CN104481814B - 高利用率风能发电*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高利用率风能发电***，包括非封闭的球形帆，所述球形帆内部设有可控制球形帆张开和收拢的电控收放机构；所述球形帆通过与所述电控收放机构电性耦合的导电索绕置到设于地面的弹簧轴；所述弹簧轴通过传动***对发电机组进行驱动；所述电控收放机构通过所述导电索电性耦合至设于地面的控制模块，所述控制模块在所述弹簧轴被导电索拉转到极限角度时，控制所述电控收放机构将所述球形帆收拢，并在所述弹簧轴转角复位时，控制所述电控收放机构将所述球形帆张开。该***不仅建设成本较低，并且具有明显较高的风能利用率。

Description

高利用率风能发电***
技术领域
本发明涉及发电***领域，特别地，是涉及一种风力发电***。
背景技术
目前，在风力发电领域，普遍采用的仍然是风车式发电***，其缺点在，一、需要建设较高的基塔；二、风力采集面积十分有限，对风能的利用率极低。鉴于此，风车发电***的发展十分缓慢。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高利用率风能发电***，该***不仅建设成本较低，并且具有明显较高的风能利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高利用率风能发电***包括非封闭的球形帆，所述球形帆内部设有可控制球形帆张开和收拢的电控收放机构；所述球形帆通过与所述电控收放机构电性耦合的导电索绕置到设于地面的弹簧轴；所述弹簧轴通过传动***对发电机组进行驱动；所述电控收放机构通过所述导电索电性耦合至设于地面的控制模块，所述控制模块在所述弹簧轴被导电索拉转到极限角度时，控制所述电控收放机构将所述球形帆收拢，并在所述弹簧轴转角复位时，控制所述电控收放机构将所述球形帆张开。
作为优选，所述球形帆的漏空部开设于背向所述导电索的表面。
作为优选，所述传动***包括变速机构、电子离合机构；所述电子离合器配置于所述变速机构和弹簧轴之间；所述电子离合机构使所述弹簧轴在被所述导电索拉转时与所述发电机组耦合；而在弹簧轴复位过程中，与所述发电机组断开。
作为优选，所述弹簧轴与发电机组的转速比为1/500~1/50。
作为优选，所述变速机构中的初级传动为带传动，且变速机构中至少设置有一个飞轮，以提高变速机构的传动平稳性。
作为优选，所述电控收放机构包括一个设于球形帆面向导电索的表面的进风碗，以及固定于球形帆表面的质软管型骨架，所述管型骨架具有一个总进气管和一个总排气管，所述总进气管连通至所述进风碗的底部；所述总排气管通过电磁阀连通外界，并朝向球形帆的背风侧。
本发明的有益效果在于：该高利用率风能发电***在工作时，首先，弹簧轴处于复位状态，此时使所述球形帆张开，风力推动球形帆上升，从而牵拉弹簧轴旋转，此过程中，驱动发电机组旋转；而在弹簧轴被牵拉旋转至极限位置后，球形帆收拢，则球形帆不再承受风力，在弹簧轴的回复作用下，球形帆迅速下降；弹簧轴复位后，重复上述过程；由此可见，弹簧轴被拉转的时间远大于复位过程的时间，也即是，球形帆几乎一直在被风力推动做功，因此，在球形帆所在的区域内，风能利用率极高；另一方面，由于本***中，主要机电设备都设于地面，因此建设成本远低于风车发电***，真是物美价廉。
附图说明
图1是本高利用率风能发电***的示意图。
图2是本高利用率风能发电***中传动***的一个实施例示意图。
图3是本高利用率风能发电***中电控收放机构的一个实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
如图1所示，本高利用率风能发电***包括非封闭的球形帆1，所述球形帆1内部设有可控制球形帆张开和收拢的电控收放机构11；所述球形帆1通过与所述电控收放机构11电性耦合的导电索2绕置到设于地面的弹簧轴3；所述弹簧轴3通过传动***4对发电机组5进行驱动；所述电控收放机构11通过所述导电索2电性耦合至设于地面的控制模块6，所述控制模块6在所述弹簧轴3被导电索2拉转到极限角度时，控制所述电控收放机构11将所述球形帆1收拢，并在所述弹簧轴3转角复位时，控制所述电控收放机构11将所述球形帆1张开。
