垂直轴风力发电设备的制作方法

1.本发明属于可再生能源技术领域，具体是垂直轴风力发电设备。


背景技术：

2.目前应用于室外灯具的风力发电机为水平轴及垂直轴风机两种。其中水平轴风力发电机虽然体积小、易安装，但是因为透过迎风调整方向的小型扇叶发电，发电效率不佳，并且容易因迎风面的风力过大而损坏。
3.现有垂直轴风机虽然不需要调整迎风面发电，并且启动风压要求比较小，但是遇到风切面紊乱的天候或地形，存在容易锁死损坏的问题。


技术实现要素：

4.发明目的：提供一种能够解决现有垂直轴风机遇到风切面紊乱时容易锁死损坏问题的垂直轴风力发电设备。
5.本发明的技术方案为：垂直轴风力发电设备包括：集风罩，与集风罩连接的涡轮机，以及设置于集风罩内的若干个鳍片，所述鳍片之间间隔有导流槽。
6.所述集风罩设有内壁围成的中空风道，所述涡轮机和鳍片设置于中空风道内，所述鳍片从中空风道的端部向涡轮机方向延伸。
7.在进一步的实施例中，所述中空风道是底端至中部尺寸递减设置的漏斗形风道，通过漏斗形的中空风道可视为一个文氏管结构，结合第一道康达效应导引的向下的流体，文丘里效应产生的吸力，会让风力持续往中间风道灌入。
8.在进一步的实施例中，所述集风罩包括上盖、平台支架和底座，所述上盖、平台支架和底座按从上到下的顺序依序连接。
9.在进一步的实施例中，所述涡轮机包括：与集风罩内壁连接的贯通支架，与贯通支架连接的支架中柱，设置在支架中柱内的转子和定子，以及与转子连接的涡轮扇叶。
10.所述涡轮扇叶包括靠近支架中柱的平面部，以及远离支架中柱的倾角部。
11.所述倾角部与水平面呈7~15
°
夹角，所述倾角部占扇叶总面积的1/10~1/8，能够使经过导流的风力推动倾角部进而带动涡轮扇叶转动，进一步降低了涡轮叶片远离鳍片的位置受到未经导流紊乱的风切面影响锁死损坏率。
12.在进一步的实施例中，所述贯通支架是截面外形呈圆形或水滴形的中空管件，通过水滴形截面能够减小内部风道气流流体的风阻，使用中空管件作为贯通支架可实现壳体结构内部直流设备、通信设备、交直流转换电源设备的线材贯通，以连接户外灯具的灯杆内部、户外灯具底座内部的接线使用。
13.在进一步的实施例中，垂直轴风力发电设备还包括：外壁太阳能电池板或外壁显示模块。
14.所述上盖的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面。
15.所述上盖的外壁开设有沉降槽，所述外壁太阳能电池板或外壁显示模块设置于沉
降槽内，通过使上盖的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面值，使得将外壁太阳能电池板设置在上盖的外壁上也能受光保证发电效率。
16.在进一步的实施例中，所述集风罩的上表面安装有顶端太阳能电池板，能够实现风光互补发电，提高发电效率。
17.在进一步的实施例中，所述平台支架上设置有蓄电池组、控制器、wifi路由器、监控摄像头、气象站、用于通讯应用的微基站中的一种或多种，通过在平台支架上设置不同功能的附加部件，能够增加垂直轴风力发电设备的应用场景。
18.在进一步的实施例中，所述集风罩的底部还设置有照明光源，通过在集风罩的底部设置照明光源，能够为垂直轴风力发电设备增加照明属性，使其应用在道路照明等场景中。
19.在进一步的实施例中，所述上盖和底座是玻璃纤维树脂或abs材质，通过集风罩全部采用非金属材质，能够不影响通讯信号传播。
20.本发明的有益效果是：无论风向是从平行于地表哪个方向进入集风罩的中空风道，都会经过鳍片加速的持续流体会随着马格努斯效应的升力往上加速推动，并且形成一个持续风力循环推动风扇旋转，与目前常规风力发电机由扇叶直面风力的状况不同，会极大程度降低流体风切面的紊乱率，减少风向忽然转变而重新抵消转子轴承静磨擦力的影响，解决了现有技术的垂直轴风机容易因风切面紊乱导致锁死损坏的问题，提高了垂直轴风机的工作效率。
附图说明
21.图1是本发明的整体示意图。
22.图2是本发明的部分鳍片局部放大示意图。
23.图3是本发明的中空风道示意图。
24.图4是本发明的爆炸示意图。
25.图5是本发明的平台支架上设置有微基站实施例示意图。
26.图6是本发明设置有外壁太阳能电池板和顶端太阳能电池板实施例示意图。
27.图7是本发明设置有外壁显示模块实施例示意图。
28.图中所示附图标记为：集风罩1、涡轮机2、鳍片3、照明光源4、微基站5、顶端太阳能电池板6、外壁太阳能电池板7、外壁显示模块8、上盖11、底座12、平台支架13、贯通支架21、支架中柱22、涡轮扇叶23。
实施方式
29.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
