專利名稱：矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，世界上現(xiàn)行的水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置，大多采用三葉型大槳葉自然風(fēng)直吹型 式，其缺點(diǎn)包括 1.為了達(dá)到發(fā)電要求，漿葉必須具有足夠大的直徑，因此現(xiàn)有發(fā)電裝置的漿葉直 徑巨大，不僅制造成本高，而且維護(hù)維修困難。 2.由于漿葉直徑巨大，當(dāng)然轉(zhuǎn)動慣量也大，所以起動困難，在較小風(fēng)力(小于3級 風(fēng)時)無法起動發(fā)電； 3.由于漿葉轉(zhuǎn)動慣量大，導(dǎo)致漿葉轉(zhuǎn)速低，因此發(fā)電機(jī)組內(nèi)還需要添加增速裝置， 導(dǎo)致造價較高； 4.槳葉少，單位面積內(nèi)風(fēng)力利用率和發(fā)電量較低； 5.為了獲取高空中的氣流，需要豎立高幾十米的塔身，不僅制造成本高，而且漿葉 下方的氣流并未被利用到。 本發(fā)明針對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的上述缺點(diǎn)而進(jìn)行改進(jìn)，在降低制造成本的同時，提 高其發(fā)電效率，以降低發(fā)電成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的發(fā)電成 本高，起動困難，發(fā)電量低的問題。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置豎立在地面
上，并具有復(fù)數(shù)個呈矩陣式排列的風(fēng)力發(fā)電模塊，所述的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊的迎風(fēng)面朝
向同一側(cè)，且任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā)電模塊之間采用機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)固定在一起。
在較佳的技術(shù)方案中還包括有座體，所述的座體包括固定在地面上的環(huán)形軌道
和在該環(huán)形軌道上旋轉(zhuǎn)移動的底座，所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的最低一排風(fēng)力發(fā)電模塊
與所述的座體的底座固定連接。 在較佳的技術(shù)方案中在所述的底座上還設(shè)有風(fēng)向監(jiān)測裝置與跟蹤回轉(zhuǎn)裝置，所 述的風(fēng)向監(jiān)測裝置與所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置電連接，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置控制座體在軌道上 旋轉(zhuǎn)移動或定位。 在較佳的技術(shù)方案中所述的環(huán)形軌道包括多個直徑不同的環(huán)圈，所述的底座為 長方形，并在該底座上對應(yīng)所述的環(huán)圈的位置各設(shè)有數(shù)個滾輪，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置控制 所述的數(shù)個滾輪的驅(qū)動與制動。 在較佳的技術(shù)方案中每一個風(fēng)力發(fā)電模塊都具有一個長方體形的結(jié)構(gòu)框架，在 每個風(fēng)力發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)框架內(nèi)填充有不透氣材料，并使該結(jié)構(gòu)框架內(nèi)形成一個貫穿的風(fēng)
3力捕集風(fēng)道，該風(fēng)力捕集風(fēng)道的內(nèi)形線是收縮曲線，其一端是面積較大的入風(fēng)口 ，另一端是 面積較小的出風(fēng)口 ，在該風(fēng)力捕集風(fēng)道的出風(fēng)口上設(shè)有一個水平軸葉輪，該水平軸葉輪的 轉(zhuǎn)軸直接連接一個發(fā)電機(jī)。 在較佳的技術(shù)方案中任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā)電模塊之間采用機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)是螺 栓聯(lián)接、焊接或者拉桿聯(lián)接。 在較佳的技術(shù)方案中在地面上設(shè)置的環(huán)形軌道具有多個直徑不同的環(huán)圈，所述 的底座為長方形，并在該底座上對應(yīng)每個環(huán)圈的位置設(shè)有數(shù)個滾輪，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置 控制所述的數(shù)個滾輪的驅(qū)動或者制動；在底座上固定有一個平衡圈，所述的平衡圈滑設(shè)在 直徑最大的一個環(huán)圈上，并在矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的兩側(cè)與該平衡圈之間各設(shè)置有多個拉 錨固定結(jié)構(gòu)。
