螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機及路燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，包括風機軸，葉片機構(gòu)、電機及支撐機構(gòu)，所述風機軸豎直設(shè)置，其下端由所述支撐機構(gòu)支撐，所述電機位于所述風機軸和所述支撐機構(gòu)之間，所述葉片機構(gòu)為沿所述風機軸的軸向以螺旋梯型排列式固定連接在所述風機軸上的多組葉片機構(gòu)，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度，使得螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機能夠在低風速，變風向的情況下易于啟動、充分提高風力發(fā)電機對風能的利用率，克服風力發(fā)電機對工作環(huán)境要求高的技術(shù)問題；同時本發(fā)明還提供了一種路燈，由于采用該螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機給燈具供電，獲得了同樣有益的技術(shù)效果。
【專利說明】 螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機及路燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機及采用該螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機的路燈。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈。隨著越來越嚴重的環(huán)境污染問題和化石燃料有限儲量減少的雙重危機的日益加深，人類對可再生能源的開發(fā)和利用變得無比迫切，在眾多可開發(fā)利用的可再生能源(即新能源，主要有風能、太陽能、生物質(zhì)能、潮汐能等)中，風能以其儲量大、分布廣泛和開發(fā)技術(shù)相對成熟而成為目前世界能源結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，歐洲風能協(xié)會和國際綠色和平組織于本世紀初就做出大膽預(yù)測，預(yù)計到2020年全球電力供應(yīng)的12%將來自風能。
[0003]傳統(tǒng)的垂直軸風力發(fā)電機是典型的升力型垂直軸風力發(fā)電機,上世紀30年度最早出現(xiàn)在法國，其葉片橫截面為翼型，這就使得這種風力發(fā)電機在合適的風速下能有一個較好的風能捕捉能力，因而倍受人們的青睞，但是這種風力發(fā)電機要求的啟動風速比較高，所以在較低風速下就比較難啟動，而且由于葉片設(shè)置的角度較單一導(dǎo)致當來流風向以某些角度吹來時，因分向風力較小，使風力發(fā)電機很難啟動，大大影響了這種垂直軸風力發(fā)電機在風速較低和風向變化較大地區(qū)的使用，降低了風能的利用率，使得垂直軸風力發(fā)電機對工作環(huán)境的要求極為嚴格和苛刻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機在低風速、變風向的情況下難以啟動，風能利用率低，對工作環(huán)境要求高的問題，本發(fā)明提供了一種螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其包括有多組葉片機構(gòu)以螺旋梯型排列式固定連接在垂直的風機軸上，使得該螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機能夠在低風速，變風向的情況下易于啟動，充分提高風力發(fā)電機對風能的利用率，克服風力發(fā)電機對工作環(huán)境要求高的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，包括可旋轉(zhuǎn)的風機軸，葉片機構(gòu)、電機及支撐機構(gòu)，所述風機軸豎直設(shè)置，其下端由所述支撐機構(gòu)支撐，所述電機位于所述風機軸和所述支撐機構(gòu)之間，所述葉片機構(gòu)為沿所述風機軸的軸向以螺旋梯型排列式固定連接在所述風機軸上的多組葉片機構(gòu)，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度。
[0007]每組所述葉片機構(gòu)包括支桿和兩個相同的葉片，兩個所述葉片通過所述支桿固定連接到所述風機軸上，且兩個葉片在同一高度上繞所述風機軸呈180度分布；或每組所述葉片機構(gòu)包括支桿和多個相同的葉片，多個所述葉片通過所述支桿固定連接到所述風機軸上，且多個葉片在同一高度上繞所述風機軸沿徑向均勻分布。
[0008]每組所述葉片機構(gòu)包括兩對或多對支桿，每個所述葉片對應(yīng)一對支桿，每個所述葉片通過一對支桿固定連接在所述風機軸上。
[0009]所述支桿為直支桿，每組所述葉片機構(gòu)的每對支桿間的內(nèi)夾角等于或小于60度或者每對支桿的兩個支桿彼此平行。
[0010]當每組所述葉片機構(gòu)的每對支桿為兩個相互平行的直支桿時，在沿所述風機軸的軸向上，每對支桿之間的距離等于或小于與其連接的所述葉片的高度。
