专利名称:低风速风力发电装置的制作方法
本实用新型涉及一种把风能转变成电能的装置，特别是适用低风速(年平均风速2.5米／秒)的小型风力发电装置。
现有的小型风力发电装置一般由风轮、发电机、机头、尾翼、整流电路、蓄电池、塔架等组成，通过自然风的吹力，使风轮转动而带动发电机发电，通过整流电路整流，进入蓄电池储存，以供家用电器使用。目前的小型风力发电装置工作风速不能低于3米／秒，额定风速一般也在6米／秒以上，而且造价较高，对于占我国一半面积以上的低风速区(季节风能带)来说，这种风力发电装置显得很不适用。
本实用新型的目的在于提供一种在低风速地区能使用发电的小型风力发电装置，以解决该地区，特别是广大缺电农村家庭用电问题，从而为低风速地区的风能资源利用开辟了一条新的途径。
本实用新型含有风轮、发电机、尾翼、蓄电池、塔架它的特征是安装发电机的机头上装有三角支架，支架上有挡风板；发电机输出的三相交流电通过集电环同整流电路、蓄电池相连结，以防止电线的扭断；安装发电机的机头安装在集电环的外筒上，为了使强风过后风轮能正常工作，机头和外筒之间还加有弹簧；正常情况下发电机输出的三相交流电通过六个二极管组成的全波整流电路给蓄电池充电，而在充电电压低于蓄电池电压时，转换电路使蓄电池的中点和三相交流电中的一相接通，这时发电机输出的三相交流电，通过由四个二极管组成的整流电路分别给蓄电池由中点分成的二部分充电；为防止蓄电池的过充和过负而造成的损坏。在蓄电池中点和一端间接有防过充和亏电指示装置，当蓄电池的电压过高时，装置工作，使三相交流电压相相之间加一负载，也即增加发电机的负载，降低充电电压，当蓄电池本身电压过低时，装置发出指示。
本实用新型的构思新颖，设计合理，工作风速小于现有同类的风力发电装置，而且实现了风轮启动后在1.5米／秒风速也能正常工作，因而很好地利用了低风速地区的风能资源。本实用新型还避免了由于自然风的方向多变而扭断电线的现象。本实用新型结构简单，制作容易，成本低，较同类产品造价低30％以上。
下面结合附图对本发明作进一步的详述。
附图1为低风速风力发电装置的室外部分正常工作示意图。
附图2为低风速风力发电装置的室外部分遇强风时的示意图。
附图3为低风速风力发电装置的工作原理示意图。
附图4为触点Ⅰ型集电环。
附图5为触点Ⅱ型集电环。
附图6为滑环式集电环。
在附图1中，〔1〕为风轮，遇到自然风则旋转；〔2〕为三相交流发电机，由风轮〔1〕带动发电；〔3〕为尾翼；〔4〕三角支架，三角支架上固定有挡风板〔5〕，支架〔4〕上方，挡风板〔5〕前方有尖形金属，起避雷针作用；〔6〕为集电环，它可以是触点式，也可以是滑环式集电环；〔8〕为机头，上面固定着发电机〔2〕和三角支架〔4〕，它本身固定在集电环〔6〕的外筒上；〔9〕为弹簧，它一头固定在机头〔8〕上，一头固定在集电环〔6〕外筒上；〔10〕为集电环〔6〕的内筒，具体地说它可以是附图4的〔15〕，或附图5的〔24〕，或附图6的〔26〕，内筒10同塔架〔11〕相固定；〔7〕是机头〔8〕上的活动轴，它可以使风轮〔1〕、发电机〔2〕机头〔8〕上仰到尾翼〔3〕上方，如图2所示，此作用是防止强风损坏风轮〔1〕等。本实用新型是为弱风区设计的，遇强风 时。强风吹着风轮〔1〕会使风轮〔1〕带动发电机〔2〕、三角架〔4〕、机头〔8〕上仰，这时挡风板〔5〕也受到了强风的作用，加速风轮〔1〕等的上仰。直到快与尾翼成水平状，这风轮〔1〕虽还可以转动，但受到的阻力很小，保护了风轮〔1〕，当风减弱后，由于弹簧〔9〕的作用使风轮〔1〕恢复原状，开始正常工作。
