申请/专利权人：淮南联合大学

申请日：2019-07-10

公开（公告）日：2024-02-27

公开（公告）号：CN110206691B

主分类号：F03D9/25

分类号：F03D9/25;F03D5/06;F03D13/20;H02N2/18;H02J3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.27#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.06#公开

摘要：本发明公开了一种帆叶式风力发电装置，包括固定支架，所述固定支架上设置安装有万向转动轴，所述万向转动轴上设置安装有旋转发电机构，万向转动轴包括竖向轴和横向轴，旋转发电机构包括一对竖轴旋转发电机和一对横轴旋转发电机，所述竖向轴固定安装在固定支架的上端，所述竖轴旋转发电机设置安装在竖向轴上，竖轴旋转发电机的外壳体上固定连接有转动架，所述横向轴固定安装在转动架上，所述横轴旋转发电机设置安装在横向轴上，横轴旋转发电机的外壳体上固定连接安装套，所述安装套的上端固定连接有桅杆，所述桅杆上固定连接有一组集风帆叶片。本发明微风即可发电，节省空间，造价成本低廉、安装、维护方便，安全可靠不会伤人伤鸟。

主权项：1.一种帆叶式风力发电装置，包括固定支架11，其特征在于：所述固定支架11上设置安装有万向转动轴26，所述万向转动轴26上设置安装有旋转发电机构4，万向转动轴26包括竖向轴9和横向轴23，旋转发电机构4包括一对竖轴旋转发电机6和一对横轴旋转发电机5，所述竖向轴9固定安装在固定支架11的上端，所述竖轴旋转发电机6设置安装在竖向轴9上，竖轴旋转发电机6的外壳体上固定连接有转动架15，所述横向轴23固定安装在转动架15上，所述横轴旋转发电机5设置安装在横向轴23上，横轴旋转发电机5的外壳体上固定连接安装套16，所述安装套16的上端固定连接有桅杆2，所述桅杆2上固定连接有一组集风帆叶片1，所述集风帆叶片1上设置安装有帆叶集风发电机构21，固定支架11的内部设置有安装座10，所述安装座10上固定连接有弹簧底座18，所述弹簧底座18上固定连接有弹簧17，所述弹簧17的上端与安装套16的下端固定连接，安装座10上设置安装有直线发电机构7，所述直线发电机构7包括一组直线发电机8，竖轴旋转发电机6的外壳体上和转动架15上转动连接有一组轴连杆19，所述直线发电机8由轴连杆19带动；所述帆叶集风发电机构21包括若干蝴蝶型双悬梁臂压电片25，集风帆叶片1上开设有若干压电片安装孔22，所述压电片安装孔22中设置安装有固定片24，所述蝴蝶型双悬梁臂压电片25设置安装在固定片24上；所述直线发电机8为圆柱形筒状结构，直线发电机8的圆周侧壁上设置安装有线圈定子29，直线发电机8中滑动设置安装有永磁动子28，所述有永磁动子28与轴连杆19的下端转动连接；所述直线发电机8的底部设置安装有空气弹簧27；所述集风帆叶片1为曲面倒三角型结构，材质为复合玻璃纤维及碳纤维。