[0011]當每組所述葉片機構(gòu)包括兩對支桿和兩個相同的葉片時，每組所述葉片機構(gòu)中的每對支桿確定一個平面，兩對支桿確定的平面為同一平面，相鄰兩組葉片機構(gòu)中的支桿確定的兩個平面之間的夾角即為所述的相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角。
[0012]多組所述葉片機構(gòu)在所述風機軸上的螺旋梯型排列形成至少一個360度的盤繞。
[0013]所述葉片是直葉片、彎葉片或翼型葉片。
[0014]一種路燈，包括燈具和上述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，所述燈具由所述螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機供電。
[0015]本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機及路燈與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機主要針對傳統(tǒng)垂直軸風力機低風速下難以啟動且啟動存在死點的問題進行分析設(shè)計，所設(shè)計的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機包含多組葉片機構(gòu)，在不同高度上以螺旋梯型(階梯跳躍式)排列式固定連接在風機軸上，且兩組相鄰的葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度，因此保證螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機在較低風速下便可以啟動，且啟動不存在死點位置，使風機軸的受力均衡，不會因為風速大小和風向角度的改變而產(chǎn)生受力不均的問題，不僅適合在風速較大空曠的地區(qū)使用，還可以在風速較小空間密集的城市里使用，無需考慮風速和風向的問題，有效利用城市里的垂直空間，提高風能的利用率；并且夾角選擇45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度使得多組葉片機構(gòu)在風機軸上均衡排列，使風機軸受力均衡。由于本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機的葉片機構(gòu)是螺旋梯型排列式固定在風機軸上，點綴以色彩從遠處看如同金蛇盤繞狀，從而為城市增加了一道亮麗的風景線。
[0017]每組葉片機構(gòu)包括在同一高度上呈180度分布的兩個相同的葉片或者在同一高度沿風機軸徑向均勻分布的多個相同的葉片，來保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0018]支桿優(yōu)選為直支桿，能夠降低成本、簡化結(jié)構(gòu)。
[0019]每對支桿之間彼此平行或呈等于或小于60度內(nèi)夾角，利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0020]每對支桿之間的距離等于或小于與其連接的所述葉片的高度，機構(gòu)運轉(zhuǎn)時的動平衡相對均勻，避免產(chǎn)生振動。
[0021]每個葉片通過一對支桿與風機軸連接，當風力作用于葉片時，葉片通過支桿將力傳輸?shù)斤L機軸上，帶動風機軸轉(zhuǎn)動，進而電機發(fā)電。
[0022]每組葉片機構(gòu)中的兩對支桿確定一個平面，相鄰兩組葉片機構(gòu)確定的兩個平面之間的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度，使多組葉片機構(gòu)有效的錯開，分別迎接不同角度的風向。
[0023]多組葉片機構(gòu)在風機軸上的螺旋梯型排列形成至少一個360度的盤繞，保證了的垂直軸風力機受力均衡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶有螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機的路燈一個實施例的立體示意圖。
[0025]圖2是圖1的俯視圖。
[0026]圖中各標號示例如下:
[0027]1-燈具，2-風機軸，3-葉片，4-支桿，5-電機，6_支撐軸，7_底座。
【具體實施方式】
[0028]如圖1，圖2所示，本發(fā)明的帶有螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機的路燈的一個實施例，包括燈具1、風機軸2，葉片機構(gòu)、電機5及支撐機構(gòu)，風機軸2豎直設(shè)置，風機軸2的下端由支撐機構(gòu)支撐，電機5位于支撐機構(gòu)和風機軸2之間，其中的風機軸2可在葉片機構(gòu)的作用下繞其軸線旋轉(zhuǎn)帶動電機5發(fā)電。支撐機構(gòu)包括支撐軸6和底座7，支撐軸6固定在底座7上。葉片機構(gòu)為沿風機軸2的軸向以螺旋梯型排列式固定連接在風機軸2上的多組葉片機構(gòu)，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角等于45度(當然，可以根據(jù)實際工況，比如風機軸的長度等因素將夾角選擇為30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度)。