专利名称：内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。
背景技术：
世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60 %的速度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备，应该积极发展。然而，目前，风电的成本较高，阻碍了风电事业的进一步发展，因此，提高效率，降低成本，是目前风电发展的重中之重。本发明是通过在风机或风力发电机的轴与风叶之间增加一个中间体，使风力能够更加集中到风叶部位，在配合以外部的集风装置，从而大大地提高风机或风力发电机效率的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效
率的装置。本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种聚风装置。本发明包括风机或风力发电机，以及安装在风机或风力发电机风叶与轴之间的中间体构成。所述中间体是由支撑体固定支撑的。所述中间体的形状是和随不同类型的风力机叶片形状而不同，并完全与风力机叶片形状匹配利吻合的。所述风力机叶片可以做成分段式的。可以绕开支撑体。所述中间体的作用是可以为风叶提供支撑，可以有效的减轻横臂梁或连杆的重量，增加风叶力矩。所述中间体和风叶是分体结构的。所述所述中间体的作用还可以是将吹向风力机的风，沿所述中间体的边缘流动，有效地集中吹向风机或风力发电机的风叶。本发明中，所述风力机叶片可以是任意公知形状。风机或风力发电机的风叶可以直接和风机或风力发电机轴连接，并带动轴转动的。所述风机或风力发电机的风叶是通过连杆或圆盘与轴连接的；所述连杆是一根或一根以上。所述风机或风力发电机的风叶是通过公知的方式与轴连接的。所述所述中间体可以是整体的，也可以是分段的。所述中间体可以是固定不动的。
在所述中间体上安装有滑道，风机或风力发电机的风叶可以通过滚轮或滑块安装在所述滑道上，并可以沿着滑道运动。所述滑道可以起到支撑风叶部分重量的作用，这样就可以大大地减轻连杆的强度和重量，减少运动部件的重量，提高效率。所述滑道可以是普通轮轨轨道，也可以是磁悬浮轨道。所述风机或风力发电机的风叶是通过滚轮在所述滑道上实现运动的。所述滚轮可以是公知滚轮，也可以是使用磁悬浮轴承的。所述风机或风力发电机的风叶与滑道之间也可以是通过使用磁悬浮轨道来实现运动的。在所述风机或风力发电机风叶的外围，还安装有聚风装置，所述聚风装置是用于将周围的风吹向风叶的装置。一种聚风装置，其特征是，所述装置包括风导流面，顺流面，偏航装置以及支撑装置，所述导流面与顺流面光滑固定连接；所述导流面或顺流面由支撑装置固定支撑，所述支撑装置是可以将所述聚风装置稳定支撑并可以使所述聚风装置绕一个轴旋转的装置；在所述聚风装置上还安装有偏航装置；所述聚风装置还包括风机风轮，所述风机风轮安装在所述导流面与顺流面之间形成的夹角内。所述导流面与顺流面之间形成一小于180度的夹角；优选的，所述夹角小于90度。当风从所述夹角的前方吹过来时，一部分沿顺流面流走，另一部分则沿导流面吹向风机风叶，从而，提高风机的效率。所述偏航装置的作用就是使所述夹角的尖部始终对向来风的方向。在所述装置上还包括内环面，所述内环面安装在导流面与顺流面之间形成的夹角与风机风轮之间，所述内环面分别与导流面和顺流面光滑固定连接；所述内环面始终在风机或风力发电机风轮的一侧。所述偏航装置可以与顺流面连接，也可以与内环面连接。在所述装置的对面，还可以有辅助导流面，所述辅助导流面与导流面相对安装，在两个导流面之间形成一狭缝通道，风机风轮安装在狭缝通道部位。所述风导流面的作用，是可以将吹向风叶周围的风导流吹向风叶的迎风受力面部位，增加推力，从而提高发电效率。所述风顺流面的作用，是可以将吹向风叶周围的阻力风沿风顺流面流走，从而减小风叶的阻力。所述内环面的作用，是可以净化吹向风机叶片的风，减小湍流的影响。所述内环面是随风机风轮形状而定的，是选取风机风轮外缘旋转时扫掠过的曲面的1/N部分，N是实数，本发明包括但不限于以下各种形状1/N圆筒形弧面或1/N球形弧面或1/N椭球形弧面或1/N锥筒形或1/N圆锥形弧面或1/N上下筒锥形弧面或1/N上下圆锥形弧面或1/N半球形弧面或1/N半椭球形弧面。所述导流面或顺流面或内环面可以是形成平面状或曲面状结构的任意物质。所述偏航装置是尾舵或舵轮或电动偏航机构或任意公知风力发电用偏航装置。本发明所述聚风装置，还可以和其他公知聚风装置组合，形成可以将风聚集起来并与阻风器结合形成狭缝风道的装置。所述风机的风叶在狭缝风道内。在所述装置的对面，还可以有辅助导流面，所述辅助导流面与导流面相对安装，在两个导流面之间形成一狭缝通道，风机风轮安装在狭缝通道部位。所述辅助导流面，可以是一弧形曲面，垂直安装在风机风轮的另一侧。所述聚风装置，可以是公知的聚风型装置，均可以与本发明所述阻风器结合形成狭缝风道的装置。在所述聚风装置上安装有偏航装置，所述偏航装置，是用于将所述聚风装置的进风口始终对准来风的方向。