一种抗风式风力发电机的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，更进一步地涉及一种抗风式风力发电机。

背景技术：

沿海地区风力资源充足，适宜发展风力发电，但沿海地区的风力等级变化极大，经常出现台风等极端天气，特别是对于我国东南沿海地带，更是台风的高发地。风力发电机叶片的转速与风力等级相关，风速越高叶片的转速越高，但风力发电机的转速有极限值，无法承受过大的风速，若风力过大超过叶片所能承受的范围就极有可能出现断裂，不仅降低发电效率，还会对人身财产安全带来隐患。

因此，如何设计一种风力发电机，能够应对台风等极端天气，降低出现损坏的概率，是目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种抗风式风力发电机，能够应用于台风等极端气象环境，降低叶片受到损坏的概率。具体方案如下：

一种抗风式风力发电机，包括立柱、机房和叶片，所述机房的底部与所述立柱的顶部转动连接，所述机房与所述叶片能够绕所述立柱沿水平设置的转轴转动；所述立柱与所述机房的角度能够固定。

可选地，所述立柱与所述机房转动的角度范围介于0度到90度。

可选地，所述立柱的顶部固定设置扇形蜗轮，所述机房的底部水平设置蜗杆，所述扇形蜗轮与所述蜗杆相互配合使所述机房旋转；所述蜗杆由单片机控制转动。

可选地，与所述扇形蜗轮同轴设置导向块，所述导向块与所述扇形蜗轮的形状相同，并位于所述扇形蜗轮的两侧；所述机房底部设置与所述导向块滑动接触的导向槽，所述导向槽与所述导向块上对应设置相互配合的滑块与滑槽。

可选地，所述机房上还设置尾翼，所述尾翼与所述叶片转轴的夹角介于±60度之间。

可选地，所述机房内的发电机输入轴上设置蜗轮蜗杆减速电机；所述蜗轮蜗杆减速电机由单片机控制启动。

可选地，所述机房上均匀设置六片所述叶片。

可选地，六片所述叶片上共同固定设置圆形的围边，所述围边将所述叶片固定为一体。

可选地，所述叶片上开设通孔，所述围边穿过所述叶片上的通孔围成圆形；所述围边迎风侧的横截面呈锐角。

可选地，所述立柱包括底部的固定部与顶部的转动部，所述固定部与所述转动部相对设置两个推力轴承。

本发明提供了一种抗风式风力发电机，包括立柱、机房和叶片等结构，机房上转动连接叶片，叶片受风吹动旋转。机房的底部与立柱的顶部转动连接，机房以及叶片能够绕立柱转动，转轴方向水平，立柱与机房的角度能够固定，可以根据不同的风力等级调整对应的角度。

假设风向水平，当叶片所在的平面呈竖直状态时，叶片受风吹动旋转的速度最大，若风力过大，可旋转机房使机房及叶片倾斜，从而叶片所在的平面与水平面呈一夹角，叶片倾斜的程度越大风力作用越小，当叶片所在的平面水平时完全不受风力吹动。因此，采用本发明提供的抗风式风力发电机，在叶片的转速超过极限时，转动机房使叶片所在的平面呈倾斜状态，从而达到降低转速的效果。能够应对台风等极端天气，降低叶片出现损坏的概率，具有较高的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的抗风式风力发电机一种具体结构的局部侧视图；