在較佳的技術(shù)方案中矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊中，處于下層 的風(fēng)力發(fā)電模塊選用鋼材或者合金材料來制造其結(jié)構(gòu)框架，而處于上層的風(fēng)力發(fā)電模塊選 用工業(yè)塑料或者樹脂材料來制造其結(jié)構(gòu)框架。
本發(fā)明具備如下特點(diǎn) 1.裝置結(jié)構(gòu)模塊化。用相同的風(fēng)力發(fā)電模塊可任意組合成多系列裝機(jī)容量的風(fēng)電 電站，每個風(fēng)力發(fā)電模塊間的零部件具有互換性，適合成批量、大規(guī)模生產(chǎn)，從而降低制造 成本，使風(fēng)力發(fā)電成本大幅度降低。 2.單位葉輪面積發(fā)電量大。由于采用捕集風(fēng)道，使自然風(fēng)通過風(fēng)道后，風(fēng)能聚集加 強(qiáng)為自然風(fēng)的數(shù)倍；因此單位葉輪面積發(fā)電量也將增加數(shù)倍，同時由于將數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模 塊豎向組合后，大部分風(fēng)力發(fā)電模塊處于較地面更高位置，空中風(fēng)速較地面更大，更能大大 提高單臺機(jī)組的發(fā)電量。 3.起動風(fēng)速小。由于采用風(fēng)力捕集風(fēng)道，使自然風(fēng)聚集增強(qiáng)，葉輪處風(fēng)力為自然風(fēng) 力數(shù)倍，因此在較低自然風(fēng)速下，葉輪即可起動，同時由于葉輪直徑大大減小，其轉(zhuǎn)動慣量 也隨之減小，有利于微風(fēng)起動。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的主視圖； 圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的右視圖； 圖3是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖4是本發(fā)明另一實施例的主視圖； 圖5是本發(fā)明另一實施例的右視圖 圖6是本發(fā)明另一實施例的俯視圖； 圖7是本發(fā)明使用的風(fēng)力發(fā)電模塊的主視圖； 圖8是本發(fā)明使用的風(fēng)力發(fā)電模塊的側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1、圖2、圖3，是本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其包括座體IO和豎立設(shè) 置在座體10上的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置20，其中 所述的座體10包括固定在地面上的環(huán)形軌道11和在該環(huán)形軌道11上旋轉(zhuǎn)移動的底座12，在所述的底座12上還設(shè)有風(fēng)向監(jiān)測裝置(采用現(xiàn)有技術(shù))與跟蹤回轉(zhuǎn)裝置，所 述的風(fēng)向監(jiān)測裝置與所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置電連接，能夠測量風(fēng)向并輸送給所述的跟蹤回轉(zhuǎn) 裝置，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置則接收風(fēng)向監(jiān)測裝置提供的信息，然后控制座體10在軌道上旋 轉(zhuǎn)移動或定位，以保證座體10上的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊的迎風(fēng)面與風(fēng)向相適應(yīng)；在本實施 例中，所述的環(huán)形軌道11具有兩個環(huán)圈( 一個外環(huán)圈和一個內(nèi)環(huán)圈，當(dāng)然也可以包括多個 環(huán)圈)，所述的底座12為長方形；而所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置，是在該底座12上對應(yīng)所述的外 