专利名称：一种利用风帆风力发电的方法及其风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种新型的风帆立轴式风力发电系统。特别是一种利用风帆风力 发电的方法和步骤以及实现这种方法和步骤的一种新型的风帆立轴式风力发电系统。
背景技术：
利用洁净的能源(可再生能源)是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、 是环保理念的体现。也是一个地区环保的重要指标。洁净能源包括太阳能、风能、潮汐能、
生物能等，这都是可再生取之不尽的能源。天不会无风、不会无太阳......风能是取之不
尽、源源不断的可再生的能源。是技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能 源。地球风能约为2. 74X 109MW，可利用风能为2 X 107MW，是地球水能的十倍。只要利 用上地球的风能就能满足全球能源的需要。我国探明风能理论储量为32. 26亿KW，而 可发利用为2. 53亿KW，近海可利用风能7. 5亿KW。目前东南沿海是最大风能资源区，风能 密度为200W/M2 300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000小时以上就可取得较大经济利
润效益。就风能的商业利用价值来说，风力越大价值越高。地点稍有变化对发电都有很大 影响，因为电能和风速的立方成正比。这意味着即使是同一台蜗轮发电机，在风速为每小时 12英里时，发电量比每小时11英里的发电量高30%。风力发电的前提条件是离地面10m 的风速必须达到每秒4-5m。海滨地区的风速大多超过这个数值，但越往内地，随着风力不断 减弱，可生产的电能也就越少。如何在内地风速弱的地区同样达到良好的发电效果如何能够将复杂的昂贵的风 力发电系统通过简单的实用的结构，改变成经济实用的风力发电系统就是本发明的目的。
发明内容
本发明克服了现有风力发电技术中的不足，改变了传统的风力发电对风的流向、 风的强弱的苛刻要求。把现有的风力发电复杂的流程改变成简单的流程，把昂贵的风力发 电系统改造成廉价的实用的风力发电系统。本发明的风力发电系统能够满足我国绝大多数 地区风力资源不太发达的地区风力发电的需要。为了达到上述目的，本发明提供了一种利用风帆风力发电的方法及其新型的风帆立轴式风力发电系 统，包含以下步骤(a)将风力发电机转子方向垂直于地面的安装在风力发电机塔架上。在风力发电 机外安装一个鼠笼状的风帆支架，鼠笼状的风帆支架围绕在发电机外、与发电机转子同轴， 且能够随发电机转子自由转动。在鼠笼状的风帆支架内安装多个兜风的风帆。(b)在鼠笼状风帆支架外安装桶装的整流罩，整流罩是安装在风帆支架外的用于 使兜风风帆迎风面与风向保持最佳角度以及在遇到台风或飓风时保护整个发电机系统。整流罩由两组组成，张开时两组合一呈半桶状，关闭时两组分开呈桶状。正常使用时整流罩呈 张开状，并与风向保持最佳角度，使迎风面的兜风风帆在整流罩外，使背风的兜风风帆处于 整流罩内。在遇到台风或飓风时整流罩呈关闭状，形成一个圆桶，将整个立轴式帆式风力发 电系统包在整流罩内，防止立轴式帆式风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。(c)风向翼安装在整流罩的顶端并且可以自由转动，风向翼随着风向的变化而变 化并始终与风向呈平行状，风向翼安装有传感装置，随时将风向的变化信息传送给计算机 系统，计算机系统将变化了的信息经过处理指示执行机构——整流罩调整电机对整流罩进 行调整，使整流罩切面与风向翼保持水平状态，整流罩始终与风向保持最佳角度，保证兜风 风帆处于迎风面时在整流罩外，兜风风帆处于背风面时在整流罩内。(d)风帆立轴式风力发电机系统配备计算机，计算机系统的主要作用是接收、处理 风向翼传感器的指令并发送给执行机构——整流罩调整电机对整流罩进行调整，使整流罩 切面与风向翼保持水平状态，使整流罩始终与风向保持最佳角度。在遇到超级风速时指示 整流罩呈关闭状态，保证立轴式风力发电机系统的安全。(e)计算机系统的另一个重要作用是调整、协调发电机发出的电力的频率、相位与 大电网保持同步，或者与终端用户的用电器保持同步。为了达到上述目的，本发明提供了一种新型的风帆立轴式风力发电系统，包括发电机，发电机塔架、鼠笼状风帆支架，多个用于兜风的风帆，整流罩，风向翼，计 算机系统，整流罩调整电机等；风帆立轴式风力发电系统采用了与传统风力发电系统完全不同的获取风力资源 的方法，由叶片式获取风力资源的模式改变成风帆式获取风力资源的模式，使得获取风力 资源的面积最大化。