所述球形帆1背向所述导电索2的表面开设有漏空部10。所述电控收放机构11可以由驱动电机带动金属折叠杆件构成；但图3所示的实施例更为优越，其包括一个设于球形帆1面向导电索2的表面的进风碗110，以及固定于球形帆表面的质软管型骨架111，所述管型骨架111具有一个总进气管1110和一个总排气管1111，所述总进气管1110连通至所述进风碗110的底部；所述总排气管1111通过电磁阀12连通外界，并朝向球形帆1的背风侧，也就是背向所述导电索2。按照此设计，由所述控制模块6控制所述电磁阀12关闭时，沿着导电索2吹入所述进风碗110的强劲气流使所述管型骨架111内维持高压，从而使骨架保持刚度，以将所述球形帆1撑开，此时球形帆1大面积迎风，使导电索2承受巨大拉力；而当所述电磁阀12开启时，进入所述管型骨架111内的空气直接通过总排气管1111排出，从而使管型骨架111内无高压存在，从而使骨架无法获得刚度，在风压作用下使球形帆1表面瞬间塌陷收拢，从而导电索2几乎不受拉力。
对于所述传动***，其一个实施例如图2所示，包括有将弹簧轴3的低速转动转变为发电机组5的高速转动的变速机构。考虑到初级传动的力学冲击较大，所述变速机构的初级传动为带传动，大带轮41通过皮带42驱动小带轮43；与所述小带轮43同轴同步旋转的主动齿轮44驱动被动齿轮45，被动齿轮45装配于所述发电机组5的驱动轴上。还是由于初级传动的力学波动较大，而对于发电机组5而言，转速越平稳，越利于延长机械寿命，因此，本实施例中，在小带轮43的转轴上装配一个飞轮46，用于蓄积能量，从而抗击初级传动输出的角动量波动。
所述大带轮41通过一个电子离合机构耦合于所述弹簧轴3，即所述电子离合器配置于所述变速机构和弹簧轴3之间；所述电子离合机构使所述弹簧轴3在被所述导电索2拉转时与所述发电机组5通过变速机构耦合；而在弹簧轴3复位过程中，与所述发电机组5断开。
上述高利用率风能发电***在工作时，首先，弹簧轴3处于复位状态，此时使所述球形帆1张开，风力推动球形帆1上升，从而牵拉弹簧轴3旋转，此过程中，驱动发电机组5旋转；而在弹簧轴3被牵拉旋转至极限位置后，球形帆1瞬间收拢，则球形帆1不再承受风力，在弹簧轴3在几乎无阻力的状况下迅速复位，球形帆1迅速下降；弹簧轴复位后，重复上述过程；由此可见，弹簧轴3被拉转的时间远大于复位过程的时间，也即是，球形帆1几乎一直在被风力推动做功，因此，在球形帆1所在的区域内，风能利用率极高；另一方面，由于本***中，主要机电设备都设于地面，因此建设成本远低于风车发电***。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高利用率风能发电***，包括非封闭的球形帆（1），所述球形帆（1）内部设有可控制球形帆张开和收拢的电控收放机构（11）；所述球形帆（1）通过与所述电控收放机构（11）电性耦合的导电索（2）绕置到设于地面的弹簧轴（3）；所述弹簧轴（3）通过传动***（4）对发电机组（5）进行驱动；所述电控收放机构（11）通过所述导电索（2）电性耦合至设于地面的控制模块（6），所述控制模块（6）在所述弹簧轴（3）被导电索（2）拉转到极限角度时，控制所述电控收放机构（11）将所述球形帆（1）收拢，并在所述弹簧轴（3）转角复位时，控制所述电控收放机构（11）将所述球形帆（1）张开；其特征在于：所述电控收放机构（11）包括一个设于球形帆面向导电索的表面的进风碗（110），以及固定于球形帆表面的质软管型骨架（111），所述管型骨架（111）具有一个总进气管（1110）和一个总排气管（1111），所述总进气管（1110）连通至所述进风碗（110）的底部；所述总排气管（1111）通过电磁阀（12）连通外界，并朝向球形帆（1）的背风侧。
2.根据权利要求1所述的高利用率风能发电***，其特征在于：所述球形帆（1）的漏空部（10）开设于背向所述导电索（2）的表面。
3.根据权利要求1所述的高利用率风能发电***，其特征在于：所述传动***（4）包括变速机构、电子离合机构；所述电子离合器配置于所述变速机构和弹簧轴（3）之间；所述电子离合机构使所述弹簧轴（3）在被所述导电索（2）拉转时与所述发电机组（5）耦合；而在弹簧轴（3）复位过程中，与所述发电机组（5）断开。
4.根据权利要求1或3所述的高利用率风能发电***，其特征在于：所述弹簧轴（3）与发电机组（5）的转速比为1/500~1/50。
5.根据权利要求3所述的高利用率风能发电***，其特征在于：所述变速机构中的初级传动为带传动，且变速机构中至少设置有一个飞轮。
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