具有轻质可调叶片的风力发电机制造技术

一种风力发电机系统，该风力发电机系统具有多个轻质的、表面积可调节的翼面/帆形叶片。每个叶片是具有一个窄内缘和一个宽外缘的三角形或楔形形状。每个叶片包括连接到从一个毂组件径向延伸的一个刚性桅杆上的一个内框架。每个叶片包括一个弯曲外蒙皮层，该弯曲外蒙皮层在该内框架上延伸并且被配置成具有一个大弯曲前缘和一个薄后缘的翼面形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及(本专利技术涉及)风力发电机，并且更确切地说，涉及使用轻质叶片的风力发电机系统。
技术介绍
众所周知的是，山丘、山谷、树木和建筑物会影响风的速度、风的方向和湍流。大多数风力系统是在开阔的乡野地区中操作，这些乡野地区具有很少或不具有障碍并且具有很少的附近邻居。系统包括具有大型毂组件的大型机舱。典型包括二至三个长实心叶片的毂组件被安装在塔架的端部上，该端部将这些毂组件保持在高于地面的足够高度处以便接触“干净的”或低湍流的风。在现有技术中出现的大型风力系统典型地使用高RPM、低转矩同步发电机，以便在可持续风在狭窄的速度范围内时产生电力。由于此类发电机需要高输入轴速度，齿轮箱被放置在毂组件与发电机之间。当风的速度低于所希望的速度范围时，毂组件与发电机断开连接。当风速高于所希望的速度范围时，叶片被旋转或卷起(furled)以便允许更大百分比的风流入叶片之间并且由此减少旋转。在高速风下，动态制动可以用于减少或停止旋转。另一方面，高转矩、低RPM、异步发电机以更低的RPM产生电力。由异步发电机产生的电量通过发电机轴的RPM和施加到轴上的转矩的量来确定。轴的RPM和转矩部分通过毂组件上的叶片的数目和每个叶片的表面积来确定。扫掠面积是风力发电机的叶片在旋转时产生的圆的面积。扫掠面积越大，可以从风捕获的能量越大，并且可以产生的电能越多。由风力发电机系统上的叶片产生的功率是轴RPM速度和转矩的乘积。为传输功率，<br>旋转轴能够以高速度和低转矩，或以低速度和高转矩操作。当毂组件上的叶片的数目和长度增加时，毂的RPM减小并且转矩增加。相反，当叶片的长度减小时，毂的RPM增加并且转矩减小。水平对准的风力涡轮机的扫掠面积通过等式：JI×r2来确定。当扫掠面积被均匀地划分成同心环时，外环的扫掠面积大于内环的扫掠面积。由于风在速度(V)下的功率(P)由等式P＝(1/2)×(JI)×(空气密度)×(V)确定，使用具有固定长度的叶片的涡轮发电机最适合于具有恒定的中级风的位置。大多数位置暴露于不规律的不定风。还需要的是一种使用轻质叶片的风力发电机系统，这些轻质叶片纵向调节它们的长度以便增加或减少扫掠面积，从而使得该风力发电机系统能够在低风条件下更有效地操作，并且在强风条件下保护风力发电机。也需要一种使用轻质叶片的风力发电机系统，这些轻质叶片也可改变它们的表面积。
技术实现思路
一种风力发电机系统，该风力发电机系统具有多个轻质的、表面积可调节的翼面/帆形叶片。每个叶片是具有一个窄内缘和一个宽外缘的三角形或楔形形状。每个叶片包括连接到从一个毂组件径向延伸的一个刚性桅杆上的一个内框架。每个叶片包括一个弯曲外蒙皮层，该弯曲外蒙皮层在该内框架上延伸并且被配置成具有一个大弯曲前缘和一个薄后缘的翼面形状。该外蒙皮层沿其前缘固定，并且沿其后缘可去除地附接到一个轻质内框架上。联接到该外蒙皮层上的是一个第一线性致动器，当被激活时，该第一线性致动器使得该外蒙皮层折叠或展开，从而改变叶片的表面积。该内框架可以包括一个第二线性致动器和一个伸缩式桅杆，该叶片在该伸缩式桅杆上滑动以便增加或减少这些叶片的扫掠面积。