附图3是低风速风力发电装置的工作原理示意图。发电机〔2〕输出A、B、C三相交流电，通过D1～D6六个二极管组成的整流电路给蓄电池E充电，当风速较低时，低于额定风速(5米／秒)如1.5米／秒，发电机〔2〕输出的电压很低，这时，转换电路F工作，将蓄电池E中点与A、B、C三相中一相，例如B相相接，这时，二极管D2D5不工作了，A、B、C三相交流电压通过D1、D3、D4、D6分别给由蓄电池E中点分成的蓄电池E两部分充电，由于充电负载不是整个蓄电池E，而是一半，故在低风速时照样能给蓄电池E充电，这是本实用新型区别于其他风力发电装置的特点之一。当风速转高，接近额定风速或高于额定风速，即充电电压升高时，通过转换电路F，A、B、C三相又通过D1～D6六个二极管给整个蓄电池E充电。转换电路F可以是一个含有电压比较器的电子开关。为防止蓄电池E的损坏，在蓄电池E一端及中点之间并有过充、亏电装置G。当蓄电池E的电压较高时，装置G使触点G1、G2、G3接通，使A、B、C三相间有较重的负载R1、R2、R3，停止了充电，并起到风轮限速目的。当蓄电池E本身电压过低或蓄电池E负载过重时，为防止损坏蓄电池E，这时装置G里的亏电指示工作，告诉人们停止用电，需要充电正常后亏电指示不亮时再用电。过充、亏电指示装置G内含有电压比较器和继电器。
在附图4中，〔12〕是螺栓；〔13〕是金属弹滑片；〔14〕是外筒，由金属制成；〔15〕是内筒，内筒〔15〕，外筒〔14〕均为金属制成，间隙加黄油后互相可以转动；〔16〕是螺栓，它和螺栓〔12〕相应；〔17〕为金属圆片，金属弹片〔13〕可以在上滑动；外筒〔14〕、金属滑片〔13〕、螺栓〔12〕之间相互绝缘，而内筒〔15〕、金属圆片〔17〕、螺栓〔16〕之间也相互绝缘。发电机〔2〕输出的A、B、C三相交流电通过电线分别在外筒〔14〕金属滑片〔13〕、螺栓〔12〕上，再通过内筒〔15〕、金属圆片〔17〕、螺栓〔16〕传输到整流电路及蓄电池，由于发电机〔2〕固定在机头〔8〕上，而机头又与外筒〔14〕相固定，故不论风轮〔1〕在任何方向即外筒〔14〕在任何方向都不会产生扭断电线的现象。
附图5是触点Ⅱ型集电环。从发电机〔2〕输出的A、B、C三相交流电通过电线分别与相互绝缘的外筒〔23〕、螺栓〔18〕、金属圆环〔19〕相连，然后通过与之相对应且相互之间又绝缘的内筒〔24〕、金属弹片〔21〕、金属弹片〔20〕传输到整流电路和蓄电池，与附图4所不同的是内筒〔24〕较长，上部与外筒〔23〕的筒内底部接触，这样重量是压在内筒〔24〕上，而不是象附图4所示触点式集电环那样，重量压在螺栓〔16〕，使螺栓〔16〕易损坏。〔22〕是螺栓。
附图5是滑环式集电环，它是外筒〔25〕通过轴承〔28〕与内筒〔26〕相固定并能灵活转动，内筒〔26〕上有三个相互绝缘的圆环〔29〕(圆环〔29〕与内筒〔26〕也是绝缘的)，外筒〔25〕上有三个弹片〔27〕与三个圆环相接触，这样内筒〔26〕与外筒〔25〕之间转动较之前两种集电环更灵活，发电机〔2〕输出A、B、C三相交流电接在三个弹片上，再传输到三个圆环上，然后再传输到整流电路和蓄电池E。此滑环式集电环适用大功率或上部较重的风电机。
上述三种集电环都能有效地消除因风向不断变化形成的风轮尾翼调向旋转而扭断电线的现象。