图2为立柱与机房连接处的轴测结构图；

图3为围边的一种具体结构剖面图；

图4为本发明抗风式风力发电机的正面局部结构图；

图5为两个推力轴承叠加的轴测结构图；

图6为本发明抗风式风力发电机叶片呈竖直的侧视图；

图7为本发明抗风式风力发电机叶片呈45度的侧视图；

图8为本发明抗风式风力发电机叶片呈水平的侧视图。

其中：

立柱1、扇形蜗轮11、导向块12、固定部101、转动部102、机房2、蜗杆21、叶片3、围边31、尾翼4。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种抗风式风力发电机，能够应对台风等极端天气，降低叶片出现损坏的概率，具有较高的经济效益。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的抗风式风力发电机进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的抗风式风力发电机一种具体结构的侧视图。该发电机主要包括立柱1、机房2和叶片3，立柱1起支撑作用，底部固定在地面上，顶部安装机房2。机房2上转动设置叶片3，叶片3绕机房2上的转轴旋转。本发明中的发电机中机房2的底部与立柱1的顶部转动连接，并且转轴呈水平设置，机房2与叶片3能够同步绕立柱沿水平设置的转轴转动，调节叶片3所在的平面与立柱1的夹角。并且立柱1与机房2之间设置有固定结构，立柱1与机房2之间能够相对固定，保持在某一角度不动。

在此假设风向水平，风保持水平方向吹动。正常状态下叶片3所在的平面为竖直状态，风垂直于叶片3的平面吹动，此时风力的作用最强，叶片3转动的速度最快。若风力不断增大，叶片3旋转的速度也不断增大，超过预定的范围，则转动机房2使叶片3倾斜，与竖直面呈一夹角。倾斜的程度越大，在相同的风力条件下叶片3转动的速度越慢，当叶片3所在的平面完全水平，与风向相同，则叶片3停止转动，几乎不受风力影响。本发明提供的抗风式风力发电机能够调整叶片3所在平面的倾角达到降低转速的目的，即使风速很高，也能使叶片3的转速维持在相对合理的范围之内，不会由于转速过快造成叶片3的损坏。若风向不水平，同样地可以通过调整叶片3所在平面与风向的夹角调整转速，保证叶片3运行的稳定性。

在此基础上更进一步，为了使叶片3的平面能够有效地应对于各种风向，立柱1与机房2的转动角度范围介于0度到90度，包含0度和90度两个端点值。水平转轴的轴线与叶片3的平面平行，当叶片3的平面竖直时转动角度为零。机房2的转动方向背向叶片3，叶片3转动时向上倾斜，若向下倾斜会与立柱1碰撞造成损坏。

具体地，如图2所示，为立柱1与机房2连接处的轴测结构图。立柱1的顶部固定设置扇形蜗轮11，机房2的底部水平设置有蜗杆21，扇形蜗轮11与蜗杆21相互配合，由蜗杆21的转动带动机房2旋转，具体地，蜗杆21由单片机驱动步进电机控制转动。扇形蜗轮11固定在立柱1的顶部，与立柱1保持相对固定，扇形蜗轮11呈扇形的盘状结构，相当于在一个圆形齿轮中切割出一个扇形结构。扇形蜗轮11的弧形侧面设有齿轮结构，相对的另一侧保持相对固定。蜗杆21的轴线呈水平设置是指当叶片3所在的平面呈竖直状态时，蜗杆21呈水平。

蜗杆21与机房2转动连接，随着蜗杆21的旋转使机房2沿扇形蜗轮11的弧形侧面转动，蜗杆21的轴线平行于扇形蜗轮11弧形侧面的切线，蜗杆21转动过程所在的平面为竖直面。在扇形蜗轮11的转动中心处设置有一通孔，同样起到固定定位的作用。蜗杆21由单片机控制旋转，单片机检测叶片3的转速或机房2产生的电压，当超过对应的预设值时控制蜗杆21旋转，蜗杆21的旋转可由步进电机等方式实现驱动，可以精确地控制机房2所处的角度。由于蜗轮蜗杆结构能够实现自锁，只能通过蜗杆21的转动实现机房2角度的调整，若蜗杆21不旋转则机房2与立柱1的角度保持相对固定，以适应不同的风力等级。

更进一步，与扇形蜗轮11同轴设置有导向块12，导向块12与扇形蜗轮11的形状相同，当然，主要是保持导向块12与扇形蜗轮11的弧度相同，扇形的角度可作适当的调整变化。导向块12位于蜗轮11的两侧，起主要的导向作用，蜗轮蜗杆相互配合实现转动，由导向块12实现导向和支撑，使机房2与立柱1更稳定地支撑。机房2的底部设置与导向块12形状匹配滑动接触的导向槽，导向槽也为扇形，与导向块12相互贴合。导向槽与导向块12上对应设置相互配合的滑块与滑槽，滑槽为长条形的贯通孔，滑块能够插入滑槽内并实现限位，保持导向槽与导向块12相互贴合。具体地，如图2中所示，滑块为螺柱结构，插入滑槽内并安装挡块。