兜风的风帆面积越大，获取的风力资源越多，得到的动能就越大，转换 的电能就越多。为了达到上述目的，本发明提供了一种新型的风帆立轴式风力发电系统，包括发电机，发电机塔架、鼠笼状风帆支架，多个用于兜风的风帆，整流罩，风向翼，计 算机系统，整流罩调整电机等；风帆立轴式风力发电系统采用了与传统风力发电系统完全不同的获取风力资源 的方法。风帆立轴式风力发电系统不受风向的影响，不用调整迎风面的倾斜角度。不用传 统风力发电复杂的偏航系统。可以在360度任意方向自由的利用风力资源，当风向发生变 化时，风向翼跟随风向的变化而变化，并将变化了的信息通过传感装置反馈到计算机系统， 计算机系统将信息进行计算后指令整流罩调整步进电机调整整流罩与风向翼的角度，保证 整流罩的切面与风向翼呈水平状态。此外风速矢量的方向变化时对风帆兜风不会产生大的 影响。大大降低了风力发电机的设备成本。
图1示意出了 风力发电系统的正面图。图2示意出了 风力发电系统的剖面图。图3示意出了 风力发电系统鼠笼状风帆支架剖面图。
图4示意出了 风力发电系统的风帆的正面图。图5示意出了 风力发电机系统整流罩剖面图。图6示意出了 风力发电系统风向翼的正面图。图7示意出了 计算机系统逻辑中1代表风力发电机支架；2代表风力发电机；3代表风力发电机外罩；4代表 风力发电机转子；5代表兜风的风帆；20代表整流罩；30代表风向翼
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述如图1、2所示意的是 本发明权利要求1、2、3、4、5、6风力发电机系统的正面图及剖面图。包括发电机2，发电机 塔架1、发电机转子4、鼠笼状风帆支架3、兜风的风帆5、整流罩20、风向翼30。(a)将风力发电机转子4方向垂直于地面的安装在风力发电机塔架1上。在风力 发电机2外安装一个鼠笼状风帆支架3，鼠笼状风帆支架3围绕在发电机2外、鼠笼状风帆 支架3与发电机转子4同轴，且能够自由转动。在鼠笼状风帆支架3内安装多个兜风的风 帆5。(b)在鼠笼状风帆支架3外安装桶装的整流罩20，整流罩20是安装在风帆支架3 外的用于使兜风风帆5迎风面与风向保持最佳角度以及在遇到台风或飓风时保护整个发 电机系统的装置。正常使用时整流罩20呈张开状，其切面与风向翼保持水平状态，与风向 保持最佳角度，使迎风面的兜风风帆5在整流罩20外，使背风的兜风风帆5处于整流罩20 内，在遇到台风或飓风时整流罩20呈关闭状，形成一个圆桶，将整个立轴式帆式风力发电 系统包在整流罩20内，防止风帆立轴式帆式风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。(c)风向翼30安装在整流罩20的顶端并且可以自由转动，风向翼30随着风向的 变化而变化并始终与风向呈水平平行状，风向翼30安装有传感装置，随时将风向的变化信 息传送给计算机系统，计算机系统将变化了的信息经过处理指示执行机构——整流罩调整 电机对整流罩20进行调整，使整流罩20的切面与风向翼30保持水平状态，始终与风向保 持最佳角度，保证兜风风帆5处于迎风面时在整流罩20外，兜风风帆5处于背风面时在整 流罩20内。(d)计算机系统的主要作用是接收、处理风向翼传感器的指令并发送给执行机 构——整流罩调整电机对整流罩5进行调整，使整流罩5始终与风向保持最佳角度。(e)计算机系统的另一个重要作用是协调发电机发出的电力的频率、相位与大电 网保持同步，或者与终端用户的用电器保持同步。如图3所示意的本发明权利要求1、3、4、风力发电系统发电机外罩3的剖面图。鼠笼状风帆支架3围绕在发电机2外、且能够自由转动。鼠笼状风帆支架3的轴 与发电机转子4同轴。鼠笼状风帆支架3是可以与发电机转子4同时转动的。鼠笼状风帆 支架3是本发明非常重要的内容之一。鼠笼状风帆支架3既要起到带动风力发电机转子4 转动，又要安装兜风的风帆5。在风帆5兜风的时候，在风力的作用下转动，带动风力发电机 转子4转动达到发电之目的。如图4示意了本发明权利要求1、3、4、5、风力发电系统的能够兜风的风帆5的正面 图。