权利要求
1.一种低风速风力发电装置，含有风轮[1]、发电机[2]、尾翼[3]、蓄电池E、塔架[11]，其特征在于a、安装发电机[2]的机头[8]上装有三角支架[4]，支架[4]上装有挡风板[5]，b、发电机[2]输出的A、B、C三相交流电通过集电环[6]同整流电路、蓄电池相接，c、安装发电机[2]的机头[8]通过弹簧[9]和集电环[6]的外筒相连，d、在风速为额定风速时或高于额定风速时，发电机[2]输出的A、B、C三相交流电通过六个二极管D1～D6组成的全波整流电路给蓄电池E充电，而在低于额定风速时，转换电路F使蓄电池E的中点和A、B、C三相中的一相B短接，发电机[2]输出A、B、C三相交流电通过由二极管D1、D3、D4、D6组成的整流电路分别给蓄电池E由中点分成的二部分充电，e、在蓄电池E一端和中点之间并有过充、亏电装置G，当蓄电池电压过高时，装置G使触点G1、G2、G3接通，A、B、C三相间接有电阻R1、R2、R3，当蓄电池E，电压过低，G内有亏电指示。
2.如权利要求
1所述的低风速风力发电装置，其特征在于集电环〔6〕可以是触点式集电环，也可以是滑环式集电环。
3.如权利要求
2所述的低风速风力发电装置，其特征在于触点式集电环中，从发电机〔2〕输出的A、B、C三相电通过电线分别与外筒〔14〕、螺栓〔12〕、金属弹滑片〔13〕相连，外筒〔14〕、螺栓〔12〕、金属弹滑片〔13〕之间相互绝缘，且分别与相互绝缘的内筒〔15〕、螺栓〔16〕、金属圆片〔17〕滑动接触，将A、B、C三相交流电传送到整流电路。
4.如权利要求
2所述的低风速风力发电装置，其特征在于在触点集电环中，从发电机〔2〕输出的A、B、C三相电通过电线分别与外筒〔23〕、螺栓〔18〕、金属圆片〔19〕相连，外筒〔23〕螺栓〔18〕、金属圆片〔19〕之间相互绝缘，且分别与相互绝缘的内筒〔24〕、金属弹片〔21〕、金属弹滑片〔20〕滑动接触，内筒〔24〕的上部与外筒〔23〕的内底部相接触。
5.如权利要求
2所述的低风速风力发电装置，其特征在于内筒〔26〕有三条相互绝缘的金属环〔29〕，金属环同时与内筒〔26〕也是绝缘的，外筒〔25〕上装有三个金属弹片〔27〕并与外筒〔25〕绝缘，金属弹片〔27〕与金属环〔29〕滑动接触，外筒〔25〕与内筒〔26〕之间装有上下两个轴承〔28〕、发电机〔2〕输出的A、B、C三相通过电线分别与金属弹片〔27〕相接，然后通过金属环接通三根导线接至整流电路及蓄电池。
6.如权利要求
1所述的低风速风力发电装置，其特征在于转换电路F为一含有电压比较器的电子开关。
7.如权利要求
1所述的低风速风力发电装置，其特征在于过充、亏电装置含有电压比较器及继电器。
专利摘要
本实用新型涉及一种把风能转变成电能的装置，特别适用于低风速(年平均风速为2.5米/秒)的小型风力发电装置。本实用新型构思新颖，给蓄电池充电独特，因而实现了风轮启动后在1.5米/秒风速也能正常工作，较好地利用了低风速地区的风能资源。本实用新型还采用了集电环，防止了因风向多变而扭断电线现象。本实用新型结构简单制造容易。
文档编号F03D9/00GK87206813SQ87206813
公开日1988年7月20日 申请日期1987年4月24日
发明者刘心民, 刘心敏 申请人:刘心民导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan