本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其控制方法。

背景技術(shù)：

能源與環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，開發(fā)可再生能源成為國內(nèi)乃至世界可持續(xù)發(fā)展能源基本戰(zhàn)略的重要組成部分。以風(fēng)能為動力驅(qū)動的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，利用風(fēng)力吹動槳葉轉(zhuǎn)動，然后在轉(zhuǎn)換成便于使用的電能，是目前利用風(fēng)能發(fā)電的主要方式。但是目前現(xiàn)有的裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資成本高，維護(hù)困難等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了兩種造價低、易于維護(hù)的無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。

方案一：

一種無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，包括風(fēng)能捕集系統(tǒng)、傳動齒輪組和發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)能捕集系統(tǒng)設(shè)有集風(fēng)面罩、支桿、轉(zhuǎn)向開關(guān)和第一復(fù)位彈簧：

所述集風(fēng)面罩安裝在豎直的支桿頂部，可以支桿為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，支桿處于豎直狀態(tài)或前俯狀態(tài)時，集風(fēng)面罩迎風(fēng)設(shè)置；

所述支桿的中部通過鉸鏈安裝在一支座上，支桿可以所述支座為支點(diǎn)在橫向方向上俯仰轉(zhuǎn)動；

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)包括機(jī)械開關(guān)和直接或間接測量支桿轉(zhuǎn)動角度的傳感器，所述傳感器與機(jī)械開關(guān)連接，所述機(jī)械開關(guān)設(shè)有可約束集風(fēng)面罩保持或恢復(fù)迎風(fēng)狀態(tài)的阻擋件和驅(qū)動所述阻擋件動作的驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

所述第一復(fù)位彈簧一端固定，另一端與支桿連接，集風(fēng)面罩后仰時處于拉伸或壓縮狀態(tài)；

所述支桿的底部通過連桿與所述偏心連接點(diǎn)連接，所述連桿的兩端與支桿、偏心連接點(diǎn)均通過鉸鏈結(jié)構(gòu)連接；

所述傳動齒輪組包括第一齒輪和與其嚙合的第二齒輪，所述第一齒輪的輪軸沿水平縱向設(shè)置，第一齒輪的輪盤上設(shè)有偏心連接點(diǎn)，所述第二齒輪通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)的動力輸入端連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的方案還包括：

所述傳感器為電子壓力傳感器，安裝在所述支座上，用于測量支桿后仰時對其施加的擠壓力。

所述阻擋件的一端通過轉(zhuǎn)軸安裝在支桿上，當(dāng)阻擋件釋放對集風(fēng)面罩的約束時，與支桿保持平行；阻擋件控制集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)到迎風(fēng)狀態(tài)或阻擋集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)到順風(fēng)狀態(tài)時，阻擋件轉(zhuǎn)動，使其另一端移到集風(fēng)面罩的非中軸位置。

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)設(shè)有在集風(fēng)面罩相對支桿轉(zhuǎn)動后，驅(qū)動集風(fēng)面罩恢復(fù)初始迎風(fēng)狀態(tài)的第二復(fù)位彈簧。

一種用于方案一無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于：

利用風(fēng)力和迎風(fēng)的集風(fēng)面罩促使支桿后仰，通過連桿帶動第一齒輪轉(zhuǎn)動，從而通過第二齒輪將動能傳遞給發(fā)電機(jī)；

對所述傳感器設(shè)置合適的閾值，通過傳感器控制所述機(jī)械開關(guān)的啟閉，使支桿后仰到預(yù)設(shè)程度時，所述阻擋件動作，釋放對集風(fēng)面罩的轉(zhuǎn)動限制，使集風(fēng)面罩在風(fēng)力作用下，由迎風(fēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)動到順風(fēng)狀態(tài)，降低作用在集風(fēng)面罩上的風(fēng)壓，之后利用復(fù)位彈簧驅(qū)動支桿復(fù)位，再次推動第一齒輪轉(zhuǎn)動，再通過第二齒輪將動能傳遞給發(fā)電機(jī)；

支桿復(fù)位時，機(jī)械開關(guān)啟閉狀態(tài)改變，阻擋件動作，控制集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)動到迎風(fēng)狀態(tài)。

方案二：

一種無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，包括發(fā)電機(jī)、傳動齒輪組和兩套風(fēng)能捕集系統(tǒng)；

所述風(fēng)能捕集系統(tǒng)設(shè)有集風(fēng)面罩、支桿和轉(zhuǎn)向開關(guān)：

所述集風(fēng)面罩安裝在豎直的支桿頂部，可以支桿為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，支桿處于豎直狀態(tài)或前俯狀態(tài)時，集風(fēng)面罩迎風(fēng)設(shè)置；