风传感器或电传感器联接到该桅杆和可缩回缆线上，以便自动控制扫掠面积和表面积。该风力发电机包括连接到使用多个轻质、高效率、混合翼面/帆形叶片的一个毂组件上的一个风力发电机。该毂组件包括三至八个、各自附接到一个径向延伸叶片上的叶片安装表面。这些叶片是楔形的，并且围绕该毂组件径向地均匀分布，并且被配置成在这些叶片之间产生多个间隙。每个叶片具有一个翼面轮廓，该翼面轮廓具有一个弯曲外蒙皮层，该弯曲外蒙皮层类似于翼面具有一个大弯曲前缘和一个平坦后缘。每个叶片的外区段具有比内区段更大的表面积。该外蒙皮层沿其前缘牢固地附接到一个轻质内框架上。该外蒙皮层的后缘对于该轻质内框架的相对边缘是可松开的。每个叶片包括一个横向对准的内基座盖和一个横向对准的外端盖。安装在该外端盖上的是任选的百叶窗板。每个叶片被定向，所以它们的外蒙皮层面向顺风方向，并且迎角略微偏离叶片中心以便以与帆类似的方式“罩住”或捕获风。每个叶片还被定向成具有略微偏离叶片的旋转路径或扫掠面积的一个迎角。每个叶片被定向在相同的方向上，因此所有叶片在它们的前缘方向上旋转。每个叶片是三角形的和楔形的，具有固定的长度和宽度。每个叶片的外区段具有比内区段更大的表面积。每个叶片具有一个翼面轮廓并且被定向，这样使得该大弯曲表面面向旋转方向。每个叶片还被定向成具有略微偏离叶片的旋转路径的一个迎角。在操作过程中，该毂组件和叶片被定位在风中，所以风流到每个叶片上外蒙皮层的内表面上。大部分风随后在该内表面上侧向地流动，并且之后沿叶片的后缘离开。因为每个叶片具有一个翼面形状并且以圆形形式行进，空气分子在该外蒙皮层的外表面上行进，从而减少阻力。每个叶片充当围绕毂以圆形形式行进的一个翼面，并且充当用于捕获垂直于叶片的横向轴线流动的风的能量的一个帆。在使用过程中，风流到叶片的外蒙皮的内表面上。由于蒙皮的前缘被固定到该内框架上并且向内弯曲，并且由于蒙皮的外缘被与叶片的纵向轴线垂直对准的一个端盖覆盖，因此由叶片捕获的风沿叶片的后缘流出。每个叶片包括一个轻质内框架，该轻质内框架包括一个纵向对齐的桅杆、附接到该桅杆上的间隔开的多个固定弯曲肋状物。这些肋状物与该桅杆垂直对准并且从该桅杆向后延伸。每个叶片还可以包括邻近该桅杆设置的一个刚性引导护罩。在使用过程中，一个薄外蒙皮在该桅杆和这些肋状物上延伸。该外蒙皮是由薄的、耐用的柔性纤维、聚乙烯或聚氯乙烯薄膜制成的。该外蒙皮可以是透明的、染色的，或包括一个表面上显示的广告标记。每个叶片包括联接到该外蒙皮层上的一个第一线性致动器。在使用过程中，该第一线性致动器被选择性地控制以便在该内框架上折叠或展开该外蒙皮层，并且因此改变叶片的表面积。该第一线性致动器联接到风速传感器、电输出传感器或一个可编程逻辑控制器上。在一个实施例中，该桅杆在长度上是伸缩可调节的，叶片在该桅杆上滑动以便改变扫掠面积。在一个实施例中，一个第二线性致动器连接到该桅杆上，这使得该桅杆从毂伸出并且以更大半径对叶片进行重新定位。该第二线性致动器也可以联接到风速传感器、电输出传感器或一个可编程逻辑控制器上以便自动调节扫掠面积。当这些叶片暴露于微风至中级强风时，这些风速传感器或电输出传感器自动激活该第一线性致动器，以便展开(扩展)或折叠(缩回)该外蒙皮层，从而调节叶片的总表面积。如果这些叶片暴露于过大强风，那么这些传感器就激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机系统，包括：a.被配置成在旋转时产生电力的一个风力发电机；b.联接到所述风力发电机上的一个毂组件；c.