環(huán)圈和內(nèi)環(huán)圈的位置各設(shè)有數(shù)個滾輪13，利用所述的數(shù)個滾輪13的驅(qū)動或者制動，可以實 現(xiàn)底座12在環(huán)形軌道11上的旋轉(zhuǎn)移動或定位； 所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置20具有復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊21，每一個風(fēng)力發(fā)電模 塊21都有一側(cè)是迎風(fēng)面211，所述的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊21呈矩陣式地排列時，所有的風(fēng) 力發(fā)電模塊21的迎風(fēng)面211都朝向同一側(cè)，任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā)電模塊21之間都采用 機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)(如螺栓聯(lián)接、焊接或者拉桿聯(lián)接)固定在一起，而最低一排風(fēng)力發(fā)電模塊 21與所述的座體10的底座12固定連接； 參見圖7、圖8，是本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電模塊21的一個較佳實施例，由圖可知，每 個風(fēng)力發(fā)電模塊21具有一個長方體形的結(jié)構(gòu)框架212，并在所述的結(jié)構(gòu)框架212內(nèi)填充有 不透氣材料，使該結(jié)構(gòu)框架212內(nèi)形成一個貫穿該風(fēng)力發(fā)電模塊21前后方向的風(fēng)力捕集風(fēng) 道213，該風(fēng)力捕集風(fēng)道213的內(nèi)形線為收縮曲線，其前端(即對應(yīng)于迎風(fēng)面211的一端) 是面積較大的入風(fēng)口 214，后端是面積較小的出風(fēng)口 215，在該風(fēng)力捕集風(fēng)道213的出風(fēng)口 215上設(shè)有一個水平軸葉輪216，該水平軸葉輪216的轉(zhuǎn)軸后端直接連接一個發(fā)電機(jī)217。 當(dāng)風(fēng)從該風(fēng)力捕集風(fēng)道213的入風(fēng)口 214吹入，受到結(jié)構(gòu)框架212內(nèi)不透氣材料的阻擋，會 沿著風(fēng)力捕集風(fēng)道213的收縮曲線狀的內(nèi)形線在該出風(fēng)口 215處集中。
需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的風(fēng)力捕集風(fēng)道213的內(nèi)形線是根據(jù)風(fēng)洞原理設(shè)計的。風(fēng) 洞常用于在航天航空領(lǐng)域測試按比例縮小的航空飛行器模型在一定速度空氣流中的性能， 如圖14、圖15所示，其裝置在循環(huán)的閉路管道中產(chǎn)生氣流經(jīng)過收縮風(fēng)筒的內(nèi)形線產(chǎn)生加 速，在小界面管道內(nèi)形成加速獲得較高速度的氣流，使飛行器模型模擬高速飛行。速度V1 是由管道內(nèi)的風(fēng)扇形成的，通過小界面A2產(chǎn)生的尾風(fēng)再經(jīng)風(fēng)扇加速，通過A1截面的風(fēng)源由 電扇產(chǎn)生氣流改為自然風(fēng)，自然風(fēng)以VI的速度流經(jīng)收縮風(fēng)筒內(nèi)形線至小界面A2時產(chǎn)生V2 加速。這個收縮風(fēng)筒內(nèi)形線是經(jīng)過嚴(yán)格計算的，產(chǎn)生的結(jié)果是必須是A1/A2二V2/V1，從而 得出V2 = V1XA1/A2。以入風(fēng)口 214的面積是出風(fēng)口 215的面積的四倍為例，1. 6-3. 3米/ 秒的2級輕風(fēng)可以被提高為5級勁風(fēng)，足以帶動該出風(fēng)口 215設(shè)置的水平軸葉輪216旋轉(zhuǎn) 發(fā)電了。因此，本發(fā)明所述的風(fēng)力捕集風(fēng)道213的內(nèi)形線為收縮曲線，并不同于一般喇叭口 的大小口，喇叭口是沒有上述嚴(yán)格比例加速現(xiàn)象的。利用此原理將大自然中不能驅(qū)動葉輪 的弱風(fēng)經(jīng)過高倍數(shù)的提高，獲得能夠高效推動葉輪的風(fēng)能，風(fēng)力捕集風(fēng)道的收縮內(nèi)形線因 要達(dá)到通過內(nèi)形線曲面加速的目的，所以形狀呈比較長而深的曲面筒形。
本發(fā)明的工作過程如下 1.在每個風(fēng)力發(fā)電模塊21中，自然風(fēng)通過風(fēng)力捕集風(fēng)道進(jìn)口進(jìn)入，由于其聚合加
強(qiáng)作用，流過風(fēng)道后在葉輪處得到數(shù)倍加強(qiáng)后，推動葉輪轉(zhuǎn)動發(fā)電。 2.每個風(fēng)力發(fā)電模塊21通過機(jī)械聯(lián)接進(jìn)行橫向和豎向組合，構(gòu)成矩形陣列。 3.整個矩形陣列置于由底座12與環(huán)形軌道11組成的回轉(zhuǎn)裝置上，通過風(fēng)向跟蹤
5隨動系統(tǒng)自動調(diào)整陣列的正面朝風(fēng)角度。
采用上述結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、由于風(fēng)力發(fā)電模塊21從低到高排列，在利用高空中的風(fēng)力發(fā)電的同時，接近地 面位置的風(fēng)力也得到了利用，提高了風(fēng)力利用率； 2、由底座12與環(huán)形軌道11組成的回轉(zhuǎn)裝置，可以針對風(fēng)向調(diào)整整個發(fā)電裝置的 迎風(fēng)方向，能夠最大程度地利用風(fēng)力，不論風(fēng)向如何都能夠發(fā)電，避免了裝置閑置；
3、通過風(fēng)力捕集風(fēng)道的聚合加強(qiáng)作用，即使在2級輕風(fēng)的氣候條件下，仍然能夠 發(fā)電，提高了發(fā)電裝置的適應(yīng)性； 4、通過風(fēng)力捕集風(fēng)道的聚合加強(qiáng)作用加強(qiáng)風(fēng)力，使得葉輪的直徑可以設(shè)計得更 小，而且不需要變速裝置就可以直接帶動發(fā)電機(jī)217發(fā)電，因此造價更低，降低了發(fā)電成 本。 在上述實施例中，每個風(fēng)力發(fā)電模塊21高約10米，在如圖1所示，僅安裝3 X 3個 風(fēng)力發(fā)電模塊21的情況下，該矩陣式風(fēng)力發(fā)電模塊21的整體高度約30米，能夠依靠底座 12的力量抵抗風(fēng)力搖晃。 而在下述實施例中，如圖4、圖5、圖6所示，安裝10 X 10個風(fēng)力發(fā)電模塊21，矩陣 式風(fēng)力發(fā)電模塊21的整體高度達(dá)到約100米(或者更高)，重量也大大增加，因此需要對整 體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震能力進(jìn)行如下強(qiáng)化 在地面上設(shè)置的環(huán)形軌道11具有四個以上的環(huán)圈，而所述的底座12仍為長方形； 并在該底座12上對應(yīng)每個環(huán)圈的位置設(shè)有數(shù)個滾輪13，利用所述的數(shù)個滾輪13的驅(qū)動或 者制動，以實現(xiàn)底座12在環(huán)形軌道11上的旋轉(zhuǎn)移動或定位；不僅如此，還在底座12上固 定有一個平衡圈14，所述的平衡圈14滑設(shè)在其中一個環(huán)圈(一般是直徑最大的一個環(huán)圈) 上，然后在矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置20的兩側(cè)與該平衡圈14之間各設(shè)置多個拉錨固定結(jié)構(gòu)15， 當(dāng)遭遇大風(fēng)力形成晃動的時候，可以依靠平衡圈14提供的穩(wěn)定力矩，使得矩陣式風(fēng)力發(fā)電 裝置20不會傾覆。 眾所周知，矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置20的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊21中，越靠近地面的承 受的壓力越大，越靠上的則承受越小的壓力，因此，處于下層的風(fēng)力發(fā)電模塊21，應(yīng)當(dāng)選用 強(qiáng)度更大的材料(例如鋼材或者合金材料)來制造，而處于上層的風(fēng)力發(fā)電模塊21，則選 用強(qiáng)度較小的材料(例如工業(yè)塑料或者樹脂材料)來制造，這樣一來，在節(jié)約金屬材料的 同時，還能夠減輕下層風(fēng)力發(fā)電模塊21的承重。 以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落 入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置豎立在地面上，并具有復(fù)數(shù)個呈矩陣式排列的風(fēng)力發(fā)電模塊，所述的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊的迎風(fēng)面朝向同一側(cè)，且任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā)電模塊之間采用機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)固定在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于還包括有座體，所述的座 體包括固定在地面上的環(huán)形軌道和在該環(huán)形軌道上旋轉(zhuǎn)移動的底座，所述的矩陣式風(fēng)力發(fā) 電裝置的最低一排風(fēng)力發(fā)電模塊與所述的座體的底座固定連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在所述的底座上還設(shè)有 風(fēng)向監(jiān)測裝置與跟蹤回轉(zhuǎn)裝置，所述的風(fēng)向監(jiān)測裝置與所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置電連接，所述 的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置控制座體在軌道上旋轉(zhuǎn)移動或定位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述的環(huán)形軌道包括多 個直徑不同的環(huán)圈，所述的底座為長方形，并在該底座上對應(yīng)所述的環(huán)圈的位置各設(shè)有數(shù) 個滾輪，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置控制所述的數(shù)個滾輪的驅(qū)動與制動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于每一個風(fēng)力發(fā)電模塊都 具有一個長方體形的結(jié)構(gòu)框架，在每個風(fēng)力發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)框架內(nèi)填充有不透氣材料，并 使該結(jié)構(gòu)框架內(nèi)形成一個貫穿的風(fēng)力捕集風(fēng)道，該風(fēng)力捕集風(fēng)道的內(nèi)形線是收縮曲線，其 一端是面積較大的入風(fēng)口 ，另一端是面積較小的出風(fēng)口 ，在該風(fēng)力捕集風(fēng)道的出風(fēng)口上設(shè) 有一個水平軸葉輪，該水平軸葉輪的轉(zhuǎn)軸直接連接一個發(fā)電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā) 電模塊之間采用機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)是螺栓聯(lián)接、焊接或者拉桿聯(lián)接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在地面上設(shè)置的環(huán)形軌 道具有多個直徑不同的環(huán)圈，所述的底座為長方形，并在該底座上對應(yīng)每個環(huán)圈的位置設(shè) 有數(shù)個滾輪，所述的跟蹤回轉(zhuǎn)裝置控制所述的數(shù)個滾輪的驅(qū)動或者制動；在底座上固定有 一個平衡圈，所述的平衡圈滑設(shè)在直徑最大的一個環(huán)圈上，并在矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的兩 側(cè)與該平衡圈之間各設(shè)置有多個拉錨固定結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置的 復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊中，處于下層的風(fēng)力發(fā)電模塊選用鋼材或者合金材料來制造其結(jié)構(gòu)框 架，而處于上層的風(fēng)力發(fā)電模塊選用工業(yè)塑料或者樹脂材料來制造其結(jié)構(gòu)框架。
全文摘要
本發(fā)明是一種矩陣式風(fēng)力發(fā)電裝置，其豎立在地面上，并具有復(fù)數(shù)個呈矩陣式排列的風(fēng)力發(fā)電模塊，所述的復(fù)數(shù)個風(fēng)力發(fā)電模塊的迎風(fēng)面朝向同一側(cè)，且任意兩個相鄰的風(fēng)力發(fā)電模塊之間采用機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)固定在一起。本發(fā)明較現(xiàn)行的三槳長葉風(fēng)力發(fā)電裝置單位葉輪面積發(fā)電量大，造價低，裝機(jī)容量可隨意組合，微風(fēng)時亦可發(fā)電，是新一代風(fēng)力發(fā)電的理想方式。
文檔編號F03D1/00GK101776045SQ20101010182
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者王秀順 申請人:王秀順