30.本技术公开了一种能够解决现有垂直轴风机遇到风切面紊乱时容易锁死损坏问题的垂直轴风力发电设备。
31.第一实施例，垂直轴风力发电设备仅作为风力发电设备时。
32.该垂直轴风力发电设备包括：集风罩1、涡轮机2和若干个鳍片3。
33.集风罩1可以安装在路灯杆上，也可以安装在输电塔上以增加垂直轴风力发电设备的高度，集风罩1可以是具有形状符合康达效应外壁的一体式环形壳体，也可以如图4所示集风罩1包括上盖11和底座12的分体式结构，以集风罩1包括上盖11和底座12为例，上盖11的外壁与支撑底座12壳体的外壁连续形成集风罩1的外壁，集风罩1的外壁形状符合康达效应，上盖11的外壁是上部外壁母线绕外壁轴线回转而成，支撑底座12壳体的外壁是下部外壁母线绕外壁轴线回转而成，上部外壁母线的底端与下部外壁母线的顶端相接，当以外壁轴线为竖轴，上部外壁母线和下部外壁母线都位于坐标系的第一象限时，上部外壁母线的斜率是负值，上部外壁母线的斜率在阈值范围内，下部外壁母线的斜率是正值，如图1所示上部外壁母线两端连线与水平轴的夹角在70
°
~85
°
之间，优选为75
°
使集风罩1的外壁符合康达效应，使外界风力如图1所示向中空风道集风。
34.如图1所示涡轮机2包括：与集风罩1内壁连接的贯通支架21，与贯通支架21连接的支架中柱22，设置在支架中柱22内的转子和定子，以及与转子连接的涡轮扇叶23。
35.鳍片3之间间隔有导流槽。
36.如图1所示集风罩1设有内壁围成的中空风道，涡轮机2和鳍片3设置于中空风道内，鳍片3从中空风道的端部向涡轮机2方向延伸。
37.工作原理：由于集风罩1是环形结构的集风罩1，因此面对地表的方向都可以视为迎风面，其结构中心为一个上下贯通的中空风道，因此会与外壳外立面的迎风面产生压差，结合第一道康达效应导引向下的流体，会让风力持续从中空风道底端向上灌入。
38.因康达效应引流过来的风力贴着集风罩1流动的流体遇到鳍片3时会让风力再次细化并让流体在中空风道内加速，当流体加速时，按伯努利定律：流速与压强的关系是流体的流速越大，压强越小，流体的流速越小压强越大，因此中空风道上部的压强小于其下部的压强，使中空风道内持续的流体因马格努斯效应产生升力，应用马格努斯效应及伯努利定律，无论风向是从平行于地表哪个方向进入集风罩1的中空风道，都会经过鳍片3加速的持续流体会随着马格努斯效应的升力往上加速推动，并且形成一个持续风力循环推动风扇旋转。
39.在图3所示中空风道的进一步实施例中，中空风道是底端至中部尺寸递减设置的漏斗形风道。
40.通过漏斗形的中空风道可视为一个文氏管结构，结合第一道康达效应导引的向下的流体，文丘里效应产生的吸力，会让风力持续往中间风道灌入，风力因康达效应贴着风道的壁面流动，此时遇到涡漩增压鳍片3，会让风力再次细化并让流体加速，当流体加速时，按伯努利定律：流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大，因此持续的流体会因马格努斯效应产生升力，极大的提高了风力发电效率。
41.在扇叶的进一步实施例中，涡轮机2包括：与集风罩1内壁连接的贯通支架21，与贯通支架21连接的支架中柱22，设置在支架中柱22内的转子和定子，以及与转子连接的涡轮扇叶23。
42.涡轮扇叶23包括靠近支架中柱22的平面部，以及远离支架中柱22的倾角部。
43.平面部即下表面与水平面平行使其不受风力影响避免其产生旋转力，倾角部与水平面呈7~15
°
夹角，倾角部占扇叶总面积的1/10~1/8。
44.通过使涡轮扇叶23靠近靠近支架中柱22的大部分面积是与水平面平行的平面部，使涡轮扇叶23边缘即靠近鳍片3的位置设置倾角部，能够使经过导流的风力推动倾角部进而带动涡轮扇叶23转动，进一步降低了涡轮叶片远离鳍片3的位置受到未经导流紊乱的风切面影响锁死损坏率。
45.在贯通支架21的进一步实施例中，贯通支架21是截面外形呈圆形或水滴形的中空管件。
46.通过水滴形截面能够减小内部风道气流流体的风阻，而圆形截面的贯通支架21是常用管件的形状，能够降低生产成本，并且使用中空管件作为贯通支架21可实现壳体结构内部直流设备、通信设备、交直流转换电源设备的线材贯通，以连接户外灯具的灯杆内部、户外灯具底座12内部的接线使用。
47.第二实施例，垂直轴风力发电设备结合太阳能电池板作为风光互补发电设备时。
48.在第一实施例的基础上垂直轴风力发电设备还包括：外壁太阳能电池板7。
49.上盖11的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面。
50.上盖11的外壁开设有沉降槽，外壁太阳能电池板7设置于沉降槽内。