所述支桿的中部通過鉸鏈安裝在一支座上，支桿可以所述支座為支點(diǎn)在橫向方向上俯仰轉(zhuǎn)動；

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)包括機(jī)械開關(guān)和直接或間接測量支桿轉(zhuǎn)動角度的傳感器，所述傳感器與機(jī)械開關(guān)連接，所述機(jī)械開關(guān)設(shè)有可約束集風(fēng)面罩保持或恢復(fù)迎風(fēng)狀態(tài)的阻擋件和驅(qū)動所述阻擋件動作的驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

所述傳動齒輪組設(shè)置在風(fēng)能捕集系統(tǒng)的一側(cè)，包括第一齒輪和與其嚙合的第二齒輪，所述第一齒輪的輪軸沿水平縱向設(shè)置，所述第二齒輪通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)的動力輸入端連接，所述第一齒輪上設(shè)有第一偏心連接點(diǎn)和第二偏心連接點(diǎn)，所述第一、第二偏心連接點(diǎn)分別位于第一齒輪輪盤的兩面，且以中心對稱的方式布置在第一齒輪的同一條徑向線上，其一風(fēng)能捕集系統(tǒng)支桿底部通過第一連桿與所述第一偏心連接點(diǎn)，另一風(fēng)能捕集系統(tǒng)支桿的底部通過第二連桿與所述第二偏心連接點(diǎn)，所述第一、第二連桿的兩端與支桿、偏心連接點(diǎn)均通過鉸鏈結(jié)構(gòu)連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的方案還包括：

所述傳感器為電子壓力傳感器，安裝在所述支座上，用于測量支桿后仰時對其施加的擠壓力。

所述阻擋件的一端通過轉(zhuǎn)軸安裝在支桿上，當(dāng)阻擋件釋放對集風(fēng)面罩的約束時，與支桿保持平行；阻擋件控制集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)到迎風(fēng)狀態(tài)或阻擋集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)到順風(fēng)狀態(tài)時，阻擋件轉(zhuǎn)動，使其另一端移到集風(fēng)面罩的非中軸位置。

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)設(shè)有在集風(fēng)面罩相對支桿轉(zhuǎn)動后，驅(qū)動集風(fēng)面罩恢復(fù)初始迎風(fēng)狀態(tài)的復(fù)位彈簧。

一種用于方案二無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于：

利用風(fēng)力和迎風(fēng)的集風(fēng)面罩促使支桿后仰，通過連桿帶動第一齒輪轉(zhuǎn)動，從而通過第二齒輪將動能傳遞給發(fā)電機(jī)；

對所述傳感器設(shè)置合適的閾值，通過傳感器控制所述機(jī)械開關(guān)的啟閉，使支桿后仰到預(yù)設(shè)程度時，所述阻擋件動作，釋放對集風(fēng)面罩的轉(zhuǎn)動限制，使集風(fēng)面罩在風(fēng)力作用下，由迎風(fēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)動到順風(fēng)狀態(tài)，降低作用在集風(fēng)面罩上的風(fēng)壓；

設(shè)置兩風(fēng)能捕集系統(tǒng)的集風(fēng)面罩交替出現(xiàn)迎風(fēng)或順風(fēng)狀態(tài)，利用第一齒輪的轉(zhuǎn)動，通過連桿推動后仰的支桿復(fù)位；

支桿復(fù)位時，機(jī)械開關(guān)啟閉狀態(tài)改變，所述阻擋件動作，控制集風(fēng)面罩轉(zhuǎn)動到迎風(fēng)狀態(tài)。

有益效果：

本發(fā)明提出的無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備占地面積小，結(jié)構(gòu)簡易，安裝操作方便，制造成本低，易于實(shí)現(xiàn)，且風(fēng)能利用率高，非常適合廣泛推廣和應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例2齒輪與連桿的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為轉(zhuǎn)向開關(guān)的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)原理，下面接合附圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹。

實(shí)施例1（單面罩模式）：

如圖1所示的一種無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括風(fēng)能捕集系統(tǒng)、傳動齒輪組和發(fā)電機(jī)等組成部分，本實(shí)施例中支桿以正面迎風(fēng)的豎直狀態(tài)為初始狀態(tài)。

