本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，更進一步地涉及一種抗風式風力發(fā)電機。

背景技術：

沿海地區(qū)風力資源充足，適宜發(fā)展風力發(fā)電，但沿海地區(qū)的風力等級變化極大，經(jīng)常出現(xiàn)臺風等極端天氣，特別是對于我國東南沿海地帶，更是臺風的高發(fā)地。風力發(fā)電機葉片的轉(zhuǎn)速與風力等級相關，風速越高葉片的轉(zhuǎn)速越高，但風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速有極限值，無法承受過大的風速，若風力過大超過葉片所能承受的范圍就極有可能出現(xiàn)斷裂，不僅降低發(fā)電效率，還會對人身財產(chǎn)安全帶來隱患。

因此，如何設計一種風力發(fā)電機，能夠應對臺風等極端天氣，降低出現(xiàn)損壞的概率，是目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種抗風式風力發(fā)電機，能夠應用于臺風等極端氣象環(huán)境，降低葉片受到損壞的概率。具體方案如下：

一種抗風式風力發(fā)電機，包括立柱、機房和葉片，所述機房的底部與所述立柱的頂部轉(zhuǎn)動連接，所述機房與所述葉片能夠繞所述立柱沿水平設置的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述立柱與所述機房的角度能夠固定。

可選地，所述立柱與所述機房轉(zhuǎn)動的角度范圍介于0度到90度。

可選地，所述立柱的頂部固定設置扇形蝸輪，所述機房的底部水平設置蝸桿，所述扇形蝸輪與所述蝸桿相互配合使所述機房旋轉(zhuǎn)；所述蝸桿由單片機控制轉(zhuǎn)動。

可選地，與所述扇形蝸輪同軸設置導向塊，所述導向塊與所述扇形蝸輪的形狀相同，并位于所述扇形蝸輪的兩側(cè)；所述機房底部設置與所述導向塊滑動接觸的導向槽，所述導向槽與所述導向塊上對應設置相互配合的滑塊與滑槽。

可選地，所述機房上還設置尾翼，所述尾翼與所述葉片轉(zhuǎn)軸的夾角介于±60度之間。

可選地，所述機房內(nèi)的發(fā)電機輸入軸上設置蝸輪蝸桿減速電機；所述蝸輪蝸桿減速電機由單片機控制啟動。

可選地，所述機房上均勻設置六片所述葉片。

可選地，六片所述葉片上共同固定設置圓形的圍邊，所述圍邊將所述葉片固定為一體。

可選地，所述葉片上開設通孔，所述圍邊穿過所述葉片上的通孔圍成圓形；所述圍邊迎風側(cè)的橫截面呈銳角。

可選地，所述立柱包括底部的固定部與頂部的轉(zhuǎn)動部，所述固定部與所述轉(zhuǎn)動部相對設置兩個推力軸承。

本發(fā)明提供了一種抗風式風力發(fā)電機，包括立柱、機房和葉片等結構，機房上轉(zhuǎn)動連接葉片，葉片受風吹動旋轉(zhuǎn)。機房的底部與立柱的頂部轉(zhuǎn)動連接，機房以及葉片能夠繞立柱轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸方向水平，立柱與機房的角度能夠固定，可以根據(jù)不同的風力等級調(diào)整對應的角度。

假設風向水平，當葉片所在的平面呈豎直狀態(tài)時，葉片受風吹動旋轉(zhuǎn)的速度最大，若風力過大，可旋轉(zhuǎn)機房使機房及葉片傾斜，從而葉片所在的平面與水平面呈一夾角，葉片傾斜的程度越大風力作用越小，當葉片所在的平面水平時完全不受風力吹動。因此，采用本發(fā)明提供的抗風式風力發(fā)電機，在葉片的轉(zhuǎn)速超過極限時，轉(zhuǎn)動機房使葉片所在的平面呈傾斜狀態(tài)，從而達到降低轉(zhuǎn)速的效果。能夠應對臺風等極端天氣，降低葉片出現(xiàn)損壞的概率，具有較高的經(jīng)濟效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的抗風式風力發(fā)電機一種具體結構的局部側(cè)視圖；

