一种适用于极端环境防雷防积雪的风力发电装置的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种适用于极端环境防雷防积雪的风力发电装置。


背景技术：

2.化石能源造成的污染推动清洁能源的发展，清洁能源是未来能源发展的趋势，以风力发电为首的系列装置应用最为广泛，风力推动叶片转动，叶片与发电机的转子相连接带动发电机产生电流，风力发电机受环境以及天气的影响较大，风力发电机组在强风天气或者飓风天气下需要停机，因为强风天的风向与风速都不稳定，且叶片强度高重量轻，在转动过程中受气流涡度的影响容易发生共振，对叶片不利，因此风力发电机还未能占领极端环境的阵地。
3.发电机组在雷电或者大雪天气中已发生损坏，发电机组中的检测设备在低温环境下易被冻坏，依次受限于天气环境的种种原因，风力发电机组将风力转化为电力的效率大大降低，因此需要设计并使用可以在极端环境中进行使用的风力发电设备。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于极端环境防雷防积雪的风力发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于极端环境防雷防积雪的风力发电装置，包括机架，所述机架上套设有振动管，所述振动管的底部与机架之间设置有若干个弹性柱，所述机架上转动安装有旋转台座，所述旋转台座上设置有发电组件以及减震组件，所述振动管以及发电组件利用风力进行发电，所述减振组件减轻发电装置的震动。
6.进一步的，所述旋转台座上设置有一对支撑架，一对所述支撑架之间安装有发电组件，所述发电组件包括发电机、从动链轮，所述发电机转动安装在一对支撑架上，所述从动链轮设置在发电机上，从动链轮位于发电机与支撑架的转动连接处，所述旋转台座的内部设置有动力仓，所述动力仓内安装有伺服电机，所述伺服电机与控制系统电路连接，伺服电机的电机轴上安装有主动链轮，所述主动链轮与从动链轮之间连接有链条，风力发电装置在应对极端风力环境时，利用伺服电机带动主动链轮旋转，主动链轮通过链条带动从动链轮旋转，从动链轮带动发电机转动方向，同时将扇叶机构变换形状，改变迎风角和迎风方式，使其适应不同的环境，风力进行最大程度的利用，并且避免扇叶受到破坏。
7.进一步的，所述发电机上设置有转枢，所述转枢上设置有若干个扇叶机构，每个所述扇叶机构包括扇叶基座、两个根部扇叶、两个端部扇叶，所述扇叶基座安装在转枢上，两个所述根部扇叶均与扇叶基座转动连接，两个根部扇叶与扇叶基座的连接处设置有扭簧，两个所述端部扇叶分别与两个根部扇叶转动连接，每个端部扇叶与根部扇叶的连接处也设置有扭簧，两个所述端部扇叶的一端转动连接，正常风力下工作时，扇叶机构正对风的方
向，扇叶完全打开，两个根部扇叶及两个端部扇叶相靠拢，此时每个扇叶机构的长度最长，在极端风力环境下，扇叶进行折叠，根部扇叶与端部扇叶进行相靠拢，每个扇叶机构的长度变短，伺服电机通过链条使发电机由水平方向转变为竖直方向，扇叶机构的侧面进行迎风，带动发电机继续发电。
8.进一步的，所述转枢的中部设置有收卷仓，所述收卷仓内设置有收卷电机、收卷筒，所述收卷电机与控制系统电路连接，所述收卷筒设置在收卷电机的电机轴上；