所述发电机外罩——鼠笼状风帆支架3内安装了多个用于兜风的风帆5。所述多个用于兜风的风帆5是可以用棉、麻、毛、化纤、纤维等材料制作的。所述多 个用于兜风的风帆5的形状可以是几何形状的。所述多个用于兜风的风帆5按照一定的密度安装，在风力动能的作用下风帆转 动，带动鼠笼状风帆支架3的转动。进而带动风力发电机转子4转动发电。成功的将机械 能转变为电能。如图5示意了本发明1、5、7风力发电系统整流罩的剖面图。所述整流罩20安装在鼠笼状风帆支架3外，围绕在鼠笼状风帆支架3外，整流罩 20是安装在风帆支架3外的桶状的用于使兜风风帆5迎风面与风向保持最佳角度以及在遇 到台风或飓风时保护整个发电机系统，整流罩20由两组组成，张开时两组合一呈半桶状， 关闭时两组分开呈桶状。正常使用时整流罩20呈张开状，与风向保持最佳角度，使迎风面 的兜风风帆5在整流罩20外，使背风的兜风风帆5处于整流罩20内，在遇到台风或飓风 时整流罩20呈关闭状，形成一个圆桶，将整个风帆立轴式帆式风力发电系统包在整流罩20 内，防止风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。所述整流罩20是该风帆立轴式风帆风力发电机系统最重要和最关键的创新点， 整流罩20切面始终与风向翼保持水平状态，即与风向保持水平平行，使兜风风帆5迎风面 与风向保持最佳角度，保证风帆的迎风面始终处于整流罩20外，而风帆的被风面始终处于 整流罩内。在遇到台风或飓风时整流罩20呈关闭状，形成一个圆桶，将整个风帆立轴式帆 式风力发电系统包在整流罩内，防止风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。如图6示意了本发明1、6、7风力发电系统风向翼的正面图。所述风向翼30安装在整流罩20的顶端并且可以自由转动，风向翼30随着风向的 变化而变化并始终与风向保持水平平行状，风向翼30安装有传感装置，随时将风向的变化 信息传送给计算机系统。如图7示意了本发明1、7、8风力发电系统的逻辑图。所述计算机系统的主要作用是接收、处理和发出指令，计算机将接收到的风向翼 传感器的信息处理后，发出指令给执行机构整流罩调整电机对整流罩20进行调整，使整流 罩20切面与风向翼始终保持水平平行状，始终与风向保持最佳角度，在遇到超级风速时， 指示执行机构将整流罩20闭合成桶状，保护风帆及发电机系统。所述的计算机系统的另一个重要作用是调整、协调发电机发出的电力的频率、相 位与大电网保持同步，或者与终端用户的用电器保持同步。以上结合附图对本发明包括各个组成部分的结构、功能进行了清楚、详细的描述， 本领域技术人员根据本发明说明书对本发明的一种利用风帆风力发电的方法及其风帆立 轴式风力发电系统和/或其组成部分所作的任何改变、变化都处在本发明的保护范围之 内。本发明可以广泛的应用与各种风力资源匮乏的地区。可以完全改变现有风力发电机系 统结构昂贵，系统对于风力环境要求高等情况。是非常经济的风力发电机系统。工业实用性本发明提供了一种新型的风力发系统。该风力发达系统克服了现有风力发电技术 中的不足，改变了传统的风力发电对风的流向、风的强弱的苛刻要求。把现有的风力发电复 杂的流程改变成简单的流程，把昂贵的风力发达系统创新成廉价的实用的风力发电系统。
7能够满足我国绝大多数风力资源不太发达地区的风力发电需要。具有非常广泛的推广和使 用价值。风力发电是人类利用风能的一个极好途径，风将为人类社会作出更大的贡献。
权利要求
一种利用风帆进行风力发电的方法、步骤及其风力发电系统，风帆立轴式风力发电系统包括发电机塔架、风力发电机，风帆支架，风帆，整流罩，风向翼，计算机系统，整流罩调整电机。(a)将风力发电机转子方向垂直于地面的安装在风力发电机塔架上。在风力发电机外安装一个鼠笼状的风帆支架，鼠笼状的风帆支架围绕在发电机外、与发电机转子同轴，且能够随发电机转子自由转动。在鼠笼状的风帆支架内安装多个兜风的风帆。(b)在鼠笼状风帆支架外安装桶装的整流罩，整流罩是安装在风帆支架外的用于使兜风风帆迎风面与风向保持最佳角度以及在遇到台风或飓风时保护整个发电机系统。整流罩由两组组成，张开时两组合一呈半桶状，关闭时两组分开呈桶状。正常使用时整流罩呈张开状，并与风向保持最佳角度，使迎风面的兜风风帆在整流罩外，使背风的兜风风帆处于整流罩内。在遇到台风或飓风时整流罩呈关闭状，形成一个圆桶，将整个立轴式帆式风力发电系统包在整流罩内，防止立轴式帆式风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。