51.沉降槽可以是若干个圆周等分分布的方形槽或圆形槽，也可以是绕上盖11的外壁开设的环形槽。
52.在本实施例中，沉降槽的的深度与外壁太阳能电池板7厚度相配合，使上盖11的外壁整体符合光滑曲面或斜面。
53.通过使上盖11的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面值，使得将外壁太阳能电池板7设置在上盖11的外壁上也能受光保证发电效率，能够实现风光互补发电，提高发电效率。
54.在另外的实施例中，垂直轴风力发电设备还包括顶端太阳能电池板6。
55.顶端太阳能电池板6安装在集风罩1的上表面。
56.此实施例可以直接将顶端太阳能电池板6安装在一体式集风罩1上，也可以单独安装在上盖11上，也可以与外壁太阳能电池板7一起安装在上盖11上。
57.其中，顶端太阳能电池板6和外壁太阳能电池板7选各尺寸单晶硅、多晶硅各种常规尺寸整版太阳能电池片或以迭瓦式太阳能模块、薄膜太阳能组做截面积最大化的合理配置，以达优化太阳能发电效率。
58.通过在上盖11的上表面安装太阳能板与风力发电设备组合，能够实现风光互补发电，提高发电效率。
59.第三实施例，垂直轴风力发电设备外可以安装外壁显示模块8取代外壁太阳能电池板7。
60.在第一实施例的基础上垂直轴风力发电设备还包括：外壁显示模块8。
61.上盖11的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面。
62.上盖11的外壁开设有沉降槽，外壁显示模块8设置于沉降槽内。
63.沉降槽可以是若干个圆周等分分布的方形槽或圆形槽，也可以是绕上盖11的外壁开设的环形槽。
64.外壁显示模块8可以是led全彩点光源矩阵模块，外壁显示模块8可用于显示文字、图像，可与周遭景观亮化、楼宇亮化设计数字同步，显示内容亦可用做付费广告用途，增加
垂直轴风力发电设备的商业价值。
65.此实施例可以与第二实施例顶端太阳能电池板6相结合，使垂直轴风力发电设备在风光互补发电的基础上使用外壁显示模块8。
66.因为上盖11外壁需要符合康达效应，所以上盖11外壁与地面夹角较小，使得外壁显示模块8设置在斜向上的上盖11外壁上也能让一定范围内高度低于外壁显示模块8的人看到显示内容。
67.第四实施例，垂直轴风力发电设备内可以安装不同功能的附加部件，增加垂直轴风力发电设备的应用场景。
68.如图5所示，在第一实施例的基础上平台支架13上设置有蓄电池组、控制器、wifi路由器、监控摄像头、气象站、用于通讯应用的微基站5中的一种或多种。
69.蓄电池组可以与第一实施例、第二实施例涡轮机2、外壁太阳能电池板7和顶端太阳能电池板6连接储存其产生的电能，也可以与第三实施例中的外壁显示模块8连接为其提供稳定的电能，提高外壁显示模块8的使用稳定性。
70.蓄电池组也可以与控制器、wifi路由器、监控摄像头、气象站、用于通讯应用的微基站5中的一种或多种连接为其提供稳定的电能，提高其的使用稳定性。
71.在不使用蓄电池组时，涡轮机2、外壁太阳能电池板7和顶端太阳能电池板6也可以直接与外界储电单元连接将产生的电能直接输出至外界储电单元进行储电，外壁显示模块8、控制器、wifi路由器、监控摄像头、气象站、用于通讯应用的微基站5也可以直接与外界供电单元连接由外界储电单元为其供电保证其使用稳定性。
72.在wifi路由器和微基站5的进一步实施例中，上盖11和底座12是玻璃纤维树脂或abs材质。
73.通过集风罩1全部采用非金属材质，能够不影响通讯信号传播，并将基站配置在风光互补发电设备的路灯上，无论从非金属材质、高度、间距，还是从电源配套等角度考虑，均是5g微基站5的最理想搭配。
74.第五实施例，将垂直轴风力发电设备作为路灯。
75.在第一实施例的基础上，如图1所示集风罩1的底部还设置有照明光源4。
76.照明光源4可以直接安装在一体式集风罩1的底端，也可以安装在底座12的底端。
77.照明光源4可以与蓄电池连接获得蓄电池的稳定电能工作，也可以与外界供电单元连接获得外界供电单元的稳定电能。
78.通过在集风罩1的底部设置照明光源4，能够为垂直轴风力发电设备增加照明属性，使其应用在道路照明等场景中，当集风罩1的底部设置照明光源4与平台支架13上设置有用于通讯应用的微基站5两个实施例同时使用时，能够降低基站间距，提高基站的普及率，进而达到提高通讯质量的效果。
79.当集风罩1的底部设置照明光源4、平台支架13上设置有用于通讯应用的微基站5和蓄电池三个实施例同时使用时，能够在提高基站普及率的同时保证风能发电为照明光源4和基站供电的稳定性，进一步的提高了通讯质量和照明质量。
80.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