9.两个所述端部扇叶上均开设有钢珠滑槽，两个端部扇叶的转动连接处连接有一根高筋绳，所述高筋绳的一端连接有钢珠，高筋绳以及钢珠位于钢珠滑槽中，两个所述根部扇叶上均开设有索滑槽，所述索滑槽的截面小于钢珠的球径，所述钢珠上连接有钢索，所述钢索位于索滑槽中，钢索的一端连接在收卷筒上，需要从扇叶打开的形态向扇叶折叠的形态转换时，收卷电机带动收卷筒进行转动，收卷筒对钢索进行收卷，钢索拉动钢珠，钢珠通过高筋绳将两个端部扇叶的转动连接处向着转枢方向拉动，由于高筋绳对端部扇叶的拉力方向和端部扇叶与根部扇叶之间的转动连接点处在同一直线上，扇叶机构无法运动，随着收卷电机对钢索的收卷，高筋绳被拉伸变长，钢珠发生移动，钢珠将端部扇叶与根部扇叶之间转动连接点处同时向外推挤，每个端部扇叶向着与之连接的根部扇叶靠拢，扇叶基座与根部扇叶、根部扇叶与端部扇叶之间的扭簧发生形变积蓄弹性势能，直到端部扇叶与根部扇叶完全接触，形成长度缩短，宽高增长的折叠式扇叶，扇叶进行折叠同时，发电机从水平方向转变为竖直方向；
10.需要从扇叶折叠的形态向扇叶展开的形态转换时，收卷电机带动收卷筒进行转动，收卷筒对钢索进行放松，扇叶基座与根部扇叶、根部扇叶与端部扇叶之间的扭簧释放弹性势能，两个根部扇叶及两个端部扇叶相靠拢接触，形成长度最长的展开式扇叶，扇叶进行展开同时，发电机从竖直方向转变为水平方向。
11.进一步的，所述旋转台座的内部设置有一个空腔，所述减震组件包括飞轮电机、弹片、导电环，所述飞轮电机与控制系统电路连接，飞轮电机的电机轴上安装有飞轮，所述弹片设置在旋转台座的底部，所述弹片上设置有导电盘，所述导电环安装在旋转台座的底部，导电环套设在导电盘外侧，所述导电盘的下方连接有重块，当风速过快使整个机架发生幅度大的震动时，旋转台座下方的导电盘接触到导电环，飞轮电机的电路被接通，飞轮电机带动飞轮进行转动，飞轮在高速旋转时产生转动惯量，飞轮的质量重，产生的转动惯量也大，转动惯量的方向与飞轮的端面相垂直，转动惯量一旦产生便很难发生改变，由于风向板随着风向随时使旋转台座进行转动，飞轮的端面正对来风方向，产生的惯量与风力施加到机架上的影响相互抵消，以减少机架的震动。
12.进一步的，所述振动管呈喇叭形，振动管的管壁上凹凸不平，振动管直径小的一端为底端，振动管直径大的一端内侧设置对称设置有若干对磁铁，若干对所述磁铁极性相异的一端相互靠近，所述机架上对应磁铁的位置上设置有若干个线圈绕组，振动管凹凸不平的表面使风吹过时的摩擦力增大，风力作用于振动管的表面，圆柱形的物体在流体中发生有规律的振动，振动管上磁铁的磁场随着振动管的振动而往复移动，线圈绕组中的磁场发生变化，使得线圈绕组中产生感应电流而进行发电，在机架的外侧设置振动管，不仅可以增加风力发电设备对风的利用率，避免积雪在机架上积留冻结，在强风天气下使风力受作用于振动管，对机架起到进一步减震的作用。
13.进一步的，每个所述端部扇叶与根部扇叶转动连接的一端设置均有磁铁，每个扇叶机构上两处端部扇叶与根部扇叶连接的位置所设置的磁铁磁极方向相异，所述旋转台座上还设置有风向板，所述风向板的内部设置有两组线圈、加热电阻，两组所述线圈与加热电阻连接在同一个电路中，在强风低温的环境中，扇叶机构进行折叠工作，随着扇叶的转动，当扇叶与风向板处在同一平面中时，扇叶机构上的磁铁的磁力线穿过线圈，每转过一片扇叶磁力线穿过线圈一次，变化磁场使线圈中产生感应电流，感应电流通过加热电阻中，风向板的温度升高，确保安装在风向板上的风速计不会受到低温环境以及积雪的影响，同时线圈中的感应电流所产生的感应磁场与扇叶上的磁铁所产生的磁场方向相反，电磁阻尼降低扇叶的转动速度，使扇叶在强风环境下保持稳定。
14.进一步的，所述风向板的上方设置有风速计、避雷针，所述风速计与控制系统电路连接，风速计检测风速，为发电组件转变工作形态提供依据，避雷针对发电装置在雷电天气下进行保护。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