所述偏航装置，可以是公知设备。本发明中有些类型的聚风装置可以实现自动对风，而不必使用偏航装置。所述聚风装置安装在支撑装置上。所述支撑装置可以是支撑架或任意公知支撑装置，所述支撑装置是可以使聚风装置稳定的绕一个轴旋转，并使整个装置稳定或固定的装置。所述支撑装置可以是可以起到上述作用的公知装置。本发明列举两种支撑装置的类型如下第一种A型所述支撑装置可以是一固定支撑架，支撑架固定安装在地面，支撑架的顶端高于风力发电机风轮的高度，在支撑架的顶部有一支撑架轴，所述聚风装置由连接器与支撑架轴连接，吊装在支撑架轴上，并可以绕支撑架轴旋转，所述支撑架轴与风机或风力发电机的轴在同一垂直轴线上。第二种B型所述支撑装置也可以是一支撑架，所述聚风装置固定安装在支撑架上，由支撑架带动聚风装置转动；所述支撑架安装在轨道上；所述轨道是圆形轨道；所述支撑架可以在轨道上自由转动；所述轨道可以是固定安装在地面，也可以有支撑柱支撑在空中，所述轨道是水平安装的；所述轨道可以是以风机或风力发电机塔干或以风机轴为中心的圆形轨道。所述支撑架上安装有滚轮，所述滚轮与轨道联接，当风向改变时，所述支撑架带动聚风装置沿轨道转动，并使聚风装置的导流面与顺流面夹角的前方，始终迎向主风向；所述轨道是一个或一个以上；所述轨道可以是公知轮轨。所述滚轮内是可以采用磁悬浮轴承。所述轨道是采用凹槽结构，将滚轮包裹在凹槽内，当有偏向力时可以使整体装置稳定在轨道上不会脱轨；滚轮与轨道之间也有许多公知安装方案可以保持稳定，本发明可以采用。所述支撑架与轨道之间也可以采用磁悬浮轨道支撑，所述磁悬浮轨道由轨道座、下轨道以及上轨道组成，轨道固定安装在轨道座上；所述下轨道采用凹型结构，上轨道采用凸型结构，将上轨道的凸型结构陷于下轨道的凹型结构之内，上轨道与下轨道采用足够强的永磁体或电磁体，使上轨道与下轨道两个相邻的面之间具有相同的磁极，产生斥力，使斥力与上轨道及之上的重物所产生的重力相平衡，使上轨道悬浮于下轨道之上，由于磁斥力的性质是距离越近，斥力越大，因此，这是一个稳定平衡。下轨道通过轨道座可以固定安装在地面，也可以有支柱固定安装，上轨道通过轨道座与聚风面或支撑架固定安装，当偏航系统带动聚风装置或支撑架转动时，上下轨道之间，由于斥力的作用，总有一个间隙，这样就消除了它们之间的摩擦力，使转动很容易进行。所述磁悬浮上轨道可以是连续的，也可以是分段的，所述磁悬浮下轨道是连续的。
5
所述支撑架或滚轮与轨道之间，还可以采用公知的磁悬浮技术设备支撑，这样可以使得摩擦力很小或为零；所述公知的磁悬浮技术设备在国家知识产权局网站上有多个方案；由于有了磁悬浮技术，解决了在工程上如此巨大重量的物体进行移动的难题；本发明所述支撑装置还有许多使之牢固的公知方案可以使用，本发明只使用了示意图。本发明所述中间体是本发明
中所述各种类型，以及本发明虽然没有列举但明显起到本发明中间体作用的各类形状，均在本发明保护范围之列。本发明所述聚风装置是本发明
中所述各种类型，以及各种公知聚风装置本发明虽然没有列举但与本发明中间体组合使用，均在本发明保护范围之列。本发明对各种类型垂直轴或水平轴风机或风力发电机都同样适用。本发明说明书如有描述不清晰时，可以附图表示为准。本发明适用于各种风机及风力发电设备。本发明的有益效果是本发明采用了中间体与各种类型的聚风装置组合使用形成一个狭缝风道，使风力完全可以集中起来只作用在风机的风叶部位，而且可以做到几乎没有风的阻力，使发电效率大大提高；本发明还可以有效地减小了普通聚风装置的规格尺寸，解决了长期以来聚风装置普遍尺寸过大而难于推广使用的难题；本发明同时也意味着在许多原本无法利用风力发电的微风或风力较弱的地区也可以安装利用风力发电了，大大的扩展了风力发电的市场空间。本发明采用了将风叶安装在中间体上，对大型垂直轴风机来说，可以大大地减轻了横梁的承重问题，使风机的运动部件大大减轻，可以使连杆或横梁做的很轻很长，也就是说，使做功力矩做的很长，对发展大功率垂直轴风机来说，开阔了无限广阔的发展空间。本发明的另一优点是滑道安装在了风机风叶的中间部位区域，而非单独的上滑道或下滑道，使风机风叶在带动风机轴旋转的过程中，受力更均勻，减轻了震动，减小了不均勻的扭矩。
四
图1是本发明一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是圆筒形，所述中间体由支撑体固定支撑；所述中间体分为上下两个部分，所述上下两个部分之间有一环形缝，所述连杆穿过所述环形缝与轴连接，所述连杆的另一端与风叶连接，连杆带动风机或风力发电机轴转动；在所述连杆上安装有转环，所述转环随连杆一起转动，所述转环安装在中间体上下两个部分之间的环形缝处，可以阻止风从环形缝漏出；在所述中间体上安装有滑道，所述风叶通过滚轮或滑块与滑道连接，风叶可以在滑道上沿中间体绕动，带动发电机发电。所述滑道也可以安装在中间体上下两个部分之间的环形缝处，所述连杆上安装滚轮，滚轮在滑道内可以滚动。图2是本发明一种结构原理俯视图示意图。由于支撑体是很普通的支撑装置即可，为方便起见，图中省略了支撑体。