所述風(fēng)能捕集系統(tǒng)設(shè)有集風(fēng)面罩1、支桿2、轉(zhuǎn)向開關(guān)3和第一復(fù)位彈簧9。

所述集風(fēng)面罩1呈鍋蓋狀，由復(fù)合材料制成圓形或橢圓形的外支撐環(huán)，支撐環(huán)內(nèi)部由不透風(fēng)輕質(zhì)材料覆蓋，安裝在豎直的支桿2頂部，可以支桿2為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，支桿2豎直狀態(tài)時，集風(fēng)面罩1縱向設(shè)置，即迎風(fēng)狀態(tài)。

所述支桿2的中部通過鉸鏈安裝在一支座上，支桿2可以所述支座為支點(diǎn)在橫向方向上俯仰轉(zhuǎn)動。具體使用時，可根據(jù)風(fēng)力的大小或支桿2復(fù)位力的大小確定支座在支桿2上的相對位置，以調(diào)整力矩。

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)3包括機(jī)械開關(guān)8和直接或間接測量支桿2轉(zhuǎn)動角度的傳感器7，本實(shí)施例中，所述傳感器7采用電子壓力傳感器，用于測量支桿2后仰時對其施加的擠壓力，從而間接反應(yīng)支桿2的轉(zhuǎn)動角度。所述傳感器7安裝在所述支座上，與機(jī)械開關(guān)8連接，控制機(jī)械開關(guān)8的啟閉。所述機(jī)械開關(guān)8設(shè)有可約束集風(fēng)面罩1保持或恢復(fù)迎風(fēng)狀態(tài)的阻擋件和驅(qū)動所述阻擋件動作的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

所述第一復(fù)位彈簧9一端固定，另一端與支桿2連接，集風(fēng)面罩1后仰時處于拉伸或壓縮狀態(tài)，形成促使支桿2復(fù)位的勢能。

所述傳動齒輪組包括第一齒輪5和與其嚙合的第二齒輪6，所述第一齒輪5的輪軸沿水平縱向設(shè)置，第一齒輪5的輪盤上設(shè)有偏心連接點(diǎn)，所述第二齒輪6通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)的動力輸入端連接，且第二齒輪6的直徑小于第一齒輪5，用于提升傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所述支桿2的底部通過連桿4與所述偏心連接點(diǎn)連接，所述連桿4的兩端與支桿2、偏心連接點(diǎn)均通過鉸鏈結(jié)構(gòu)連接。

所述阻擋件的一端通過轉(zhuǎn)軸安裝在支桿2上，當(dāng)阻擋件釋放對集風(fēng)面罩1的約束時，與支桿2保持平行，其另一端處于B點(diǎn)，如圖4所示（圖中集風(fēng)面罩1為迎風(fēng)狀態(tài)）；阻擋件控制集風(fēng)面罩1轉(zhuǎn)到迎風(fēng)狀態(tài)或阻擋集風(fēng)面罩1轉(zhuǎn)到順風(fēng)狀態(tài)時，阻擋件轉(zhuǎn)動，使其另一端移到集風(fēng)面罩1的非中軸位置，即A點(diǎn)，迫使集風(fēng)面罩1轉(zhuǎn)成縱向迎風(fēng)狀態(tài)。所述阻擋件數(shù)量和轉(zhuǎn)動方向的設(shè)置與集風(fēng)面罩1的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，阻擋件設(shè)置在集風(fēng)面罩1的背風(fēng)面，為了減少阻擋件的設(shè)置數(shù)量，可在支桿2上集風(fēng)面罩1的一側(cè)設(shè)置固定的擋塊，使集風(fēng)面罩1從迎風(fēng)狀態(tài)到順風(fēng)狀態(tài)只能朝設(shè)置了所述阻擋件的一側(cè)轉(zhuǎn)動。

所述轉(zhuǎn)向開關(guān)3設(shè)有在集風(fēng)面罩1相對支桿2轉(zhuǎn)動后，驅(qū)動集風(fēng)面罩1恢復(fù)初始迎風(fēng)狀態(tài)的第二復(fù)位彈簧10。

本實(shí)施例中，所述無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制方法，過程如下：

利用風(fēng)力和迎風(fēng)的集風(fēng)面罩1促使支桿2后仰，通過連桿4帶動第一齒輪5轉(zhuǎn)動，從而通過第二齒輪6將動能傳遞給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)將傳遞的動能轉(zhuǎn)化為電能；

對所述傳感器7設(shè)置合適的閾值，通過傳感器7控制所述機(jī)械開關(guān)8的啟閉，使支桿2后仰到預(yù)設(shè)程度時，所述阻擋件動作，釋放對集風(fēng)面罩1的轉(zhuǎn)動限制，使集風(fēng)面罩1在風(fēng)力作用下，由迎風(fēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)動到順風(fēng)狀態(tài)，降低作用在集風(fēng)面罩1上的風(fēng)壓，之后利用第一復(fù)位彈簧9驅(qū)動支桿2復(fù)位，再次推動第一齒輪5轉(zhuǎn)動，并通過第二齒輪6將動能傳遞給發(fā)電機(jī)；