多个轻质混合翼面/帆形叶片，这些叶片均匀地间隔开并且附接到所述毂组件上，每个所述叶片包括被一个外蒙皮层覆盖的一个内框架，所述内框架和所述外蒙皮层被配置，因此所述叶片具有一个翼面轮廓，该翼面轮廓具有弯曲前缘和一个薄后缘，所述外蒙皮还被配置成充当用于在被垂直地放置到风中时捕获风的一个帆，所述内框架包括一个桅杆、附接在所述桅杆的一端处的外横向对准的端板以及附接到所述桅杆上与所述端板相对的一端上的一个内横向对准的基座板，所述内框架还包括支撑所述外蒙皮层的多个横向对齐的肋状物；d.联接到所述桅杆上的一个第一线性致动器，该第一线性致动器被配置成在所述内框架上折叠和展开所述外蒙皮层；以及，e.被配置成监测风速或来自所述发电机的电输出的一个传感器，所述传感器联接到所述线性致动器上以折叠或展开所述外蒙皮层，以便根据该风速、所述发电机的RPM或所检测的电输出来改变所述叶片的表面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.07 US 61/832,5741.一种风力发电机系统，包括：
a.被配置成在旋转时产生电力的一个风力发电机；
b.联接到所述风力发电机上的一个毂组件；
c.多个轻质混合翼面/帆形叶片，这些叶片均匀地间隔开并且附接到所述毂组件上，每
个所述叶片包括被一个外蒙皮层覆盖的一个内框架，所述内框架和所述外蒙皮层被配置，
因此所述叶片具有一个翼面轮廓，该翼面轮廓具有弯曲前缘和一个薄后缘，所述外蒙皮还
被配置成充当用于在被垂直地放置到风中时捕获风的一个帆，所述内框架包括一个桅杆、
附接在所述桅杆的一端处的外横向对准的端板以及附接到所述桅杆上与所述端板相对的
一端上的一个内横向对准的基座板，所述内框架还包括支撑所述外蒙皮层的多个横向对齐
的肋状物；
d.联接到所述桅杆上的一个第一线性致动器，该第一线性致动器被配置成在所述内框
架上折叠和展开所述外蒙皮层；以及，
e.被配置成监测风速或来自所述发电机的电输出的一个传感器，所述传感器联接到所
述线性致动器上以折叠或展开所述外蒙皮层，以便根据该风速、所述发电机的RPM或所检测
的电输出来改变所述叶片的表面积。
2.如权利要求1所述的风力发电机系统，进一步包括所述端盖，该端盖包括在打开时允
许风穿过所述端盖的至少一个百叶窗板。
3.如权利要求2所述的风力发电机系统，进一步包括联接到所述百叶窗板上的一个风
速检测器，该风速检测器在该风达到或超过一个预先确定的速度时打开所述百叶窗板。
4.如权利要求1所述的风力发电机系统，其中所述蒙皮层的所述后缘通过一个压合连
接器附接到所述内框架上。
5.如权利要求4所述的风力发电机系统，其中所述桅杆是包括一个内管区段和一个外
管区段的一个伸缩套管。
6.如权利要求5所述的风力发电机系统，其中所述叶片包括附着到所述外管区段上的
至少一个外支架，以及在所述内管区段上滑动的至少一个内支架，所述叶片被配置成在所
述外管区段从所述内管区段延伸时，从所述毂组件径向向外移动。
7.如权利要求6所述的风力发电机系统，进一步包括联接到所述叶片、所述外管区段和
所述内管区段上的一个第二线性致动器。
8.如权利要求1所述的风力发电机系统，其中所述外蒙皮层是由聚乙烯薄膜或聚氯乙
烯薄膜制成的。
9.如权利要求1所述的风力发电机系统，其中所述外蒙皮层包括印刷在其上的广告标
记。
10.如权利要求8所述的风力发电机系统，其中所述桅杆是包括一个内管区段和一个外
管区段的一个伸缩套管。
11.如权利要求10所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮特·阿提卡，
申请(专利权)人：三相能源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US