无桨风力发电设备的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种无桨风力发电设备。

背景技术：

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。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了两种造价低、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。

用于方案一无桨风力发电设备的控制方法，过程如下：

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。

用于方案二无桨风力发电设备的控制方法，过程如下：

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：

本实用新型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

为了进一步阐明本实用新型的技术方案和技术原理，下面接合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的介绍。

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，其另一端处于B点，如图4所示（图中集风面罩1为迎风状态）；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，即A点，迫使集风面罩1转成纵向迎风状态。所述阻挡件数量和转动方向的设置与集风面罩1的旋转方向有关，阻挡件设置在集风面罩1的背风面，为了减少阻挡件的设置数量，可在支杆2上集风面罩1的一侧设置固定的挡块，使集风面罩1从迎风状态到顺风状态只能朝设置了所述阻挡件的一侧转动。

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第二复位弹簧10。

本实施例中，所述无桨风力发电设备的控制方法，过程如下：

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，从而通过第二齿轮6将动能传递给发电机，由发电机将传递的动能转化为电能；

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，并通过第二齿轮6将动能传递给发电机；

当传感器7检测到支杆2复位或接近初始竖直状态时，控制机械开关8启闭状态改变，所述阻挡件动作，集风面罩1转动到迎风状态。

所述支杆2处于竖直状态时，连杆4、偏心连接点及第一齿轮5的中心不在同一直线上，避免机构自锁。

实施例2（双面罩模式）：

一种无桨风力发电设备，在实施例1的基础上，设置了两套风能捕集系统。使两套风能捕集系统捕集风能的同时，互为复位驱动机构，省略所述第一复位弹簧9。如图2所示，两套风能捕集系统的支杆2在水平纵向上交叉设置，使两套风能捕集系统交替处于初始竖直状态和后仰状态。

所述第一齿轮5上设有第一偏心连接点和第二偏心连接点，所述第一偏心连接点、第二偏心连接点分别位于第一齿轮5轮盘的两面，且以中心对称的方式布置在第一齿轮5的同一条径向线上。第一风能捕集系统（下文简称为系统Ⅰ）的第一连杆连接在所述第一偏心连接点上，第二风能捕集系统（下文简称为系统Ⅱ）的第二连杆连接在第二偏心连接点上，两连杆的两端与相应的支杆、偏心连接点均通过铰链结构活动连接。

本实施例中，所述无桨风力发电设备的控制方法过程如下：

通过对系统Ⅰ、系统Ⅱ支架相对角度的调整，使两系统的集风面罩1交替出现迎风或顺风状态；

利用风力和处于迎风状态的集风面罩1促使支杆2后仰，通过连杆4带动第一齿轮5转动，从而通过第二齿轮6将动能传递给发电机，使发电机机芯做切割磁感应线的运动，产生电能；

对系统Ⅰ、系统Ⅱ的传感器7分别设置合适的阈值，通过传感器7控制机械开关8的启闭；

当其中一套系统支杆2后仰到预设程度时，其阻挡件动作，释放对集风面罩1的转动限制，使该系统的集风面罩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；

当其一系统支杆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。

上述过程中，在系统Ⅰ推动第一齿轮5转动时，第一齿轮5通过系统Ⅱ的连杆推动系统Ⅱ后仰的支杆2复位，系统Ⅱ支杆后仰时，其集风面罩1处于顺风状态，当系统Ⅱ支杆复位到竖直状态后，其阻挡件动作，促使其集风面罩1变为迎风状态。接下来，在风力作用下，系统Ⅱ的支杆2后仰，推动第一齿轮5转动，同时促使系统Ⅰ复位，以此循环往复，使第一齿轮5持续同向转动，促使发电机持续发电。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。