一种利用可变惯性盘的高层建筑风车串风力发电装置

1.本发明涉及技术领域，特别涉及一种利用可变惯性盘的高层建筑风车串风力发电装置。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，电能已经成为了我们生活中不可缺少的资源，工业的发展离不开电，商业、生活也离不开电，电能不仅给我们带来了光明，还给我们的生活提供的基础保障。当然电能生产也离不开能源消耗，目前不可再生能源随着工业化和城市化的进步也在逐步的减少，况且传统能源的消耗也会给我们的生态环境造成重大的污染，在这种形势下，清洁无污染的风能将会成为未来重要的代替能源之一，它对能源的补给将会起着重要的作用。
3.如今城市的建筑物都在往高层发展，各个城市的高楼大厦鳞次栉比，在高楼林立的大都市中，高层建筑的楼顶和周围常会出现很大的风，这种风是一种非常好的风能，但是现在没有利用这种风的装置。
4.另外，比如一栋高层建筑有二十层左右，一层有三到五家住户，那么一栋楼中有接近百家住户。每家住户都会不断地排出气体并通过换气通道从建筑楼顶排除，那么一栋楼每天则会排出大量的气体，这种气体也可以转换为风能，但目前也没有能够很好利用这些风能的装置。
5.公开号为cn209510521u，名称为《一种利用高层建筑顶端排气通道的双轴传动风力发电装置》的专利公开的发电装置设置在建筑换气通道内，通过风力发电将高层建筑中排出的气流合理地利用起来。但是，该发电装置是设置在换气通道内的，那么建筑外的流动风就不能利用起来了，且其所使用的惯性块智能起到通过产生的惯性力为排气叶片提供补偿力的作用，但不能调整排气叶片的转速，则发电装置的利用效率会有所降低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于充分利用建筑的换气通道排出的气体以及外部的流动风产生电能，并且对产生机械能的风车发电机构的转速进行调整，以提高发电利用效率，提供一种利用可变惯性盘的高层建筑风车串风力发电装置。
7.为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：一种利用可变惯性盘的高层建筑风车串风力发电装置，设置于建筑的换气通道出口上方，为建筑、小区等的照明系统供电，包括用于产生机械能的风车发电机构、用于将风车发电机构产生的机械能转换为电能的电能转换机构、传动轴，所述风车发电机构包括风车串、可变惯性盘，所述风车串固定于传动轴，传动轴的一端与所述电能转换机构的输入端连接，电能转换机构的输出端为建筑的照明系统供电，所述可变惯性盘固定于所述传动轴，并位于所述风车串与所述电能转换机构之间，可变惯性盘随风速增大惯量，以调节转速，同时储存更多的机械能。
8.在本方案中，所述风车发电机构的风车串利用换气通道排出的气体和外部的流动风进行旋转后产生机械能，产生的机械能带动传动轴转动，从而将风车发电机构产生的机械能传递至电能转换机构，电能转换机构再将机械能转换为电能后为建筑的照明系统供电；设置可变惯性盘在为风车串提供补偿力的情况下，还可以调节风车串的转速。本发电装置不仅能利用建筑换气通道排出的气体，还充分利用了外部的流动风从而产生电能，为可再生资源的合理利用做出了进步，同时也节约了电网电能。
9.更进一步地，所述可变惯性盘包括环状结构的内框架、环状结构的外框架、多个支撑杆以及多个滑块，所述内框架设置于所述外框架内，且所述支撑杆分别固定于所述内框架与外框架之间，并分别沿径向分布；各所述滑块分别套设于各支撑杆，并分别与对应的支撑杆构成滑动副，滑块用于沿支撑杆移动，以改变可变惯性盘的转动惯量。当风速太大时，滑块沿支撑杆移动，增大可变惯性盘的转动惯量以调节转速，同时存储更多的机械能。