每組葉片機構(gòu)包括兩個相同的葉片3和兩對支桿4，每個葉片3通過一對支桿4與風機軸2固定連接，兩個葉片3在同一高度上繞風機軸2呈180度分布，兩對支桿4的每對支桿為沿風機軸2的軸向上分布的相互平行的兩個直支桿，直支桿垂直于風機軸2的軸向，且在沿風機軸2的軸向上，兩個支桿4之間的距離等于或小于與其連接的葉片3的高度。每組葉片機構(gòu)中的每對支桿4能夠確定一個平面,兩對支桿確定的平面為同一平面，相鄰的兩組葉片機構(gòu)中的支桿確定的兩個平面之間的夾角即為所述的相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞風機軸的夾角(本實施例中，等于45度)。這樣使得葉片機構(gòu)之間能夠有效地錯開，分別迎接不同角度的風向。多組葉片機構(gòu)在風機軸2上的螺旋梯型排列形成至少一個360度的盤繞，本實施例中，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角等于45度，因此設(shè)置有8組葉片機構(gòu)形成一個360度的盤繞，當然也可以設(shè)置8組以上的葉片機構(gòu)形成一個大于360度的盤繞。如圖2所示，葉片3為翼型葉片，葉片3還可以選用直葉片和其他帶弧度的彎葉片。
[0029]另外，每對支桿之間除了彼此平行之外還可以呈等于或小于60度的內(nèi)夾角，利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其中優(yōu)選地，每對支桿之間呈60度內(nèi)夾角。
[0030]另外，每組葉片機構(gòu)的各對支桿為相同的支桿，進一步地，各組葉片機構(gòu)的每對支桿都是相同的，以利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0031]另外，本實施例中的每組葉片機構(gòu)的葉片數(shù)量也可以為多個，比如，3個、4個等，每組葉片機構(gòu)中的多個相同的葉片中的每一個通過一對支桿與風機軸2固定連接，多個葉片在同一高度上繞風機軸2沿徑向均分分布，每對支桿彼此之間彼此平行或者呈小于或等于60度的內(nèi)夾角。當每對支桿為彼此之間相互平行的兩個直支桿時，在沿風機軸2的軸向上，兩個支桿之間的距離等于或小于與其連接的葉片3的高度。每組葉片機構(gòu)中的每對支桿4能夠確定一個平面，其與相鄰葉片機構(gòu)的對應(yīng)的一對支桿確定的平面之間的夾角即為所述的相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞風機軸的夾角。這樣使得葉片機構(gòu)之間能夠有效地錯開，分別迎接不同角度的風向。多組葉片機構(gòu)在風機軸2上的螺旋梯型排列形成至少一個360度的盤繞，比如，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角等于45度，因此設(shè)置有8組葉片機構(gòu)形成一個360度的盤繞，當然也可以設(shè)置8組以上的葉片機構(gòu)形成一個大于360度的盤繞。
[0032]另外，若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為30度時，設(shè)置有12組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為20度時，設(shè)置有18組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為15度時，設(shè)置有24組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為12度時，設(shè)置有30組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為10度時，設(shè)置有36組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為9度時，設(shè)置有40組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為8度時，設(shè)置有45組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為6度時，設(shè)置有60組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為5度時，設(shè)置有72組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為4度時，設(shè)置有90組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為3度時，設(shè)置有120組或以上的葉片機構(gòu)；若相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為2度時，設(shè)置有180組或以上的葉片機構(gòu)。