16.1、利用风速计对环境中的风速进行检测，伺服电机通过链条带动发电机偏转方向，收卷电机通过钢索改变扇叶形态，在正常环境中发电机水平放置，扇叶机构完全展开，扇叶正对风的方向转动发电，在极端环境中发电机竖直放置，扇叶机构进行折叠，扇叶侧面迎风，改变迎风角和迎风方式，使其适应不同的环境，风力进行最大程度的利用，并且避免扇叶在强风天受到破坏。
17.2、通过在机架的外侧设置振动管，振动管凹凸不平的表面使风吹过时的摩擦力增大，风力作用于振动管的表面，圆柱形的物体在流体中发生有规律的振动，振动管上磁铁的磁场随着振动管的振动而往复移动，线圈绕组中的磁场发生变化，使得线圈绕组中产生感应电流而进行发电，增加风力发电设备对风的利用率，避免积雪在机架上积留冻结。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1是本发明的整体外观结构示意图；
20.图2是本发明桨叶展开的外观结构示意图；
21.图3是本发明的整体内部结构示意图；
22.图4是本发明桨叶折叠的外观结构示意图；
23.图5是本发明桨叶展开的内部结构示意图；
24.图6是本发明桨叶折叠的内部结构示意图；
25.图7是本发明转枢部分的安装结构示意图；
26.图8是本发明风向板的内部结构示意图；
27.图9是本发明图3中a区域的局部放大图；
28.图10是本发明图3中b区域的局部放大图；
29.图中：1、机架；2、振动管；3、弹性柱；4、旋转台座；5、飞轮；6、飞轮电机；7、弹片；801、导电盘；802、导电环；9、重块；10、伺服电机；111、主动链轮；112、从动链轮；12、链条；13、支撑架；14、发电机；15、转枢；16、收卷电机；17、收卷筒；18、钢索；191、扇叶基座；192、根
部扇叶；193、端部扇叶；20、高筋绳；21、钢珠；22、风速计；23、避雷针；24、风向板；25、线圈；26、扭簧。
具体实施方式
30.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
31.请参阅图1-图10，本发明提供技术方案：一种适用于极端环境防雷防积雪的风力发电装置，包括机架1，机架1上转动安装有旋转台座4，旋转台座4上设置有发电组件以及减震组件，旋转台座4上设置有一对支撑架13，一对支撑架13之间安装有发电组件，发电组件包括发电机14、从动链轮112，发电机14转动安装在一对支撑架13上，从动链轮112设置在发电机14上，从动链轮112位于发电机14与支撑架13的转动连接处，旋转台座4的内部设置有动力仓，动力仓内安装有伺服电机10，伺服电机10与控制系统电路连接，伺服电机10的电机轴上安装有主动链轮111，主动链轮111与从动链轮112之间连接有链条12，风力发电装置在应对极端风力环境时，伺服电机10带动主动链轮111旋转，主动链轮111通过链条12带动从动链轮112旋转，从动链轮112带动发电机14转动方向，同时将扇叶机构变换形状，改变迎风角和迎风方式。
32.发电机14上设置有转枢15，转枢15上设置有若干个扇叶机构，每个扇叶机构包括扇叶基座191、两个根部扇叶192、两个端部扇叶193，扇叶基座191安装在转枢15上，两个根部扇叶192均与扇叶基座191转动连接，两个根部扇叶192与扇叶基座191的连接处设置有扭簧26，两个端部扇叶193分别与两个根部扇叶192转动连接，每个端部扇叶193与根部扇叶192的连接处也设置有扭簧26，两个端部扇叶193的一端转动连接，转枢15的中部设置有收卷仓，收卷仓内设置有收卷电机16、收卷筒17，收卷电机16与控制系统电路连接，收卷筒17设置在收卷电机16的电机轴上，两个端部扇叶193上均开设有钢珠滑槽，两个端部扇叶193的转动连接处连接有一根高筋绳20，高筋绳20的一端连接有钢珠21，高筋绳20以及钢珠21位于钢珠滑槽中，两个根部扇叶192上均开设有索滑槽，索滑槽的截面小于钢珠21的球径，钢珠21上连接有钢索18，钢索18位于索滑槽中，钢索18的一端连接在收卷筒17上。