當(dāng)傳感器7檢測到支桿2復(fù)位或接近初始豎直狀態(tài)時，控制機(jī)械開關(guān)8啟閉狀態(tài)改變，所述阻擋件動作，集風(fēng)面罩1轉(zhuǎn)動到迎風(fēng)狀態(tài)。

所述支桿2處于豎直狀態(tài)時，連桿4、偏心連接點(diǎn)及第一齒輪5的中心不在同一直線上，避免機(jī)構(gòu)自鎖。

實(shí)施例2（雙面罩模式）：

一種無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，設(shè)置了兩套風(fēng)能捕集系統(tǒng)。使兩套風(fēng)能捕集系統(tǒng)捕集風(fēng)能的同時，互為復(fù)位驅(qū)動機(jī)構(gòu)，省略所述第一復(fù)位彈簧9。如圖2所示，兩套風(fēng)能捕集系統(tǒng)的支桿2在水平縱向上交叉設(shè)置，使兩套風(fēng)能捕集系統(tǒng)交替處于初始豎直狀態(tài)和后仰狀態(tài)。

所述第一齒輪5上設(shè)有第一偏心連接點(diǎn)和第二偏心連接點(diǎn)，所述第一偏心連接點(diǎn)、第二偏心連接點(diǎn)分別位于第一齒輪5輪盤的兩面，且以中心對稱的方式布置在第一齒輪5的同一條徑向線上。第一風(fēng)能捕集系統(tǒng)（下文簡稱為系統(tǒng)Ⅰ）的第一連桿連接在所述第一偏心連接點(diǎn)上，第二風(fēng)能捕集系統(tǒng)（下文簡稱為系統(tǒng)Ⅱ）的第二連桿連接在第二偏心連接點(diǎn)上，兩連桿的兩端與相應(yīng)的支桿、偏心連接點(diǎn)均通過鉸鏈結(jié)構(gòu)活動連接。

本實(shí)施例中，所述無槳風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制方法過程如下：

通過對系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ支架相對角度的調(diào)整，使兩系統(tǒng)的集風(fēng)面罩1交替出現(xiàn)迎風(fēng)或順風(fēng)狀態(tài)；

利用風(fēng)力和處于迎風(fēng)狀態(tài)的集風(fēng)面罩1促使支桿2后仰，通過連桿4帶動第一齒輪5轉(zhuǎn)動，從而通過第二齒輪6將動能傳遞給發(fā)電機(jī)，使發(fā)電機(jī)機(jī)芯做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動，產(chǎn)生電能；

對系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ的傳感器7分別設(shè)置合適的閾值，通過傳感器7控制機(jī)械開關(guān)8的啟閉；

當(dāng)其中一套系統(tǒng)支桿2后仰到預(yù)設(shè)程度時，其阻擋件動作，釋放對集風(fēng)面罩1的轉(zhuǎn)動限制，使該系統(tǒng)的集風(fēng)面罩1在風(fēng)力作用下，由迎風(fēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)動到順風(fēng)狀態(tài)，降低作用在集風(fēng)面罩1上的風(fēng)壓；

當(dāng)其一系統(tǒng)支桿2復(fù)位時，機(jī)械開關(guān)8啟閉狀態(tài)改變，所述阻擋件動作，控制集風(fēng)面罩1轉(zhuǎn)動到迎風(fēng)狀態(tài)。

上述過程中，在系統(tǒng)Ⅰ推動第一齒輪5轉(zhuǎn)動時，第一齒輪5通過系統(tǒng)Ⅱ的連桿推動系統(tǒng)Ⅱ后仰的支桿2復(fù)位，系統(tǒng)Ⅱ支桿后仰時，其集風(fēng)面罩1處于順風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)Ⅱ支桿復(fù)位到豎直狀態(tài)后，其阻擋件動作，促使其集風(fēng)面罩1變?yōu)橛L(fēng)狀態(tài)。接下來，在風(fēng)力作用下，系統(tǒng)Ⅱ的支桿2后仰，推動第一齒輪5轉(zhuǎn)動，同時促使系統(tǒng)Ⅰ復(fù)位，以此循環(huán)往復(fù)，使第一齒輪5持續(xù)同向轉(zhuǎn)動，促使發(fā)電機(jī)持續(xù)發(fā)電。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。