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图3是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是圆筒形，所述中间体由支撑体固定支撑；所述中间体是单一整体的；所述中间体是通过支撑体从上部固定支撑，而风叶连杆是在所述中间体的下部与轴连接的；在所述中间体上安装有滑道，所述风叶通过滚轮或滑块与滑道连接，风叶可以在滑道上沿中间体转动，带动发电机发电。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图4是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是圆筒形，所述中间体由支撑体固定支撑；所述中间体是单一整体的；所述中间体是通过支撑体从下部固定支撑，而风叶连杆是在所述中间体的上部与轴连接的。在所述中间体上安装有滑道，所述风叶通过滚轮或滑块与滑道连接，风叶可以在滑道上沿中间体转动，带动发电机发电。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图5是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是圆筒形，所述中间体由支撑体固定支撑；所述中间体是单一整体的；所述中间体是通过支撑体从中部固定支撑，而风叶连杆是在所述中间体的上或下部与轴连接的；所述风叶是分为上下两个部分的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图6是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是锥筒形的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图7是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是园锥形的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图8是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述阻风器的形状是上下锥筒形的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图9是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是球形或椭球形的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。
本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图10是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体的形状是半球形或半椭球形的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图11是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体是上、下两个固定圆环，由支撑体固定支撑；所述滑道固定安装在圆环上，风机风叶通过滚轮或滑块安装在滑道上，风机风叶通过连杆带动风机轴发电；本实施例中，所述中间体也可以是一个或一个以上圆环。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图12是本发明另一种结构原理正视图示意图；所述中间体直接是上、下两个固定圆环形滑道，由支撑体固定支撑；所述滑道固定安装在支撑体上，风机风叶通过滚轮或滑块
7安装在滑道上，风机风叶通过连杆带动风机轴发电；本实施例中，所述中间体也可以是一个或一个以上滑道。所述滑道是以风机轴为轴心的圆环形轨道；所述滑道是水平安装或平行于地平面安装的。本实施例中，结构原理俯视图示意图与图2原理相同或相似；只是中间体直接使用了滑道。本实施例中，结构原理左视图示意图与正视图示意图相同。图13是本发明一种聚风装置结构原理正视图示意图；所述聚风装置由导流面、顺流面、内环面、尾舵、风机风轮、支撑装置及发电系统组成，所述导流面与顺流面之间形成一小于90度的夹角。内环面安装在所述夹角处，在内环面的后部，连接有尾舵；所述支撑装置是一固定支撑架，支撑架固定安装在地面，支撑架的顶端高于风力发电机风轮的高度，在支撑架的顶部有一支撑架轴，所述聚风装置由连接器与支撑架轴连接，吊装在支撑架轴上，并可以绕支撑架轴旋转，所述支撑架轴与风机或风力发电机的轴在同一垂直轴线上；无论风从哪一个方向吹过来时，由于尾舵的作用，所述聚风装置都会绕支撑架轴旋转，最后定位在聚风装置的尖角部位迎向主风向，一部分风沿顺流面流走，另一部分风沿导流面吹向风机风轮，提高工作效率。