33.在极端风力环境下，需要从扇叶从展开的形态向扇叶折叠的形态转换，收卷电机16带动收卷筒17进行转动，收卷筒17对钢索18进行收卷，钢索18拉动钢珠21，钢珠21通过高筋绳20将两个端部扇叶193的转动连接处向着转枢15方向拉动，由于高筋绳20对端部扇叶193的拉力方向和端部扇叶193与根部扇叶192之间的转动连接点处在同一直线上，扇叶机构无法运动，随着收卷电机16对钢索18的收卷，高筋绳20被拉伸变长，钢珠21发生移动，钢珠21将端部扇叶193与根部扇叶192之间转动连接点处同时向外推挤，每个端部扇叶193向着与之连接的根部扇叶192靠拢，扇叶基座191与根部扇叶192、根部扇叶192与端部扇叶193之间的扭簧26发生形变积蓄弹性势能，直到端部扇叶193与根部扇叶192完全接触，形成长度缩短，宽高增长的折叠式扇叶，扇叶机构的侧面进行迎风，扇叶进行折叠同时，发电机14从水平方向转变为竖直方向；
34.在正常风力下工作时，扇叶从折叠的形态向扇叶展开的形态转换，收卷电机16带
动收卷筒17进行转动，收卷筒17对钢索18进行放松，扇叶基座191与根部扇叶192、根部扇叶192与端部扇叶193之间的扭簧26释放弹性势能，两个根部扇叶192及两个端部扇叶193相靠拢接触，形成长度最长的展开式扇叶，扇叶机构正面迎风转动，扇叶进行展开同时，发电机14从竖直方向转变为水平方向。
35.每个端部扇叶193与根部扇叶192转动连接的一端设置均有磁铁，每个扇叶机构上两处端部扇叶193与根部扇叶192连接的位置所设置的磁铁磁极方向相异，旋转台座4上还设置有风向板24，风向板24的内部设置有两组线圈25、加热电阻，两组线圈25与加热电阻连接在同一个电路中，风向板24的上方设置有风速计22、避雷针23，风速计22与控制系统电路连接，在强风低温的环境中，扇叶机构进行折叠工作，随着扇叶的转动，当扇叶与风向板24处在同一平面中时，扇叶机构上的磁铁的磁力线穿过线圈25，每转过一片扇叶磁力线穿过线圈25一次，变化磁场使线圈25中产生感应电流，感应电流通过加热电阻中，风向板24的温度升高，确保安装在风向板24上的风速计22不会受到低温环境以及积雪的影响，同时线圈25中的感应电流所产生的感应磁场与扇叶上的磁铁所产生的磁场方向相反，电磁阻尼降低扇叶的转动速度。
36.机架1上套设有振动管2，振动管2的底部与机架1之间设置有若干个弹性柱3，振动管2呈喇叭形，振动管2的管壁上凹凸不平，振动管2直径小的一端为底端，振动管2直径大的一端内侧设置对称设置有若干对磁铁，若干对磁铁极性相异的一端相互靠近，机架1上对应磁铁的位置上设置有若干个线圈绕组，风力作用于振动管2的表面，圆柱形的物体在流体中发生有规律的振动，振动管2上磁铁的磁场随着振动管2的振动而往复移动，线圈绕组中的磁场发生变化，使得线圈绕组中产生感应电流而进行发电，在机架1的外侧设置振动管2，不仅可以增加风力发电设备对风的利用率，避免积雪在机架1上积留冻结，在强风天气下使风力受作用于振动管2，对机架1进行减震。
