无桨风力发电设备及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无桨风力发电设备及其控制方法，所述设备包括至少一套风能捕集系统和传动齿轮组、发电机等组成部分。所述风能捕集系统设有集风面罩、支杆和转向开关，所述集风面罩安装在支杆顶部，可以支杆为转轴旋转，支杆处于竖直状态或前俯状态时，集风面罩迎风设置；支杆的中部铰接在支座上，支杆以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述转向开关包括机械开关和测量支杆转动角度的传感器，所述传感器与机械开关连接，所述机械开关设有约束集风面罩保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构。本发明专利技术结构简易，易于实现，制造成本低，占用空间小，安装操作方便，且风能利用率高，非常适合广泛推广和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源
，具体涉及一种无桨风力发电设备及其控制方法。
技术介绍
能源与环境是人类赖以生存和发展的基础，随着传统能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重，开发可再生能源成为国内乃至世界可持续发展能源基本战略的重要组成部分。以风能为动力驱动的风力发电设备，利用风力吹动桨叶转动，然后在转换成便于使用的电能，是目前利用风能发电的主要方式。但是目前现有的装置存在结构复杂，设备投资成本高，维护困难等缺点，严重阻碍着该项技术的发展与推广。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了两种造价低、易于维护的无桨风力发电设备。方案一：一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括风能捕集系统、传动齿轮组和发电机，所述风能捕集系统设有集风面罩、支杆、转向开关和第一复位弹簧：所述集风面罩安装在竖直的支杆顶部，可以支杆为转轴旋转，支杆处于竖直状态或前俯状态时，集风面罩迎风设置；所述支杆的中部通过铰链安装在一支座上，支杆可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述转向开关包括机械开关和直接或间接测量支杆转动角度的传感器，所述传感器与机械开关连接，所述机械开关设有可约束集风面罩保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构；所述第一复位弹簧一端固定，另一端与支杆连接，集风面罩后仰时处于拉伸或压缩状态；所述支杆的底部通过连杆与所述偏心连接点连接，所述连杆的两端与支杆、偏心连接点均通过铰链结构连接；所述传动齿轮组包括第一齿轮和与其啮合的第二齿轮，所述第一齿轮的轮轴沿水平纵向设置，第一齿轮的轮盘上设有偏心连接点，所述第二齿轮通过传动机构与发电机的动力输入端连接。在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：所述传感器为电子压力传感器，安装在所述支座上，用于测量支杆后仰时对其施加的挤压力。所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆上，当阻挡件释放对集风面罩的约束时，与支杆保持平行；阻挡件控制集风面罩转到迎风状态或阻挡集风面罩转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩的非中轴位置。所述转向开关设有在集风面罩相对支杆转动后，驱动集风面罩恢复初始迎风状态的第二复位弹簧。一种用于方案一无桨风力发电设备的控制方法，其特征在于：利用风力和迎风的集风面罩促使支杆后仰，通过连杆带动第一齿轮转动，从而通过第二齿轮将动能传递给发电机；对所述传感器设置合适的阈值，通过传感器控制所述机械开关的启闭，使支杆后仰到预设程度时，所述阻挡件动作，释放对集风面罩的转动限制，使集风面罩在风力作用下，由迎风状态转动到顺风状态，降低作用在集风面罩上的风压，之后利用复位弹簧驱动支杆复位，再次推动第一齿轮转动，再通过第二齿轮将动能传递给发电机；支杆复位时，机械开关启闭状态改变，阻挡件动作，控制集风面罩转动到迎风状态。