圖2為立柱與機房連接處的軸測結構圖；

圖3為圍邊的一種具體結構剖面圖；

圖4為本發(fā)明抗風式風力發(fā)電機的正面局部結構圖；

圖5為兩個推力軸承疊加的軸測結構圖；

圖6為本發(fā)明抗風式風力發(fā)電機葉片呈豎直的側(cè)視圖；

圖7為本發(fā)明抗風式風力發(fā)電機葉片呈45度的側(cè)視圖；

圖8為本發(fā)明抗風式風力發(fā)電機葉片呈水平的側(cè)視圖。

其中：

立柱1、扇形蝸輪11、導向塊12、固定部101、轉(zhuǎn)動部102、機房2、蝸桿21、葉片3、圍邊31、尾翼4。

具體實施方式

本發(fā)明的核心在于提供一種抗風式風力發(fā)電機，能夠應對臺風等極端天氣，降低葉片出現(xiàn)損壞的概率，具有較高的經(jīng)濟效益。

為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面將結合附圖及具體的實施方式，對本申請的抗風式風力發(fā)電機進行詳細的介紹說明。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的抗風式風力發(fā)電機一種具體結構的側(cè)視圖。該發(fā)電機主要包括立柱1、機房2和葉片3，立柱1起支撐作用，底部固定在地面上，頂部安裝機房2。機房2上轉(zhuǎn)動設置葉片3，葉片3繞機房2上的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明中的發(fā)電機中機房2的底部與立柱1的頂部轉(zhuǎn)動連接，并且轉(zhuǎn)軸呈水平設置，機房2與葉片3能夠同步繞立柱沿水平設置的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)葉片3所在的平面與立柱1的夾角。并且立柱1與機房2之間設置有固定結構，立柱1與機房2之間能夠相對固定，保持在某一角度不動。

在此假設風向水平，風保持水平方向吹動。正常狀態(tài)下葉片3所在的平面為豎直狀態(tài)，風垂直于葉片3的平面吹動，此時風力的作用最強，葉片3轉(zhuǎn)動的速度最快。若風力不斷增大，葉片3旋轉(zhuǎn)的速度也不斷增大，超過預定的范圍，則轉(zhuǎn)動機房2使葉片3傾斜，與豎直面呈一夾角。傾斜的程度越大，在相同的風力條件下葉片3轉(zhuǎn)動的速度越慢，當葉片3所在的平面完全水平，與風向相同，則葉片3停止轉(zhuǎn)動，幾乎不受風力影響。本發(fā)明提供的抗風式風力發(fā)電機能夠調(diào)整葉片3所在平面的傾角達到降低轉(zhuǎn)速的目的，即使風速很高，也能使葉片3的轉(zhuǎn)速維持在相對合理的范圍之內(nèi)，不會由于轉(zhuǎn)速過快造成葉片3的損壞。若風向不水平，同樣地可以通過調(diào)整葉片3所在平面與風向的夾角調(diào)整轉(zhuǎn)速，保證葉片3運行的穩(wěn)定性。

在此基礎上更進一步，為了使葉片3的平面能夠有效地應對于各種風向，立柱1與機房2的轉(zhuǎn)動角度范圍介于0度到90度，包含0度和90度兩個端點值。水平轉(zhuǎn)軸的軸線與葉片3的平面平行，當葉片3的平面豎直時轉(zhuǎn)動角度為零。機房2的轉(zhuǎn)動方向背向葉片3，葉片3轉(zhuǎn)動時向上傾斜，若向下傾斜會與立柱1碰撞造成損壞。

具體地，如圖2所示，為立柱1與機房2連接處的軸測結構圖。立柱1的頂部固定設置扇形蝸輪11，機房2的底部水平設置有蝸桿21，扇形蝸輪11與蝸桿21相互配合，由蝸桿21的轉(zhuǎn)動帶動機房2旋轉(zhuǎn)，具體地，蝸桿21由單片機驅(qū)動步進電機控制轉(zhuǎn)動。扇形蝸輪11固定在立柱1的頂部，與立柱1保持相對固定，扇形蝸輪11呈扇形的盤狀結構，相當于在一個圓形齒輪中切割出一個扇形結構。扇形蝸輪11的弧形側(cè)面設有齒輪結構，相對的另一側(cè)保持相對固定。蝸桿21的軸線呈水平設置是指當葉片3所在的平面呈豎直狀態(tài)時，蝸桿21呈水平。

蝸桿21與機房2轉(zhuǎn)動連接，隨著蝸桿21的旋轉(zhuǎn)使機房2沿扇形蝸輪11的弧形側(cè)面轉(zhuǎn)動，蝸桿21的軸線平行于扇形蝸輪11弧形側(cè)面的切線，蝸桿21轉(zhuǎn)動過程所在的平面為豎直面。在扇形蝸輪11的轉(zhuǎn)動中心處設置有一通孔，同樣起到固定定位的作用。蝸桿21由單片機控制旋轉(zhuǎn)，單片機檢測葉片3的轉(zhuǎn)速或機房2產(chǎn)生的電壓，當超過對應的預設值時控制蝸桿21旋轉(zhuǎn)，蝸桿21的旋轉(zhuǎn)可由步進電機等方式實現(xiàn)驅(qū)動，可以精確地控制機房2所處的角度。由于蝸輪蝸桿結構能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，只能通過蝸桿21的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)機房2角度的調(diào)整，若蝸桿21不旋轉(zhuǎn)則機房2與立柱1的角度保持相對固定，以適應不同的風力等級。

更進一步，與扇形蝸輪11同軸設置有導向塊12，導向塊12與扇形蝸輪11的形狀相同，當然，主要是保持導向塊12與扇形蝸輪11的弧度相同，扇形的角度可作適當?shù)恼{(diào)整變化。導向塊12位于蝸輪11的兩側(cè)，起主要的導向作用，蝸輪蝸桿相互配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，由導向塊12實現(xiàn)導向和支撐，使機房2與立柱1更穩(wěn)定地支撐。機房2的底部設置與導向塊12形狀匹配滑動接觸的導向槽，導向槽也為扇形，與導向塊12相互貼合。導向槽與導向塊12上對應設置相互配合的滑塊與滑槽，滑槽為長條形的貫通孔，滑塊能夠插入滑槽內(nèi)并實現(xiàn)限位，保持導向槽與導向塊12相互貼合。具體地，如圖2中所示，滑塊為螺柱結構，插入滑槽內(nèi)并安裝擋塊。