全文数据：一种帆叶式风力发电装置技术领域本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种帆叶式风力发电装置。背景技术风能作为一种清洁、安全、可再生的新型绿色能源，取之不尽、用之不竭。风力发电是新能源开发中技术较成熟、生产成本较低、对客观环境要求较低，且没有燃料的问题，不会产生污染，因此风力发电已逐渐得到世界各国的重视。传统风力发电不是持续性发电，当大自然产生可以推动风叶转运的动力，发电机开始发电，微风无风的情况下就发不了电，捕风效率风叶效率根据贝兹理论值是理想的值是59.3％，但是达到35％已经是很高了！所以对于风力发电过程中捕风效率风叶效率的才是真正是难点之一；其次，风电可能对鸟类造成的伤害，噪声问题、对无线电通信的干扰、安全问题，叶片折断伤人等，建设成本问题，安装所占的土地等问题。因为风电的优点大于缺点，所以应给予提倡、扶持。所以，亟需一种新型的风力发电装置，在微风环境下即可发电，同时又节省空间，造价成本低廉、安装、维护方便，安全可靠不会伤人伤鸟。发明内容本发明的目的在于提供一种帆叶式风力发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种帆叶式风力发电装置，包括固定支架，所述固定支架上设置安装有万向转动轴，所述万向转动轴上设置安装有旋转发电机构，万向转动轴包括竖向轴和横向轴，旋转发电机构包括一对竖轴旋转发电机和一对横轴旋转发电机，所述竖向轴固定安装在固定支架的上端，所述竖轴旋转发电机设置安装在竖向轴上，竖轴旋转发电机的外壳体上固定连接有转动架，所述横向轴固定安装在转动架上，所述横轴旋转发电机设置安装在横向轴上，横轴旋转发电机的外壳体上固定连接安装套，所述安装套的上端固定连接有桅杆，所述桅杆上固定连接有一组集风帆叶片，所述集风帆叶片上设置安装有帆叶集风发电机构，固定支架的内部设置有安装座，所述安装座上固定连接有弹簧底座，所述弹簧底座上固定连接有弹簧，所述弹簧的上端与安装套的的下端固定连接，安装座上设置安装有直线发电机机构，所述直线发电机构包括一组直线发电机，竖轴旋转发电机的外壳体上和转动架上转动连接有一组轴连杆，所述直线发电机由轴连杆带动。优选的，所述帆叶集风发电机构包括若干蝴蝶型双悬梁臂压电片，集风帆叶片上开设有若干压电片安装孔，所述压电片安装孔中设置安装有固定片，所述蝴蝶型双悬梁臂压电片设置安装在固定片上。优选的，所述固定支架包括底板，所述底板上固定连接有一组竖直向上伸出的支撑杆，所述支撑杆的上端固定连接有横梁，所述万向转动轴设置安装在横梁上。优选的，所述直线发电机为圆柱形筒状结构，直线发电机的圆周侧壁上设置安装有线圈定子，直线发电机中滑动设置安装有永磁动子，所述有永磁动子与轴连杆的下端转动连接。优选的，所述直线发电机的底部设置安装有空气弹簧。优选的，所述集风帆叶片为曲面倒三角型结构，材质为复合玻璃纤维及碳纤维。优选的，所述固定支架的外侧设置安装有防水固定外壳。优选的，所述桅杆的设计采用弹性好、质地轻、抗腐蚀的碳素纤维材料，桅杆上位于防水固定外壳上方位置固定连接有挡水罩。与现有技术相比，本发明的有益效果是：与传统的涡轮机相比，通过任意角度的风吹至帆叶片上，可以使帆叶片的压电阵列片产生振动发电。同时由于帆叶片的独特设计可以产生涡激振动，带动桅杆，调谐摆动轴产生振动，通过由摆动轴产生的位移，并将不同方向产生的位移通过旋转电机与直线电机转化为电能，并通过控制电路整流逆变，并网发电。占空间很小，同一面积的设置场中可以安置较多的发电机组。因为材料特别，这些机组非常轻便，这种风力发电机组不需要扇叶，可以完美解决传统风力发电机组的弊端。只要-个成年人就能安装，并且构造简单，维护起来更方便，比传统的维护费用节省80％。本发明微风即可发电，节省空间，造价成本低廉、安装、维护方便，安全可靠不会伤人伤鸟。附图说明图1为一种帆叶式风力发电装置的外观图；图2为一种帆叶式风力发电装置的结构示意图；图3为一种帆叶式风力发电装置中的主体结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为图4中A处的截面图；图6为一种帆叶式风力发电装置中集风帆叶片的结构示意图。图中：1-集风帆叶片，2-桅杆，3-挡水罩，4-旋转发电机构，5-横轴旋转发电机，6-竖轴旋转发电机，7-直线发电机构，8-直线发电机，9-竖向轴，10-安装座，11-固定支架，12-底板，13-支撑杆，14-横梁，15-转动架，16-安装套，17-弹簧，18-弹簧底座，19-轴连杆，20-防水固定外壳，21-帆叶集风发电机构，22-压电片安装孔，23-横向轴，24-固定片，25-蝴蝶型双悬梁臂压电片，26-万向转动轴，27-空气弹簧，28-永磁动子，29-线圈定子。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1～6，本发明提供一种技术方案：一种帆叶式风力发电装置，包括固定支架11，所述固定支架11上设置安装有万向转动轴26，所述万向转动轴26上设置安装有旋转发电机构4，万向转动轴26包括竖向轴9和横向轴23，旋转发电机构4包括一对竖轴旋转发电机6和一对横轴旋转发电机5，所述竖向轴9固定安装在固定支架11的上端，所述竖轴旋转发电机6设置安装在竖向轴9上，竖轴旋转发电机6的外壳体上固定连接有转动架15，所述横向轴23固定安装在转动架15上，所述横轴旋转发电机5设置安装在横向轴23上，横轴旋转发电机5的外壳体上固定连接安装套16，所述安装套16的上端固定连接有桅杆2，所述桅杆2上固定连接有一组集风帆叶片1，所述集风帆叶片1上设置安装有帆叶集风发电机构21，固定支架11的内部设置有安装座10，所述安装座10上固定连接有弹簧底座18，所述弹簧底座18上固定连接有弹簧17，所述弹簧17的上端与安装套16的的下端固定连接，安装座10上设置安装有直线发电机机构7，所述直线发电机构7包括一组直线发电机8，竖轴旋转发电机6的外壳体上和转动架15上转动连接有一组轴连杆19，所述直线发电机8由轴连杆19带动。传统风力发电负面影响：转换效率不高，风电可能对鸟类造成的伤害，噪声问题、对无线电通信的干扰、安全问题，叶片折断伤人等，建设成本问题，安装所占的土地等问题。本发明根据著名的“卡门涡街理论”，即当流体包含水及其他液体与气体流经一个物体时，在物体两侧产生交替的涡流意指两侧产生涡流的时间并不同步，而交替的涡流造成物体两侧所受的压力不同，压力一边大一边小不断循环之下，物体产生振动。并通过风致振的原理设计独特的结构及通过振动发电的发电系统。又由于流体流经一个物体时，在物体两侧产生交替的涡流意指两侧产生涡流的时间并不同步，而交替的涡流造成物体两侧所受的压力不同，压力一边大一边小不断循环之下，当旋涡从结构表面交替地脱离时，结构上便会形成周期性的流体力，从而必然会引发结构产生有规律的振动，结构在振动的同时又会影响其尾流的旋涡发散形态，像这样流体状态和结构振动之间相互影响的现象称作涡激振动。根据上述原理，首先，在风力作用下，集风帆叶片1能尽可能产生最大值振荡，若有足够的风量，空气流动时产生的涡量就能造成桅杆2振荡与摇晃，进而发电。一旦集风帆叶片1开始振荡，振荡时产生的机械能就会通过桅杆2摆动带动旋转发电机构4中的竖轴旋转发电机6和一对横轴旋转发电机5发电，桅杆2又通过轴连杆19与直线发电机8相连，桅杆2摇摆通过轴连杆19传递动力驱动直线发电机8运动发电，将机械能转换为电能，同时由于集风帆叶片1的独特设计可以产生涡激振动，带动桅杆2摆动，进而增加了风力的利用效率；其次，集风帆叶片1上的帆叶集风发电机构21也会通过在帆叶面间的涡流产生振动发电，使得本申请可以在微风-强风之间均可以发电，使捕风效率大幅度提升，发电效率随之也可提高。可优选地，所述帆叶集风发电机构21包括若干蝴蝶型双悬梁臂压电片25，集风帆叶片1上开设有若干压电片安装孔22，所述压电片安装孔22中设置安装有固定片24，所述蝴蝶型双悬梁臂压电片25设置安装在固定片24上。首先，集风帆叶片1上的蝴蝶型双悬梁臂压电片25可以通过叶片产生的振动，从而产生压电发电；其次，集风帆叶片1带动桅杆2，通过风产生的涡激振动，使集风帆叶片1连同桅杆2产生不规则的振动摇摆，对风吹来的方向没有限制。同时在微风下，微风的风速范围为3.4ms～5.4ms，由于设计方案可以使集风帆叶片1之间产生涡流，带动蝴蝶型双悬梁臂压电片25振动产生电能，在风产生的涡流作用下使蝴蝶型双悬梁臂压电片25发生形变，从而实现了机械能向电能的转换。可优选地，所述固定支架11包括底板12，所述底板12上固定连接有一组竖直向上伸出的支撑杆13，所述支撑杆13的上端固定连接有横梁14，所述万向转动轴26设置安装在横梁14上。底板12可以固定安装在集中风力发电的山丘上、平原上、海面上或是能源密集的楼房上、工厂里等等，安装方便，适用场合广泛。可优选地，所述直线发电机8为圆柱形筒状结构，直线发电机8的圆周侧壁上设置安装有线圈定子29，直线发电机8中滑动设置安装有永磁动子28，所述有永磁动子28与轴连杆19的下端转动连接。