10.在本方案中，当换气通道排出的气体和外部的流动风较弱时，可变惯性盘因惯性力存储的机械能可延长风车串的转动周期，以补偿风车串旋转动力，延长本发电装置的发电周期，提高发电效率。同时当可变惯性盘的转动速度过快时，滑块会滑动靠近可变惯性盘的外周，以降低可变惯性盘的转动速度，从而降低风车串的转速；当可变惯性盘的转动速度过慢时，滑块会滑动靠近可变惯性盘的内周，以维持可变惯性盘的转动速度，从而维持风车串的转速，使得风车串的转速可调，以提高发电利用效率。
11.更进一步地，所述风车串包括若干个风车叶，若干个所述风车叶分别固定于换气通道口上方的传动轴，且风车叶面向换气通道设置，既能吸纳常年不息的楼顶风，还能吸纳来自换气通道流动的空气风。
12.更进一步地，还包括增速箱，所述传动轴包括第一传动轴、第二传动轴，所述风车串固定于第一传动轴，第一传动轴的一端与增速箱的输入端连接，且所述可变惯性盘设置于风车串与增速箱之间的第一传动轴；第二传动轴的一端与增速箱的输出端连接，另一端与电能转换机构的输入端连接。
13.在本方案中，风车串通过气流旋转，带动第一传动轴转动，再利用增速箱加大第二传动轴的转速，以提高发电效率。
14.更进一步地，所述第一传动轴与增速箱输入端的连接处还套设有耐磨环套，以及第二传动轴的一端与增速箱的输出端的连接处也套设有耐磨环套，减小装置中增速箱的磨损，提高增速箱的使用寿命，同时也减少了由于增速箱与传动轴之间的摩擦而导致的发电效率下降。
15.更进一步地，所述电能转换机构包括发电机、整流器、逆变器，所述发电机通过第一传动轴和第二传动轴将若干风车串旋转产生的机械能转换为交流电能，发电机的输出端与整流器的输入端连接，整流器的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器为建筑的照明系统输出供电。
16.在本方案中，所述发电机为单轴发电机，容易理解的，也可以为双轴发电机，则需要两组风车发电机构和传动轴，两组风车发电机构可以设置在不同的换气通道出口上方，使得发电量更大。
17.更进一步地，所述电能转换机构还包括超级电容，所述超级电容的输入端连接整流器的输出端，超级电容的输出端连接所述逆变器的输入端，逆变器为建筑的照明系统输
出供电。
18.更进一步地，所述发电机外部还设置有电机保护壳。
19.更进一步地，所述电能转换机构还包括固定支架，用于支撑所述发电机、整流器、逆变器。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：（1）本方案的发电装置使用风车发电机构不仅利用了建筑换气通道排出的气体，还充分利用了外部的流动风，当换气通道排出的气体向上流动以及外部有流动风时，气流推动风车串旋转，从而能将风能转换为机械能，通过传动轴将机械能传递到发电转换机构，发电转换机构将机械能转换为电能，经内部交直转换后为建筑的照明系统供电；风车串还可以利用建筑外部的流动风加速旋转，风车串在旋转运动的同时也可以加快换气通道内的气流上升，从而加快气体排出的速度。
21.（2）本方案的发电机可以使用单轴发电机或双轴发电机，若使用双轴发电机则将风车发电机构分别设置于不同的换气通道出口上方，可以提高发电效率，降低损耗，节约成本。
22.（3）本方案在风车串的下方增加了可变惯性盘，用于储存部分机械能，当换气通道排出的气体或外部流动的风较弱时，可变惯性盘利用自身储存的机械能为风车串补偿旋转动力，延长发电装置的发电周期，提高发电效率；还在可变惯性盘上设置了滑块，当风车串旋转速度非常快时，滑块会远离可变惯性盘的中心来控制风车串的速度减慢；当风力较小时，滑块会靠近中心来释放机械能维持风车串旋转。
23.（4）本方案的发电机输出端连接整流器将输出的交流电能转换为直流电能，一部分输出至超级电容存储，一部分输出至逆变器进行转换为交流电后为建筑的照明系统供电，充分利用可再生资源转换的电能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