在上述任一方案及其相互組合的基礎上，在機房2上還設置尾翼4，主要作用是調(diào)節(jié)機房2轉(zhuǎn)向，使葉片3正對風向。本發(fā)明中的尾翼4與葉片3轉(zhuǎn)軸的夾角介于±60度之間，包含端點值。由于機房2能夠在豎直和水平兩個方向旋轉(zhuǎn)，為了使機房2在豎直方向轉(zhuǎn)動一定的角度后仍舊可以起到調(diào)節(jié)葉片3水平朝向的作用，使尾翼4向上或向下傾斜。尾翼4的端部設置有導向翼，面積相對于傳統(tǒng)的結構更大，可擴大至3～5倍。

更進一步，本發(fā)明中機房2內(nèi)的發(fā)電機輸入軸上還設置蝸輪蝸桿減速電機，蝸輪蝸桿減速電機由單片機控制啟動。同樣地，單片機通過測速傳感器檢測葉片3的轉(zhuǎn)速，當超過預設值后控制蝸輪蝸桿減速電機工作，降低發(fā)電機輸入軸的轉(zhuǎn)速。蝸桿21與扇形蝸輪11相組合與蝸輪蝸桿減速電機配合，實現(xiàn)雙重降速的效果。若風速或電壓超出預定范圍不多，可僅通過減速電機實現(xiàn)降速，避免葉片3的轉(zhuǎn)速過大，風速或電壓的預設范圍可根據(jù)實際情況設定，本發(fā)明中此并不進行限定。

本發(fā)明中在機房2上均勻地設置六片葉片3，增加葉片3的數(shù)量可以增加捕風量，因此風機更容易微風啟動，正常工作時捕獲的風量也比三片葉片的高，因此發(fā)電效率更高；增加葉片3的數(shù)量，在轉(zhuǎn)速不變的條件下，可以增加總體的風量，或者在獲得同等風量的前提下，可以降低葉片3的轉(zhuǎn)速，因此，在遇到臺風時，同等的風量會產(chǎn)生較三片葉片較低的轉(zhuǎn)速，就相當于在同等轉(zhuǎn)速下，可以在更大的風量下正常工作。每片葉片3均處于最大切風角，在微風下更容易轉(zhuǎn)動發(fā)電。

此外，本發(fā)明還在葉片3上固定設置圓形的圍邊31，六片葉片3共同固定于同一圍邊31上，圍邊31將不同的葉片3固定為一體，若臺風將其中的一片或幾片葉片3吹斷，葉片3也不會從高處落下，而是由圍邊31連接。圍邊31為耐腐蝕材料制成，具有良好的韌性，作為被動防護結構。

具體地，在葉片3上開設通孔，圍邊31穿過葉片3上的通孔圍成圓形結構，將多個葉片3固定。葉片3上的通孔開設于靠近葉片3外側(cè)的位置，此處以靠近葉片3轉(zhuǎn)軸的一側(cè)為內(nèi)側(cè)，一般折斷情況出現(xiàn)在葉片3靠近內(nèi)側(cè)的根部，固定葉片3可以防止葉片3掉落。圍邊31的迎風側(cè)的橫截面呈銳角。如圖3所示，為圍邊31的一種具體結構剖面圖。圖4為本發(fā)明抗風式風力發(fā)電機的正面局部結構圖。圍邊31朝向外側(cè)的一端呈銳角，降低對風的阻抗。進一步，圖3中的A段與B段的比值為10:3。

本發(fā)明中的立柱1包括底部的固定部101與頂部的轉(zhuǎn)動部102，固定部101深入地下固定在地上，轉(zhuǎn)動部102相對于固定部101轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸為立柱1的中軸線。固定部101與轉(zhuǎn)動部102的連接處相對設置兩個推力軸承。如圖5所示，為兩個推力軸承相互疊加的軸測圖。兩個推力軸承相互對稱，位于下方的推力軸承翻轉(zhuǎn)180度與上方的推力軸承固定，具有更好地支撐效果。如圖6至圖8所示，分別表示葉片3所在平面為豎直、45度與水平情況下的抗風式風力發(fā)電機側(cè)視圖。采用本發(fā)明提供的抗風式風力發(fā)電機，通過機房2與立柱1的相對轉(zhuǎn)動可以降低葉片3的轉(zhuǎn)速；同時還可以通過蝸輪蝸桿減速電機降低葉片3的轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)雙重減速，發(fā)電機不會因轉(zhuǎn)速過快弄到破壞。同時設置有圍邊31，起到被動的防護作用，若葉片3折斷可以防止掉落，保證了人身財產(chǎn)安全。同時傾斜設置的尾翼4可以使機房2在不同的角度狀態(tài)下實現(xiàn)導向。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。