(c)风向翼安装在整流罩的顶端并且可以自由转动，风向翼随着风向的变化而变化并始终与风向呈平行状，风向翼安装有传感装置，随时将风向的变化信息传送给计算机系统，计算机系统将变化了的信息经过处理指示执行机构一一整流罩调整电机对整流罩进行调整，使整流罩切面与风向翼保持水平状态，整流罩始终与风向保持最佳角度，保证兜风风帆处于迎风面时在整流罩外，兜风风帆处于背风面时在整流罩内。(d)风帆立轴式风力发电机系统配备计算机，计算机系统的主要作用是接收、处理风向翼传感器的指令并发送给执行机构——整流罩调整电机对整流罩进行调整，使整流罩切面与风向翼保持水平状态，使整流罩始终与风向保持最佳角度。在遇到超级风速时指示整流罩呈关闭状态，保证立轴式风力发电机系统的安全。(e)计算机系统的另一个重要作用是调整、协调发电机发出的电力的频率、相位与大电网保持同步，或者与终端用户的用电器保持同步。
2.如权利要求1所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述风力发电塔架是具有一定高度的塔架，塔架用于支撑和固定风力发电 机以及风帆支架、兜风风帆，发电机塔架可以是钢筋水泥结构的，也可以是钢架结构的。
3.如权利要求1所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述风帆支架大于发电机，围绕在发电机外、且能够自由转动的鼠笼状风 帆支架，鼠笼状风帆支架与发电机转子同轴，鼠笼状风帆支架用于安装兜风风帆。
4.如权利要求1和3所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述风帆支架内安装了多个用于兜风的风帆，兜风的风帆可以是用棉、麻、 毛、化纤、纤维、金属等材料制作的，所述用于兜风的风帆的形状可以是任何几何形状的。
5.如权利要求1所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述的整流罩是安装在风帆支架外的桶状的用于使兜风风帆迎风面与风 向保持最佳角度以及在遇到台风或飓风时保护整个发电机系统，整流罩由两组组成，张开 时两组合一呈半桶状，关闭时两组分开呈桶状。正常使用时整流罩呈张开状，整流罩切面与 风向翼保持水平状态、与风向保持最佳角度，使迎风面的兜风风帆在整流罩外，使背风的兜 风风帆处于整流罩内，在遇到台风或飓风时整流罩呈关闭状，形成一个圆桶，将整个立轴式 帆式风力发电系统包在整流罩内，防止风力发电系统的部件遭到台风或飓风的毁坏。
6.如权利要求1所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述风向翼安装在整流罩的顶端并且可以自由转动，风向翼随着风向的变 化而变化并始终与风向保持水平平行状，风向翼安装有传感装置，随时将风向的变化信息 传送给计算机系统，计算机系统将变化了的信息经过处理指示执行机构整流罩调整电机对 整流罩进行调整，使整流罩切面与风向翼保持水平状态，整流罩始终与风向保持最佳角度。
7.如权利要求1和6所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述计算机系统的主要作用是接收、处理风向翼传感器的指令并发送给执 行机构整流罩调整电机对整流罩进行调整，使整流罩始终与风向保持最佳角度，在遇到超 级风速时，指示执行机构将整流罩闭合成桶状，保护风帆及发电机系统。
8.如权利要求7所述的立轴式帆式风力发电系统其特征在于所述的计算机系统的另一个重要作用是调整、协调发电机发出的电力的频 率、相位与大电网保持同步，或者与终端用户的用电器保持同步。
全文摘要
本发明是将发电机立轴安装在塔架上。在发电机外安装一个鼠笼状的风帆支架，鼠笼状的风帆支架围绕在发电机外、与发电机转子同轴，在鼠笼状的风帆支架内安装多个风帆。在鼠笼状风帆支架外安装桶装的整流罩，整流罩正常使用时呈张开状，与风向保持最佳角度，使迎风面的风帆在整流罩外，使背风的风帆处于整流罩内。遇到超级风速，整流罩闭合成桶状，保护风帆及发电机系统。在整流罩上安装风向翼，风向翼随风向变化而变化，风向翼装有传感装置，随时将风向的变化信息传送给计算机系统。计算机系统接收、处理风向翼传感器的指令并发送给调整电机对整流罩进行调整，使整流罩始终与风向保持最佳角度，其次是根据风速的大小，给整流罩张开或闭合指令。
文档编号F03D7/06GK101922417SQ20091014761
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者王德恒 申请人:王德恒