方案二：一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括发电机、传动齿轮组和两套风能捕集系统；所述风能捕集系统设有集风面罩、支杆和转向开关：所述集风面罩安装在竖直的支杆顶部，可以支杆为转轴旋转，支杆处于竖直状态或前俯状态时，集风面罩迎风设置；所述支杆的中部通过铰链安装在一支座上，支杆可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述转向开关包括机械开关和直接或间接测量支杆转动角度的传感器，所述传感器与机械开关连接，所述机械开关设有可约束集风面罩保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构；所述传动齿轮组设置在风能捕集系统的一侧，包括第一齿轮和与其啮合的第二齿轮，所述第一齿轮的轮轴沿水平纵向设置，所述第二齿轮通过传动机构与发电机的动力输入端连接，所述第一齿轮上设有第一偏心连接点和第二偏心连接点，所述第一、第二偏心连接点分别位于第一齿轮轮盘的两面，且以中心对称的方式布置在第一齿轮的同一条径向线上，其一风能捕集系统支杆底部通过第一连杆与所述第一偏心连接点，另一风能捕集系统支杆的底部通过第二连杆与所述第二偏心连接点，所述第一、第二连杆的两端与支杆、偏心连接点均通过铰链结构连接。在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：所述传感器为电子压力传感器，安装在所述支座上，用于测量支杆后仰时对其施加的挤压力。所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆上，当阻挡件释放对集风面罩的约束时，与支杆保持平行；阻挡件控制集风面罩转到迎风状态或阻挡集风面罩转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩的非中轴位置。所述转向开关设有在集风面罩相对支杆转动后，驱动集风面罩恢复初始迎风状态的复位弹簧。一种用于方案二无桨风力发电设备的控制方法，其特征在于：利用风力和迎风的集风面罩促使支杆后仰，通过连杆带动第一齿轮转动，从而通过第二齿轮将动能传递给发电机；对所述传感器设置合适的阈值，通过传感器控制所述机械开关的启闭，使支杆后仰到预设程度时，所述阻挡件动作，释放对集风面罩的转动限制，使集风面罩在风力作用下，由迎风状态转动到顺风状态，降低作用在集风面罩上的风压；设置两风能捕集系统的集风面罩交替出现迎风或顺风状态，利用第一齿轮的转动，通过连杆推动后仰的支杆复位；支杆复位时，机械开关启闭状态改变，所述阻挡件动作，控制集风面罩转动到迎风状态。有益效果：本专利技术提出的无桨风力发电设备占地面积小，结构简易，安装操作方便，制造成本低，易于实现，且风能利用率高，非常适合广泛推广和应用。附图说明图1为实施例1的结构示意图；图2为实施例2的结构示意图；图3为实施例2齿轮与连杆的连接结构示意图；图4为转向开关的工作原理示意图。具体实施方式为了进一步阐明本专利技术的技术方案和技术原理，下面接合附图与具体实施例对本专利技术作进一步的介绍。实施例1（单面罩模式）：如图1所示的一种无桨风力发电设备，包括风能捕集系统、传动齿轮组和发电机等组成部分，本实施例中支杆以正面迎风的竖直状态为初始状态。所述风能捕集系统设有集风面罩1、支杆2、转向开关3和第一复位弹簧9。所述集风面罩1呈锅盖状，由复合材料制成圆形或椭圆形的外支撑环，支撑环内部由不透风轻质材料覆盖，安装在竖直的支杆2顶部，可以支杆2为转轴旋转，支杆2竖直状态时，集风面罩1纵向设置，即迎风状态。所述支杆2的中部通过铰链安装在一支座上，支杆2可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动。具体使用时，可根据风力的大小或支杆2复位力的大小确定支座在支杆2上的相对位置，以调整力矩。所述转向开关3包括机械开关8和直接或间接测量支杆2转动角度的传感器7，本实施例中，所述传感器7采用电子压力传感器，用于测量支杆2后仰时对其施加的挤压力，从而间接反应支杆2的转动角度。所述传感器7安装在所述支座上，与机械开关8连接，控制机械开关8的启闭。所述机械开关8设有可约束集风面罩1保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构。所述第一复位弹簧9一端固定，另一端与支杆2连接，集风面罩1后仰时处于拉伸或压缩状态，形成促使支杆2复位的势能。所述传动齿轮组包括第一齿轮5和与其啮合的第二齿轮6，所述第一齿轮5的轮轴沿水平纵向设置，第一齿轮5的轮盘上设有偏心连接点，所述第二齿轮6通过传动机构与发电机的动力输入端连接，且第二齿轮6的直径小于第一齿轮5，用于提升传递给发电机的转速。所述支杆2的底部通过连杆4与所述偏心连接点连接，所述连杆4的两端与支杆2、偏心连接点均通过铰链结构连接。