图14是本发明一种聚风装置结构原理俯视图示意图；辅助说明图13。图15是本发明一种聚风装置结构原理左视图示意图；辅助说明图13 ；由于支撑装置是很普通的装置，为了简略起见，图中省略了支撑装置。图16是本发明一种聚风装置结构原理右视图示意图；辅助说明图13 ；由于支撑装置是很普通的装置，为了简略起见，图中省略了支撑装置。图17是本发明另一种聚风装置结构原理俯视图示意图；在所述聚风装置的对面，增加了辅助导流面。辅助导流面由连接器与聚风装置连接。图18是本发明另一种聚风装置结构原理正视图示意图；所述支撑装置是一支撑架，所述聚风装置固定安装在支撑装置上，由支撑装置带动聚风装置转动，所述支撑装置安装在轨道上，所述轨道是以风机或风力发电机塔干或以风机轴为中心的圆形轨道，所述支撑装置可以在轨道上自由转动，所述轨道是水平安装的。附图标志1中间体2风叶3风机或风力发电机轴4支撑体5转环6连杆7滑道8发电系统9环形缝 10导流面 11顺流面 12内环面 13风机风叶14支撑装置15偏航装置或尾舵16支撑架轴17风18连接器19辅助导流面20 轨道五具体实施例方式本发明采用了图11所述的一种聚风装置以及图1所述的一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，两项发明结合使用，风能利用系数可达90%以上，对发展大型垂直轴风力发电机来说，可以大大地减轻支撑风叶的横梁的重量，并可以大大地减小风力机的体积。
权利要求
1.一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述装置由风机或风力发电机，以及安装在风机或风力发电机风叶与轴之间的中间体构成，所述中间体由支撑体固定支撑。
2.根据权利要求1所述一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述中间体是圆筒形或锥筒形或圆锥形或上下筒锥形或上下圆锥形或球形或椭球形或半球形或半椭球形或圆环或滑道。
3.根据权利要求1所述一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述中间体分为上下两个部分，所述上下两个部分之间有一环形缝，所述连杆穿过所述环形缝与轴连接，所述连杆的另一端与风叶连接。
4.根据权利要求3所述一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，在所述连杆上安装有转环，所述转环随连杆一起转动，所述转环安装在中间体上下两个部分之间的环形缝处。
5.根据权利要求1所述一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，在所述中间体上安装有滑道，所述风叶通过滚轮或滑块与滑道连接。
6.一种聚风装置，其特征是，所述装置包括风导流面，顺流面，偏航装置以及支撑装置，所述导流面与顺流面光滑固定连接；所述导流面与顺流面之间形成一夹角；所述导流面或顺流面安装在支撑装置上；在所述聚风装置上还安装有偏航装置；所述聚风装置还包括风机风轮，所述风机风轮安装在所述导流面与顺流面之间形成的夹角内。
7.根据权利要求6所述一种聚风装置，其特征是，在所述装置上还包括内环面，所述内环面安装在导流面与顺流面之间形成的夹角与风机风轮之间，所述内环面分别与导流面和顺流面光滑固定连接；所述内环面始终在风机或风力发电机风轮的一侧。
8.根据权利要求7所述一种聚风装置，其特征是，所述内环面1/N圆筒形弧面或1/N球形弧面或1/N椭球形弧面或1/N锥筒形或1/N圆锥形弧面或1/N上下筒锥形弧面或1/N上下圆锥形弧面或1/N半球形弧面或1/N半椭球形弧面。
9.根据权利要求6所述一种聚风装置，其特征是，所述支撑装置是一固定支撑架，支撑架固定安装在地面，支撑架的顶端高于风力发电机风轮的高度，在支撑架的顶部有一支撑架轴，所述聚风装置由连接器与支撑架轴连接，吊装在支撑架轴上，并可以绕支撑架轴旋转，所述支撑架轴与风机或风力发电机的轴在同一垂直轴线上；或所述支撑装置是一支撑架，所述聚风装置固定安装在支撑架上，由支撑架带动聚风装置转动，所述支撑架安装在轨道上，所述轨道是以风机或风力发电机塔干或以风机轴为中心的圆形轨道，所述支撑架可以在轨道上自由转动，所述轨道是水平安装的。
10.根据权利要求6所述一种聚风装置，其特征是，在所述装置的对面，还有辅助导流面，所述辅助导流面与导流面相对安装，在两个导流面之间形成一狭缝通道，风机风轮安装在狭缝通道部位。
全文摘要
本发明公开了一种内填充聚风型提高风机或风力发电机效率的装置以及一种聚风装置，本发明属于风能利用技术领域，其特征是在风机的轴与风叶之间增加了中间体，可以大大地提高发电效率；本发明一种聚风装置，采用了风导流面、顺流面以及内环面的结构，结构简单紧凑，有效地提高了发电效率。
文档编号F03D3/04GK102374128SQ20101026330
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者孟英志 申请人:孟英志