无叶片风力发电机

1.本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种无叶片风力发电机。


背景技术：

2.随着人们环保意识的不断加强，对于清洁能源的关注度日趋攀高，而风力发电是典型的清洁能源之一，无需燃料，亦不会产生辐射或空气污染。近年来，随着科技的不断发展以及能源行业要求的不断提升，风力发电领域的技术水平得到了极大的提升。
3.风力发电机作为风力发电的主要设备，在捕获风能与能量装换起到至关重要的作用。传统的风力发电机，采用风力发电机塔与转子叶片配合的方式装配，风力带动转子叶片旋转，通过增速机将旋转的速度提升，进而使得发电机发电。目前，该方式的风力发电机可实现在微风状态下的发电，但该方式的风力发电机由于转子叶片较大，转子叶片旋转时所需空间较大，因此单个上述风力发电机的占地面积较大。
4.基于此，后续发明了无叶片的风力发电机，由于其发电原理是通过涡激振动捕获风能，所以对风速有一定要求，通常离地面越高，风速梯度越大，因此更细长的捕能件捕获的风能越多。但传统无叶片风力发电机，捕能件的设计多采用固定的高度值，不能根据来流风速的大小自动调节高度来增大或减少捕能效率，能量转换效率较低，且风速过大时不能够及时调节捕能件高度，给无叶片风力机的安全性带来影响，甚至造成经济损失。
5.综上，传统的无叶片风力发电机能量转换效率较低，具有一定的安全风险。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对传统的无叶片风力发电机能量转换效率较低，具有安全风险问题，提供一种无叶片风力发电机。
7.一种无叶片风力发电机，包括：
8.底座；
9.发电机，设于所述底座内部；
10.转动组件，安装于所述底座上方；
11.滑槽套筒，套设于所述转动组件外部；
12.捕能件，设于所述转动组件内部；
13.碳棒，用于连接所述底座与所述捕能件；及
14.控制组件，包括风速传感器、位移传感器与控制器，所述风速传感器置于所述滑槽套筒顶部，所述位移传感器置于所述底座内部，所述控制器置于所述底座内部，且分别与所述风速传感器、所述位移传感器及所述驱动电机连接。
15.在其中一个实施例中，所述转动组件包括，转动柱；驱动电机，安装于所述转动柱内部；齿轮，与所述驱动电机输出端连接；齿轮槽，置于所述转动柱内部，并与所述齿轮配合。
16.在其中一个实施例中，所述捕能件为内部空心，顶部闭合的圆柱体，所述捕能件在
所述转动组件内部，未使用所述捕能件时，所述捕能件顶端与所述转动组件上端在同一水平面。
17.在其中一个实施例中，所述捕能件下端对称设有两个销轴。
18.在其中一个实施例中，所述转动柱与所述滑槽套筒均为空心柱体，所述空心柱体内侧面与外侧面均为圆柱形，且中心轴重合。
19.在其中一个实施例中，所述转动组件中的所述转动柱上还设有限位槽，所述限位槽包括第一横槽、第二横槽与第一竖槽，所述第一横槽平行于所述第二横槽，所述第一竖槽两端分别连接所述第一横槽与所述第二横槽，且从所述转动柱顶部向底部投影，所述第一横槽投影与所述第二横槽投影不重合。
20.在其中一个实施例中，所述转动柱上设有至少两个限位槽，所述至少两个限位槽，以所述转动柱竖直方向中心线为轴，相互旋转对称。
21.在其中一个实施例中，所述滑槽套筒内设有螺旋槽。
22.在其中一个实施例中，所述滑槽套筒顶部设有至少两个所述风速传感器，所述至少两个风速传感器分布于所述滑槽套筒顶部的不同位置。
23.在其中一个实施例中，所述转动柱顶端内、外边缘处安装有防水胶圈。
24.上述无叶片风力发电机，设有控制组件，包含了风速传感器、控制器及位移传感器，可根据来流风速大小自动调节捕能件高度，风速较低时，捕能件伸出，以捕获更多风能，提高能量转换效率。当风速过大时，能够降低捕能件高度，提高无叶片风力发电机的安全性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为无叶片风力发电机结构示意图；
27.图2为无叶片风力发电机滑槽套筒结构示意图；
28.图3为无叶片风力发电机转动组件结构示意图；
29.图4为无叶片风力发电机齿轮装配结构示意图；
30.图5为无叶片风力发电机捕能件结构示意图；
31.图6为无叶片风力发电机底座剖面图。
32.附图标记：
33.100、无叶片风力发电机；110、底座；120、发电机；121、线圈；122、磁铁；130、碳棒；140、转动组件；141、齿轮槽；142、齿轮；143、驱动电机；144、第一限位槽；145、第二限位槽；146、防水胶圈；147、转动柱；150、滑槽套筒；151、螺旋槽；160、捕能件；161、销轴；170、控制组件；171、风速传感器；172、控制器；173、位移传感器。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.下面结合图1-图5描述本发明的无叶片风力发电机100。
40.如图1所示，在一个实施例中，一种无叶片风力发电机100，包括：底座110；发电机120，设于底座110内部；转动组件140，安装于底座110上方；滑槽套筒150，套设于转动组件140外部；捕能件160，设于转动组件140内部；碳棒130，用于连接底座110与捕能件160；及控制组件170，包括风速传感器171、位移传感器173与控制器172，风速传感器171置于滑槽套筒150顶部，位移传感器173置于底座110内部，控制器172置于底座110内部，且分别与风速传感器171、位移传感器173及驱动电机173连接。
41.转动组件140包括，转动柱147；驱动电机143，安装于转动柱147内部；齿轮142，与驱动电机143输出端连接；齿轮槽141，置于转动柱147内部，并与齿轮142配合。转动柱147与滑槽套筒150均为空心柱体，空心柱体内侧面与外侧面均为圆柱形，且中心轴重合。
42.如图1所示，无叶片风力发电机100由上下两部分圆柱体组成，其中，设置于无叶片风力发电机100底部的圆柱体形部件为底座110。底座110是一个圆柱型腔体，用于支撑上方的转动组件140、滑槽套筒150及捕能件160，同时，用于将无叶片风力发电机100与所放置地面进行固定连接。
43.为提高无叶片风力发电机100与地面连接的稳定性，如图1所示，可在底座110底部设一圆环，圆环与底座110一体成型。圆环的内径与底座110的外圆相接触，圆环上设置连接组件，用于进一步加固底座110与地面的连接，连接组件可选择螺栓连接。
44.如图6所示，底座110内部设有发电机120，发电机120为磁铁发电机，发电机120通
过其内部的线圈121与磁铁122的磁场相互作用进行发电，同时，磁铁122作为无叶片风力机的调谐系统，扩大无叶片风力机发生涡激摆动的风速范围。
45.底座110内部除发电机120外，还设有控制器172与位移传感器173，控制器172分别与风速传感器171、驱动电机143及位移传感器173连接。风速传感器171采集来流风速数据，并将数据信号传输至控制器172，控制器172接受风速传感器171发送的来流风速信号，并对所接受的信号与预设数据进行对比处理，若低于或高于对应预设值，控制器172发送相应的正转或反转指令至驱动电机143，驱动电机143接受并执行控制器172发送的指令，驱动电机143的电机转轴旋转，带动齿轮142转动，通过齿轮142传动使转动组件140相应旋转，进而使得捕能件160上升或下降，捕能件160开始移动时，位移传感器173启动，监测捕能件160的上下位移数据，并将位移数据发送至控制器172，当控制器172接收到从位移传感器173发送的位移数据达到对应预设位移后，控制器172发送停止信号至驱动电机143，捕能件160不再进行上升或下降运动。
46.碳棒130，连接底座110与捕能件160，碳棒130与捕能件160连接，同时，碳棒130长度固定，穿过发电机120，在无叶片风力发电机100进行发电工作时来回摆动。
47.底座110的上方设有滑槽套筒150，滑槽套筒150如图1和图2所示，是一个圆柱形空心柱体。滑槽套筒150的顶部设有风速传感器171，风速传感器171采集来流风速数据，并将数据信号发送至底座110内的控制器172。滑槽套筒150的内部设有转动组件140。
48.转动组件140中的转动柱147为圆柱形空心柱体，设于底座110上方及滑槽套筒150内部，转动柱147的底部与滑槽套筒150的底部在同一水平面上。如图4所示，转动柱147的内部开设有齿轮槽141，齿轮槽141设于转动柱147下端，开设于其内壁上，齿轮槽141内有齿轮142与其配合，齿轮142连接驱动电机143的输出端。驱动电机143的电机转轴转动带动齿轮142旋转，进而带动转动柱147旋转。驱动电机143的电机转轴正转带动转动柱147朝着第一方向旋转，驱动电机143的电机转轴反转带动转动柱147朝着与第一方向相反的第二方向旋转。捕能件160设于转动柱147内部，并与转动柱147配合，转动柱147旋转时带动捕能件160上升或下降。本发明的无叶片风力发电机100，整体机械结构简单，工艺简单，成本较低，可规模生产及使用。
49.将底座110与地面安装固定，在无叶片风力发电机100发电时，位于滑槽套筒150上方的风速传感器171测量来流风速，并将来流风速信号传输到控制器172，当测量到的最大来流风速低于设定值时，控制器172将发出指令，控制驱动电机143正转，驱动电机143带动齿轮142转动，通过齿轮142传动，使得转动柱147旋转，推动捕能件160向上移动，伸出滑槽套筒150的部分增多，位移传感器173测量捕能件160升高到预设位置时，将信号传递到控制器172，控制器172控制驱动电机143停止运转。
50.当风速传感器171测量到最大来流风速超过预设值时，控制器172将发出指令，控制驱动电机143的电机转轴反转，齿轮142带动转动柱147向反方向旋转，推动捕能件160向下移动，伸出滑槽套筒150的部分减少，位移传感器173测量捕能件160下降到指定位置时，将信号传递到控制器172，控制器172控制驱动电机143停止运转。
51.从而实现捕能件160根据来流风速自动调节高度的过程，风速较低时，捕能件伸出，以捕获更多风能，提高能量转换效率。当风速过大时，能够降低捕能件160高度，提高无叶片风力发电机100的安全性。当无叶片风力机需要停机时，降低捕能件160高度，辅助其更
快停机。
52.在一个实施例中，如图5所示，捕能件160为内部空心，顶部闭合的圆柱体，所述捕能件160在所述转动组件140内部，未使用所述捕能件160时，所述捕能件160顶端与所述转动组件140上端在同一水平面。
53.捕能件160置于转动柱147的内部，并与底座110通过碳棒130连接。当风速较大，或无叶片风力发电机100不工作时，捕能件160置于转动柱147内部，且捕能件160的上端与转动组件140的上端在同一水平面，即捕能件160的顶端不超过转动组件140上端；当风速较低时，如图1所示，捕能件160将部分伸出转动组件140。
54.捕能件160与碳棒130之间为固定连接，连接方式及形式不限定。例如，可以将碳棒130穿过捕能件160的下开口面，并置于捕能件160中心线的延长线上，再通过添加连杆，连接捕能件160内壁下端与碳棒。连杆与捕能件160内壁下端和碳棒130之间可以通过焊接进行固定连接。
55.捕能件160为内部空心，顶部闭合的圆柱体，使得捕能柱160结构更稳定，尤其是捕能件160超出转动柱147的部分直接受到风力的作用，当风力较强时，不会因风力大小导致捕能件160损毁。且捕能件160结构简单，生产成本较低。
56.在一个实施例中，如图3所示，捕能件160下端对称设有销轴161。转动组件140中的转动柱147上还设有限位槽，限位槽包括第一横槽、第二横槽与第一竖槽，第一横槽平行于第二横槽，第一竖槽两端分别连接第一横槽与第二横槽，且从转动柱147顶部向底部投影，第一横槽投影与第二横槽投影不重合。转动柱147上设有至少两个限位槽，至少两个限位槽，以转动柱147竖直方向中心线为轴，相互旋转对称。转动柱147顶端内、外边缘处安装有防水胶圈146。
57.如图5所示，捕能件160下端对称设有两个销轴161，销轴161可用于与转动柱147上的限位槽配合，限制捕能件160的上下移动范围。
58.如图1和图3所示，转动柱147上设有第一限位槽144与第二限位槽145。第一限位槽144与第二限位槽145关于转动柱147内圆柱的中心线旋转对称。换句话说，第一限位槽144的第一竖槽与第二限位槽145的第二竖槽关于平分转动柱147且经过转动柱147上下表面圆心的面对称。将沿着从转动柱147顶部向转动柱147底部看，顺时针方向记为第三方向，逆时针方向记为第四方向。
59.第一限位槽144的第一横槽可看作，第一限位槽144的第一竖槽的远离底座110的一端，沿第三方向延伸；第二限位槽145的第一横槽可看作，第二限位槽145的第一竖槽的远离底座110的一端，沿第三方向延伸。第一限位槽144的第二横槽可看作，第一限位槽144的第一竖槽的靠近底座110的一端，沿第四方向延伸；第二限位槽145的第二横槽可看作，第二限位槽145的第一竖槽的靠近底座110的一端，沿第四方向延伸。
60.限位槽设置于转动柱147上，用于对捕能件160进行限位，使捕能件160不能够超出限位槽所限定的上下位移范围，防止捕能件160由于惯性作用导致的上下位移停止不及时，或由于风力较大导致的捕能件160在非控制器172控制下的上下位移。进一步确保无叶片风力发电机100的安全性。防水胶圈146，可用于防止雨水和灰尘进入缝隙，减少对无叶片风力发电机100内部结构的损毁，提高使用寿命。
61.在一个实施例中，如图2所示，滑槽套筒150内设有螺旋槽151。滑槽套筒150顶部设
有至少两个风速传感器171，至少两个风速传感器171分布于滑槽套筒150顶部的不同位置。
62.如图2所示，滑槽套筒150顶部设有四个均匀分布的风速传感器171，四个风速传感器171用于测量不同方向上的来流风速，使得测量的风速数据更全面更准确。
63.滑槽套筒150内设有螺旋槽151，螺旋槽151可作为捕能件160下端两个销轴161的移动轨道，当捕能件160上下移动时，销轴161沿着螺旋槽151移动，使得捕能件160的移动速度更均匀。在风速较低时，控制器172将控制驱动电机143的电机转轴正转，驱动电机143带动齿轮142转动，通过齿轮142传动，转动柱147旋转，推动内部捕能件160下端的两个销轴161沿着滑槽套筒150内侧的螺旋槽151螺旋上升，达到捕能件160增高效果，位移传感器173测量捕能件160升高到指定位置时，将信号传递到控制器172，控制器172控制驱动电机143停止运转。捕能件160增高提高了捕获能量的效率，使无叶片风力机更快达到锁定范围，保持较大的功率输出。当风速过大时，控制器172将控制驱动电机143的电机转轴反转，齿轮142带动转动柱147向反方向旋转，两个销轴161沿着滑槽套筒150内侧的螺旋槽151螺旋下降，位移传感器173测量捕能件160下降到指定位置时，将信号传递到控制器172，控制器172控制驱动电机143停止运转，降低捕能件160高度，提高安全性。
64.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
65.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种无叶片风力发电机，包括：底座；发电机，设于所述底座内部；转动组件，安装于所述底座上方；滑槽套筒，套设于所述转动组件外部；捕能件，设于所述转动组件内部；碳棒，用于连接所述底座与所述捕能件；及控制组件，包括风速传感器、位移传感器与控制器，所述风速传感器置于所述滑槽套筒顶部，所述位移传感器置于所述底座内部，所述控制器置于所述底座内部，且分别与所述风速传感器、所述位移传感器及所述驱动电机连接。2.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述转动组件包括，转动柱；驱动电机，安装于所述转动柱内部；齿轮，与所述驱动电机输出端连接；齿轮槽，置于所述转动柱内部，并与所述齿轮配合。3.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述捕能件为内部空心，顶部闭合的圆柱体，所述捕能件在所述转动组件内部，未使用所述捕能件时，所述捕能件顶端与所述转动组件上端在同一水平面。4.根据权利要求3所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述捕能件下端对称设有两个销轴。5.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述转动柱与所述滑槽套筒均为空心柱体，所述空心柱体内侧面与外侧面均为圆柱形，且中心轴重合。6.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述转动组件中的所述转动柱上还设有限位槽，所述限位槽包括第一横槽、第二横槽与第一竖槽，所述第一横槽平行于所述第二横槽，所述第一竖槽两端分别连接所述第一横槽与所述第二横槽，且从所述转动柱顶部向底部投影，所述第一横槽投影与所述第二横槽投影不重合。7.根据权利要求6所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述转动柱上设有至少两个限位槽，所述至少两个限位槽，以所述转动柱竖直方向中心线为轴，相互旋转对称。8.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述滑槽套筒内设有螺旋槽。9.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述滑槽套筒顶部设有至少两个所述风速传感器，所述至少两个风速传感器分布于所述滑槽套筒顶部的不同位置。10.根据权利要求1所述的无叶片风力发电机，其特征在于，所述转动柱顶端内、外边缘处安装有防水胶圈。

技术总结
本发明涉及一种无叶片风力发电机，包括：底座；发电机，设于底座内部；转动组件，安装于底座上方；滑槽套筒，套设于转动组件外部；捕能件，设于转动组件内部；碳棒，用于连接底座与捕能件；控制组件，包括风速传感器、位移传感器与控制器，风速传感器置于滑槽套筒顶部，位移传感器置于底座内部，控制器置于底座内部，且分别与风速传感器、位移传感器及驱动电机连接。上述无叶片风力发电机，可根据风速大小自动调节捕能件高度，风速较低时，捕能件伸出，以捕获更多风能，提高能量转换效率。风速过大时，降低捕能件高度，提高无叶片风力发电机的安全性。提高无叶片风力发电机的安全性。提高无叶片风力发电机的安全性。


技术研发人员：代元军 李舒畅 李保华 温彩凤 刘雄飞 王枭 王聪 石坤举
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/27