所述阻挡件的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括风能捕集系统、传动齿轮组和发电机，所述风能捕集系统设有集风面罩（1）、支杆（2）、转向开关（3）和第一复位弹簧（9）：所述集风面罩（1）安装在竖直的支杆（2）顶部，可以支杆（2）为转轴旋转，支杆（2）处于竖直状态或前俯状态时，集风面罩（1）迎风设置；所述支杆（2）的中部通过铰链安装在一支座上，支杆（2）可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述转向开关（3）包括机械开关（8）和直接或间接测量支杆（2）转动角度的传感器（7），所述传感器（7）与机械开关（8）连接，所述机械开关（8）设有约束集风面罩（1）保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构；所述第一复位弹簧（9）一端固定，另一端与支杆（2）连接，集风面罩（1）后仰时处于拉伸或压缩状态；所述传动齿轮组设置在风能捕集系统的一侧，包括第一齿轮（5）和与其啮合的第二齿轮（6），所述第一齿轮（5）的轮轴沿水平纵向设置，第一齿轮（5）的轮盘上设有偏心连接点，所述第二齿轮（6）通过传动机构与发电机的动力输入端连接；所述支杆（2）的底部通过连杆（4）与所述偏心连接点连接，所述连杆（4）的两端与支杆（2）、偏心连接点均通过铰链结构连接。...

【技术特征摘要】
1.一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括风能捕集系统、传动齿轮组和发电机，所述风能捕集系统设有集风面罩（1）、支杆（2）、转向开关（3）和第一复位弹簧（9）：所述集风面罩（1）安装在竖直的支杆（2）顶部，可以支杆（2）为转轴旋转，支杆（2）处于竖直状态或前俯状态时，集风面罩（1）迎风设置；所述支杆（2）的中部通过铰链安装在一支座上，支杆（2）可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述转向开关（3）包括机械开关（8）和直接或间接测量支杆（2）转动角度的传感器（7），所述传感器（7）与机械开关（8）连接，所述机械开关（8）设有约束集风面罩（1）保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构；所述第一复位弹簧（9）一端固定，另一端与支杆（2）连接，集风面罩（1）后仰时处于拉伸或压缩状态；所述传动齿轮组设置在风能捕集系统的一侧，包括第一齿轮（5）和与其啮合的第二齿轮（6），所述第一齿轮（5）的轮轴沿水平纵向设置，第一齿轮（5）的轮盘上设有偏心连接点，所述第二齿轮（6）通过传动机构与发电机的动力输入端连接；所述支杆（2）的底部通过连杆（4）与所述偏心连接点连接，所述连杆（4）的两端与支杆（2）、偏心连接点均通过铰链结构连接。2.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述传感器（7）为电子压力传感器，安装在所述支座上，用于测量支杆（2）后仰时对其施加的挤压力。3.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆（2）上，当阻挡件释放对集风面罩（1）的约束时，与支杆（2）保持平行；阻挡件控制集风面罩（1）转到迎风状态或阻挡集风面罩（1）转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩（1）的非中轴位置。4.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述转向开关（3）设有在集风面罩（1）相对支杆（2）转动后，驱动集风面罩（1）恢复初始迎风状态的复位弹簧（9）。5.一种用于如权利要求1-4中任一项所述无桨风力发电设备的控制方法，其特征在于：利用风力和迎风的集风面罩（1）促使支杆（2）后仰，通过连杆（4）带动第一齿轮（5）转动，进而通过第二齿轮（6）将动能传递给发电机；对所述传感器（7）设置合适的阈值，通过传感器（7）控制所述机械开关（8）的启闭，使支杆（2）后仰到预设程度时，所述阻挡件动作，释放对集风面罩（1）的转动限制，使集风面罩（1）在风力作用下，由迎风状态转动到顺风状态，降低作用在集风面罩（1）上的风压，之后利用第一复位弹簧（9）驱动支杆（2）复位，再次推动第一齿轮（5）转动，通过第二齿轮（6）将动能传递给发电机；支杆（2）复位时，机械开关（8）启闭状态改变，所述阻挡件动作，控制集风面罩（1）转动到迎风状态。6.一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括发电机、传动齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海洋，贾艳刚，罗韬，方坤，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团电力有限责任公司，南京绿新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42