技术特征：
1.垂直轴风力发电设备，其特征在于，包括：集风罩，与集风罩连接的涡轮机，以及设置于集风罩内的若干个鳍片，所述鳍片之间间隔有导流槽；所述集风罩设有内壁围成的中空风道，所述涡轮机和鳍片设置于中空风道内，所述鳍片从中空风道的端部向涡轮机方向延伸。2.根据权利要求1所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述中空风道是底端至中部尺寸递减设置的漏斗形风道。3.根据权利要求1所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述集风罩包括上盖、平台支架和底座，所述上盖、平台支架和底座按从上到下的顺序依序连接。4.根据权利要求1所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述涡轮机包括：与集风罩内壁连接的贯通支架，与贯通支架连接的支架中柱，设置在支架中柱内的转子和定子，以及与转子连接的涡轮扇叶；所述涡轮扇叶包括靠近支架中柱的平面部，以及远离支架中柱的倾角部；所述倾角部与水平面呈7~15
°
夹角，所述倾角部占扇叶总面积的1/10~1/8。5.根据权利要求4所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述贯通支架是截面外形呈圆形或水滴形的中空管件。6.根据权利要求3所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，还包括：外壁太阳能电池板或外壁显示模块；所述上盖的外壁是底端尺寸大于顶端尺寸的斜面；所述上盖的外壁开设有沉降槽，所述外壁太阳能电池板或外壁显示模块设置于沉降槽内。7.根据权利要求1或3或6所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述集风罩的上表面安装有顶端太阳能电池板。8.根据权利要求3所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述平台支架上设置有蓄电池组、控制器、wifi路由器、监控摄像头、气象站、用于通讯应用的微基站中的一种或多种。9.根据权利要求1所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述集风罩的底部还设置有照明光源。10.根据权利要求3或8所述垂直轴风力发电设备，其特征在于，所述上盖和底座是玻璃纤维树脂或abs材质。

技术总结
本发明公开了垂直轴风力发电设备，属于可再生能源技术领域。该垂直轴风力发电设备包括：集风罩，与集风罩连接的涡轮机，以及设置于集风罩内的若干个鳍片，所述鳍片之间间隔有导流槽，集风罩设有内壁围成的中空风道，涡轮机和鳍片设置于中空风道内，鳍片从中空风道的端部向涡轮机方向延伸。本发明无论风向是从平行于地表哪个方向进入集风罩的中空风道，都会经过鳍片加速的持续流体会随着马格努斯效应的升力往上加速推动，并且形成一个持续风力循环推动风扇旋转，会极大程度降低流体风切面的紊乱率，减少风向忽然转变而重新抵消转子轴承静磨擦力的影响，解决了现有技术的垂直轴风机容易因风切面紊乱导致锁死损坏的问题。易因风切面紊乱导致锁死损坏的问题。易因风切面紊乱导致锁死损坏的问题。


技术研发人员：庄俊尧 樊朝阳 徐颖杰
受保护的技术使用者：江苏建金科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/6/28