轴连杆19将桅杆2的摆动传递到永磁动子28上，带动其上下移动将机械能转化成电能。可优选地，所述直线发电机8的底部设置安装有空气弹簧27。空气弹簧27，其作用是万向转动轴26压动直线发电机8做功时，空气弹簧27可以给直线发电机8动子反向的力，在做功的同时，通过直线发电机8动子将万向转动轴26推回平衡点。使集风帆叶片1始终保持直立的姿态，方便持续摆动做功。通常在一般情况下，必须在风速达到特定的频率才能造成结构产生振荡。但本申请中利用桅杆2底部的多个环形相斥空气弹簧27，当集风帆叶片1朝其中一个方向摆荡，底部空气弹簧27便会将其推往另一个方向，因此无论风速如何，集风帆叶片1及桅杆2本身都能持续产生最大值振荡。可优选地，所述集风帆叶片1为曲面倒三角型结构，材质为复合玻璃纤维及碳纤维。这样设计可以与风力的接触面更大，且让整体的顶部较重，即便是受到微风的作用时也可以轻松摆动。可优选地，所述固定支架11的外侧设置安装有防水固定外壳20。防水固定外壳20用于防水，防止雨水进入发电组件中。可优选地，所述桅杆2的设计采用弹性好、质地轻、抗腐蚀的碳素纤维材料，桅杆2上位于防水固定外壳20上方位置固定连接有挡水罩3。桅杆2可以增大力矩，使集风帆叶片1产生剧烈振动、摇摆时可以使产生的机械能通过桅杆2传递到发电组件上从而产生电能，挡水罩3用于遮挡雨水。本发明的工作原理是：传统风力发电负面影响：转换效率不高，风电可能对鸟类造成的伤害，噪声问题、对无线电通信的干扰、安全问题，叶片折断伤人等，建设成本问题，安装所占的土地等问题。本发明根据著名的“卡门涡街理论”，即当流体包含水及其他液体与气体流经一个物体时，在物体两侧产生交替的涡流意指两侧产生涡流的时间并不同步，而交替的涡流造成物体两侧所受的压力不同，压力一边大一边小不断循环之下，物体产生振动。并通过风致振的原理设计独特的结构及通过振动发电的发电系统。又由于流体流经一个物体时，在物体两侧产生交替的涡流意指两侧产生涡流的时间并不同步，而交替的涡流造成物体两侧所受的压力不同，压力一边大一边小不断循环之下，当旋涡从结构表面交替地脱离时，结构上便会形成周期性的流体力，从而必然会引发结构产生有规律的振动，结构在振动的同时又会影响其尾流的旋涡发散形态，像这样流体状态和结构振动之间相互影响的现象称作涡激振动。根据上述原理，首先，在风力作用下，集风帆叶片1能尽可能产生最大值振荡，若有足够的风量，空气流动时产生的涡量就能造成桅杆2振荡与摇晃，进而发电。一旦集风帆叶片1开始振荡，振荡时产生的机械能就会通过桅杆2摆动带动旋转发电机构4中的竖轴旋转发电机6和一对横轴旋转发电机5发电，桅杆2又通过轴连杆19与直线发电机8相连，桅杆2摇摆通过轴连杆19传递动力驱动直线发电机8运动发电，将机械能转换为电能，同时由于集风帆叶片1的独特设计可以产生涡激振动，带动桅杆2摆动，进而增加了风力的利用效率；其次，集风帆叶片1上的帆叶集风发电机构21也会通过在帆叶面间的涡流产生振动发电，使得本申请可以在微风-强风之间均可以发电，使捕风效率大幅度提升，发电效率随之也可提高。桅杆2通过轴连杆19与直线发电机8相连，在风力作用下对集风帆叶片1叶作用，集风帆叶片1因受到风力作用会被压倒风吹的方向，从而带动桅杆2摇摆，进而带动直线发电机8运动从而发电。集风帆叶片1上的蝴蝶型双悬梁臂压电片25可以通过叶片产生的振动，从而产生压电发电；其次，集风帆叶片1带动桅杆2，通过风产生的涡激振动，使集风帆叶片1连同桅杆2产生不规则的振动摇摆，对风吹来的方向没有限制。同时在微风下，微风的风速范围为3.4ms～5.4ms，由于设计方案可以使集风帆叶片1之间产生涡流，带动蝴蝶型双悬梁臂压电片25振动产生电能，在风产生的涡流作用下使蝴蝶型双悬梁臂压电片25发生形变，从而实现了机械能向电能的转换。空气弹簧27，其作用是万向转动轴26压动直线发电机8做功时，空气弹簧27可以给直线发电机8动子反向的力，在做功的同时，通过直线发电机8动子将万向转动轴26推回平衡点。使集风帆叶片1始终保持直立的姿态，方便持续摆动做功。通常在一般情况下，必须在风速达到特定的频率才能造成结构产生振荡。但本申请中利用桅杆2底部的多个环形相斥空气弹簧27，当集风帆叶片1朝其中一个方向摆荡，底部空气弹簧27便会将其推往另一个方向，因此无论风速如何，集风帆叶片1及桅杆2本身都能持续产生最大值振荡。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