37.旋转台座4的内部设置有一个空腔，减震组件包括飞轮电机6、弹片7、导电环802，飞轮电机6与控制系统电路连接，飞轮电机6的电机轴上安装有飞轮5，弹片7设置在旋转台座4的底部，弹片7上设置有导电盘801，导电环802安装在旋转台座4的底部，导电环802套设在导电盘801外侧，导电盘801的下方连接有重块9，当风速过快使整个机架1发生幅度大的震动时，旋转台座4下方的导电盘801接触到导电环802，飞轮电机6的电路被接通，飞轮电机6带动飞轮5进行转动，飞轮5在高速旋转时产生转动惯量，飞轮5的质量重，产生的转动惯量也大，转动惯量的方向与飞轮5的端面相垂直，由于风向板24随着风向随时使旋转台座4进行转动，飞轮5的端面正对来风方向，产生的惯量与风力施加到机架1上的影响相互抵消，以减少机架1的震动。
38.本发明的工作原理：本发明中的风力发电设备将传统的风车型发电与振动型发电方式相结合，风速计22实时检测环境中的风力，在极端风力环境下工作时，扇叶从展开的形态向扇叶折叠的形态转换，收卷电机16带动收卷筒17进行转动，收卷筒17对钢索18进行收卷，钢索18拉动钢珠21，钢珠21通过高筋绳20将两个端部扇叶193的转动连接处向着转枢15方向拉动，由于高筋绳20对端部扇叶193的拉力方向和端部扇叶193与根部扇叶192之间的转动连接点处在同一直线上，扇叶机构无法运动，随着收卷电机16对钢索18的收卷，高筋绳20被拉伸变长，钢珠21发生移动，钢珠21将端部扇叶193与根部扇叶192之间转动连接点处同时向外推挤，每个端部扇叶193向着与之连接的根部扇叶192靠拢，扇叶基座191与根部扇
叶192、根部扇叶192与端部扇叶193之间的扭簧26发生形变积蓄弹性势能，直到端部扇叶193与根部扇叶192完全接触，形成长度缩短，宽高增长的折叠式扇叶，扇叶机构的侧面进行迎风，扇叶进行折叠同时，伺服电机10带动主动链轮111旋转，主动链轮111通过链条12带动从动链轮112旋转，从动链轮112带动发电机14转动方向，发电机14从水平方向转变为竖直方向，当扇叶与风向板24处在同一平面中时，扇叶机构上的磁铁的磁力线穿过线圈25，每转过一片扇叶磁力线穿过线圈25一次，变化磁场使线圈25中产生感应电流，感应电流通过加热电阻中，风向板24的温度升高，确保安装在风向板24上的风速计22不会受到低温环境以及积雪的影响，同时线圈25中的感应电流所产生的感应磁场与扇叶上的磁铁所产生的磁场方向相反，电磁阻尼降低扇叶的转动速度；
39.当风速回归正常范围时，扇叶从折叠的形态向扇叶展开的形态转换，收卷电机16带动收卷筒17进行转动，收卷筒17对钢索18进行放松，扇叶基座191与根部扇叶192、根部扇叶192与端部扇叶193之间的扭簧26释放弹性势能，两个根部扇叶192及两个端部扇叶193相靠拢接触，形成长度最长的展开式扇叶，扇叶机构正面迎风转动，扇叶进行展开同时，伺服电机10通过链条12带动发电机14从竖直方向转变为水平方向。
40.振动管2是振动型发电动力的来源，风力作用于振动管2的表面，圆柱形的物体在流体中发生有规律的振动，振动管2上磁铁的磁场随着振动管2的振动而往复移动，线圈绕组中的磁场发生变化，使得线圈绕组中产生感应电流而进行发电，增加风力发电设备对风的利用率，避免积雪在机架1上积留冻结，在强风天气下使风力受作用于振动管2，对机架1进行减震，若风速过快使整个机架1发生幅度大的震动，旋转台座4下方的导电盘801接触到导电环802，飞轮电机6的电路被接通，飞轮电机6带动飞轮5进行转动，飞轮5在高速旋转时产生转动惯量，转动惯量的方向与飞轮5的端面相垂直，由于风向板24随着风向随时使旋转台座4进行转动，飞轮5的端面正对来风方向，产生的惯量与风力施加到机架1上的影响相互抵消，以减缓机架1的震动。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。