方向移動的滑輪，常見部件。[0073]6、百葉窗式葉片6[0074]如圖1、3、4、5，百葉窗式葉片6由多片不同形狀的輕質板組成，其兩端設置有小 軸，可繞小軸旋轉。[0075]其功能是提供迎風面，由控制杆2控制。[0076]7、變速機構7[0077]變速機構7為常見齒輪或皮帶變速傳動機構。[0078]8、發電機8[0079]發電機8為常見永磁發電機。[0080]9、底座 9[0081]底座9是整個裝置的平臺，外形穩固、質量較輕。[0082]底座9與導向裝置11相連，形成偏心結構。[0083]10、傳感器 10[0084]傳感器10為常見的加速度傳感器或重力傳感器，安裝於搖擺式帆架1的底部，提 供搖擺式帆架1的加速度。[0085]11、導向裝置11[0086]導向裝置11是一種等腰三角形支架，其頂角設置有立柱11. 1，其底邊與底座9相 連，與傳動軸12平行。[0087]導向裝置11和底座9形成偏心結構，當有風吹來時，可圍繞立柱11. 1旋轉，從而 使搖擺式帆架1正面迎風。[0088]12、傳動軸 12[0089]傳動軸12為一種長軸，其功能一是供搖擺式帆架1的和底座9連接用，二是傳動 搖擺式帆架1的力矩給變速機構7和發電機8。[0090]三、控制系統流程圖[0091]如圖8，控制系統4. 2核心程序的工作流程包括下列步驟[0092]開始0 ；[0093]①數據採集1，讀取重力加速度傳感器信號α ；[0094]②積分計算2，通過積分功能，計算擺動角速度和擺動角；[0095]③判斷是否正行程3，是則進入步驟⑤，否則進入步驟④；[0096]④判斷是否負角度4，是則進入步驟⑧，否則結束11 ；[0097]⑤判斷是否正角度5，是則進入步驟⑥，否則結束11 ；[0098]⑥判斷正角度θ與極限位置角θ max2之差的絕對值是否小於某一值δ 6，是則進 入步驟⑦，否則結束11 ；[0099]⑦發出電機正傳信號及角度7 ；[0100]⑧判斷正角度θ與極限位置角θ maxl之差的絕對值是否小於某一值δ 8，是則進 入步驟⑨，否則結束11 ；[0101]⑨發出電機反傳信號及角度9[0102]⑩電機執行操作10[0103]結束 11。
權利要求1.一種用於中小風速下的搖擺帆式風力發電裝置，其特徵在於包括底座(9)和安放其上的控制電機(3)、蓄電池及控制系統0)、變速機構(7)和發 電機⑶；還設置有搖擺式帆架⑴、控制杆⑵、百葉窗式葉片(6)、滑輪(5)、傳感器(10)、 導向裝置(11)和傳動軸(12)；底座(9)、滑輪(5)和導向裝置(11)組成支撐和導向平臺，實現裝置以立柱(11. 1)為 中心，自適應正面迎風角度定位的功能；在底座(9)頂部通過傳動軸(1 連接有搖擺式帆架(1)，在搖擺式帆架(1)上部連接 有百葉窗式葉片(6)，提供迎風面；傳感器(10)安裝於搖擺式帆架(1)的底部，提供搖擺式帆架(1)的加速度；傳感器(10)、蓄電池及控制系統⑷、控制電機(3)、控制杆(2)和百葉窗式葉片(6)依 次連接，實現百葉窗式葉片(6)啟閉的功能；搖擺式帆架(1)、傳動軸(12)、變速機構(7)和發電機(8)依次連接，實現發電機(8) 利用風能往復旋轉發電的功能。
2.按權利要求1所述的搖擺帆式風力發電裝置，其特徵在於所述的搖擺式帆架(1)為一種框式結構，其上部兩側設置有安裝百葉窗式葉片(6)小 軸的穿孔，其中下部設置有安裝長軸(12)的穿孔，其底部設置有配重或彈性元件；框式結構或為平面「門」字形，或為「球拍」形，或為曲面「門」字形，或為「樹葉」形。
3.按權利要求1所述的搖擺帆式風力發電裝置，其特徵在於所述的控制杆O)為一種由長杆(2. 1)和短杆(2. 2)連接而成的雙節棍，短杆(2. 2) 的下端和控制電機(3)的轉軸(3. 1)連接，長杆(2. 1)與百葉窗式葉片(6) —端的上角點 連接。
4.按權利要求1所述的搖擺帆式風力發電裝置，其特徵在於所述的導向裝置(11)是一種等腰三角形支架，其頂角設置有立柱(11. 1)，其底邊與底 座(9)相連，與傳動軸(12)平行。
專利摘要本實用新型公開了一種用於中小風速下的搖擺帆式風力發電裝置，涉及一種風力發電裝置。本實用新型的結構是底座、滑輪和導向裝置組成支撐和導向平臺，實現裝置正面迎風的功能；在底座頂部通過傳動軸連接有搖擺式帆架，在搖擺式帆架上部連接有百葉窗式葉片，提供迎風面；傳感器安裝於搖擺式帆架的底部，提供搖擺式帆架的加速度；傳感器、蓄電池及控制系統、控制電機、控制杆和百葉窗式葉片依次連接，實現百葉窗式葉片啟閉的功能；搖擺式帆架、傳動軸、變速機構和發電機依次連接，實現發電機利用風能往復旋轉發電的功能。本實用新型可以工作於中低風速下；具有較小的啟動風速，低至1m/s左右；適用於中小風速下的風力發電。
文檔編號F03D9/00GK201818436SQ20102057600
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者方超, 王坤, 韓偉 申請人:華中科技大學