权利要求：1.一种帆叶式风力发电装置，包括固定支架11，其特征在于：所述固定支架11上设置安装有万向转动轴26，所述万向转动轴26上设置安装有旋转发电机构4，万向转动轴26包括竖向轴9和横向轴23，旋转发电机构4包括一对竖轴旋转发电机6和一对横轴旋转发电机5，所述竖向轴9固定安装在固定支架11的上端，所述竖轴旋转发电机6设置安装在竖向轴9上，竖轴旋转发电机6的外壳体上固定连接有转动架15，所述横向轴23固定安装在转动架15上，所述横轴旋转发电机5设置安装在横向轴23上，横轴旋转发电机5的外壳体上固定连接安装套16，所述安装套16的上端固定连接有桅杆2，所述桅杆2上固定连接有一组集风帆叶片1，所述集风帆叶片1上设置安装有帆叶集风发电机构21，固定支架11的内部设置有安装座10，所述安装座10上固定连接有弹簧底座18，所述弹簧底座18上固定连接有弹簧17，所述弹簧17的上端与安装套16的的下端固定连接，安装座10上设置安装有直线发电机机构7，所述直线发电机构7包括一组直线发电机8，竖轴旋转发电机6的外壳体上和转动架15上转动连接有一组轴连杆19，所述直线发电机8由轴连杆19带动。2.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述帆叶集风发电机构21包括若干蝴蝶型双悬梁臂压电片25，集风帆叶片1上开设有若干压电片安装孔22，所述压电片安装孔22中设置安装有固定片24，所述蝴蝶型双悬梁臂压电片25设置安装在固定片24上。3.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述固定支架11包括底板12，所述底板12上固定连接有一组竖直向上伸出的支撑杆13，所述支撑杆13的上端固定连接有横梁14，所述万向转动轴26设置安装在横梁14上。4.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述直线发电机8为圆柱形筒状结构，直线发电机8的圆周侧壁上设置安装有线圈定子29，直线发电机8中滑动设置安装有永磁动子28，所述有永磁动子28与轴连杆19的下端转动连接。5.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述直线发电机8的底部设置安装有空气弹簧27。6.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述集风帆叶片1为曲面倒三角型结构，材质为复合玻璃纤维及碳纤维。7.根据权利要求1所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述固定支架11的外侧设置安装有防水固定外壳20。8.根据权利要求7所述的一种帆叶式风力发电装置，其特征在于：所述桅杆2的设计采用弹性好、质地轻、抗腐蚀的碳素纤维材料，桅杆2上位于防水固定外壳20上方位置固定连接有挡水罩3。

百度查询： 淮南联合大学 一种帆叶式风力发电装置

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