[0033]本實施例的螺旋梯型垂直軸風力機主要針對傳統(tǒng)垂直軸風力機低風速下難以啟動且啟動存在死點的問題進行分析設(shè)計，所設(shè)計的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機包含多組葉片機構(gòu)，在不同高度上以螺旋梯型排列式固定連接在風機軸2上，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度，保證螺旋梯型垂直軸風力機在較低風速下便可以啟動，且啟動不存在死點位置，使風機軸2的受力均衡，不會因為風速大小和風向角度的改變而產(chǎn)生受力不均的問題，不僅適合在風速較大空曠的地區(qū)使用，還可以在風速較小空間密集的城市里使用，無需考慮風速和風向的問題，有效利用城市里的垂直空間，提高風能的利用率；并且夾角選擇45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度使得多組葉片機構(gòu)在風機軸上均衡排列，使風機軸受力均衡。由于本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機機的葉片機構(gòu)是螺旋梯型排列式固定在風機軸2上，點綴以色彩從遠處看如同金蛇盤繞狀，從而為城市增加了一道亮麗的風景線。當風力作用于葉片3時，葉片3通過支桿4將力傳輸?shù)斤L機軸上，帶動風機軸2轉(zhuǎn)動，進而電機5發(fā)電。
[0034]如圖1、2所示，本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機用于給燈具I供電，燈具安裝在風機軸2上，風機軸2還兼具了燈桿的功能，燈具I和螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機整體形成路燈，當然燈具I還可以根據(jù)需要安裝在其他位置上。另外，本發(fā)明的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機還可以為其他設(shè)備提供清潔電能。
[0035]以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的各種修改或等同替換也落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，包括可旋轉(zhuǎn)的風機軸，葉片機構(gòu)、電機及支撐機構(gòu)，所述風機軸豎直設(shè)置，其下端由所述支撐機構(gòu)支撐，所述電機位于所述風機軸和所述支撐機構(gòu)之間，所述葉片機構(gòu)為沿所述風機軸的軸向以螺旋梯型排列式固定連接在所述風機軸上的多組葉片機構(gòu)，相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角為45度、30度、20度、15度、12度、10度、9度、8度、6度、5度、4度、3度或2度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，每組所述葉片機構(gòu)包括支桿和兩個相同的葉片，兩個所述葉片通過所述支桿固定連接到所述風機軸上，且兩個葉片在同一高度上繞所述風機軸呈180度分布；或每組所述葉片機構(gòu)包括支桿和多個相同的葉片，多個所述葉片通過所述支桿固定連接到所述風機軸上，且多個葉片在同一高度上繞所述風機軸沿徑向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，每組所述葉片機構(gòu)包括兩對或多對支桿，每個所述葉片對應(yīng)一對支桿，每個所述葉片通過一對支桿固定連接在所述風機軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，所述支桿為直支桿，每組所述葉片機構(gòu)的每對支桿間的內(nèi)夾角等于或小于60度或者每對支桿的兩個支桿彼此平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，當每組所述葉片機構(gòu)的每對支桿為兩個相互平行的直支桿時，在沿所述風機軸的軸向上，每對支桿之間的距離等于或小于與其連接的所述葉片的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5之一所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，當每組所述葉片機構(gòu)包括兩對支桿和兩個相同的葉片時，每組所述葉片機構(gòu)中的每對支桿確定一個平面，兩對支桿確定的平面為同一平面，相鄰兩組葉片機構(gòu)中的支桿確定的兩個平面之間的夾角即為所述的相鄰的兩組葉片機構(gòu)繞所述風機軸的夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的螺旋梯型垂直軸發(fā)電風力機，其特征在于，多組所述葉片機構(gòu)在所述風機軸上的螺旋梯型排列形成至少一個360度的盤繞。
8.根據(jù)權(quán)利要2-6任一所述的螺旋梯型垂直軸發(fā)電風力機，其特征在于，所述葉片是直葉片、彎葉片或翼型葉片。
9.一種路燈，其特征在于，包括燈具和如權(quán)利要求1-8之一所述的螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機，所述燈具由所述螺旋梯型垂直軸風力發(fā)電機供電。
【文檔編號】F21W131/103GK104329226SQ201410529262
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】李卿韶, 常東來 申請人:中科恒源科技股份有限公司