在上述任一方案及其相互组合的基础上，在机房2上还设置尾翼4，主要作用是调节机房2转向，使叶片3正对风向。本发明中的尾翼4与叶片3转轴的夹角介于±60度之间，包含端点值。由于机房2能够在竖直和水平两个方向旋转，为了使机房2在竖直方向转动一定的角度后仍旧可以起到调节叶片3水平朝向的作用，使尾翼4向上或向下倾斜。尾翼4的端部设置有导向翼，面积相对于传统的结构更大，可扩大至3～5倍。

更进一步，本发明中机房2内的发电机输入轴上还设置蜗轮蜗杆减速电机，蜗轮蜗杆减速电机由单片机控制启动。同样地，单片机通过测速传感器检测叶片3的转速，当超过预设值后控制蜗轮蜗杆减速电机工作，降低发电机输入轴的转速。蜗杆21与扇形蜗轮11相组合与蜗轮蜗杆减速电机配合，实现双重降速的效果。若风速或电压超出预定范围不多，可仅通过减速电机实现降速，避免叶片3的转速过大，风速或电压的预设范围可根据实际情况设定，本发明中此并不进行限定。

本发明中在机房2上均匀地设置六片叶片3，增加叶片3的数量可以增加捕风量，因此风机更容易微风启动，正常工作时捕获的风量也比三片叶片的高，因此发电效率更高；增加叶片3的数量，在转速不变的条件下，可以增加总体的风量，或者在获得同等风量的前提下，可以降低叶片3的转速，因此，在遇到台风时，同等的风量会产生较三片叶片较低的转速，就相当于在同等转速下，可以在更大的风量下正常工作。每片叶片3均处于最大切风角，在微风下更容易转动发电。

此外，本发明还在叶片3上固定设置圆形的围边31，六片叶片3共同固定于同一围边31上，围边31将不同的叶片3固定为一体，若台风将其中的一片或几片叶片3吹断，叶片3也不会从高处落下，而是由围边31连接。围边31为耐腐蚀材料制成，具有良好的韧性，作为被动防护结构。

具体地，在叶片3上开设通孔，围边31穿过叶片3上的通孔围成圆形结构，将多个叶片3固定。叶片3上的通孔开设于靠近叶片3外侧的位置，此处以靠近叶片3转轴的一侧为内侧，一般折断情况出现在叶片3靠近内侧的根部，固定叶片3可以防止叶片3掉落。围边31的迎风侧的横截面呈锐角。如图3所示，为围边31的一种具体结构剖面图。图4为本发明抗风式风力发电机的正面局部结构图。围边31朝向外侧的一端呈锐角，降低对风的阻抗。进一步，图3中的A段与B段的比值为10:3。

本发明中的立柱1包括底部的固定部101与顶部的转动部102，固定部101深入地下固定在地上，转动部102相对于固定部101转动，转轴为立柱1的中轴线。固定部101与转动部102的连接处相对设置两个推力轴承。如图5所示，为两个推力轴承相互叠加的轴测图。两个推力轴承相互对称，位于下方的推力轴承翻转180度与上方的推力轴承固定，具有更好地支撑效果。如图6至图8所示，分别表示叶片3所在平面为竖直、45度与水平情况下的抗风式风力发电机侧视图。采用本发明提供的抗风式风力发电机，通过机房2与立柱1的相对转动可以降低叶片3的转速；同时还可以通过蜗轮蜗杆减速电机降低叶片3的转速，可以实现双重减速，发电机不会因转速过快弄到破坏。同时设置有围边31，起到被动的防护作用，若叶片3折断可以防止掉落，保证了人身财产安全。同时倾斜设置的尾翼4可以使机房2在不同的角度状态下实现导向。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。