25.图1为本发明实施例发电装置结构示意图；图2为本发明实施例发电装置另一种实施方式的结构示意图；图3为本发明风车串结构示意图；图4为本发明可变惯性盘结构示意图。
26.主要元件符号说明风车串11，可变惯性盘12，内框架121，外框架122，支撑杆123，滑块124，第一传动轴（第一传动轴一）12，耐磨环套13，增速箱（增速箱一）3，第二传动轴（第二传动轴一）4，发电机（双轴发电机）51，整流器52，逆变器53，超级电容54，电机保护壳55，固定支架56，换气通道6，照明系统7；第一传动轴二21，增速箱二31，第二传动轴二41。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，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。
29.本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种利用可变惯性盘的高层建筑风车串风力发电装置，设置于建筑的换气通道6出口上方，为建筑的照明系统供电，包括用于产生机械能的风车发电机构、用于将风车发电机构产生的机械能转换为电能的电能转换机构、传动轴，所述风车发电机构包括风车串11、可变惯性盘12，所述风车串11固定于传动轴，传动轴的一端与所述电能转换机构的输入端连接，所述可变惯性盘12固定于所述传动轴，并位于所述风车串11与所述电能转换机构之间。
30.所述风车发电机构用于利用换气通道6排出的气体和外部的流动风进行旋转后产生机械能，产生的机械能带动传动轴转动，从而将风车发电机构产生的机械能传递至电能转换机构，电能转换机构再将机械能转换为电能。
31.详细来说，请继续参见图1、3，所述风车串11包括若干个风车叶，若干个所述风车叶分别固定于所述传动轴，且风车叶面向换气通道设置。所述传动轴包括第一传动轴2、第二传动轴4，所述风车串11固定于第一传动轴2，第一传动轴2的一端与增速箱3的输入端连接，且所述可变惯性盘12设置于风车串11与增速箱3之间的第一传动轴2；第二传动轴4的一端与增速箱3的输出端连接，第二传动轴4的另一端与电能转换机构的输入端连接。当风车串11经换气通道6排出气体或/和外部流动风旋转后，带动第一传动轴2转动，从而产生机械能，产生的机械能传递至增速箱3，同时因惯性力储存部分机械能在可变惯性盘12中，当换气通道排出的气体或外部流动的风较弱时，可变惯性盘12利用自身储存的机械能为风车串11补偿旋转动力，延长本发电装置的发电周期，提高发电效率。
32.所述第一传动轴2与增速箱3输入端的连接处还套设有耐磨环套13，以及第二传动轴4的一端与增速箱3的输出端的连接处也套设有耐磨环套，减小装置中增速箱的磨损，提高增速箱的使用寿命，同时也减少了由于增速箱与传动轴之间的摩擦而导致的发电效率下降。
33.请参见图4，所述可变惯性盘12包括环状结构的内框架121、环状结构的外框架122、多个支撑杆123以及多个滑块124，所述内框架121设置于所述外框架内122，且所述支撑杆123分别固定于所述内框架121与外框架122之间，并分别沿径向分布；各所述滑块124分别套设于各支撑杆123，并分别与对应的支撑杆123构成滑动副，滑块124用于沿支撑杆123移动，以改变可变惯性盘12的转动惯量。当风车串11旋转速度非常快时，滑块124会远离可变惯性盘12的中心来控制风车串11的速度减慢；当风力较小时，滑块124会靠近中心来释
放机械能维持风车串11旋转。
34.请继续参见图1，所述电能转换机构包括发电机51、整流器52、逆变器53，所述第二传动轴4的一端与增速箱3的输出端连接，第二传动轴4的另一端与发电机51的输入端连接，发电机51通过第一传动轴2和第二传动轴4将若干风车串11旋转产生的机械能转换为交流电能。发电机51的输出端与整流器52的输入端连接，将交流电能通过整流器52转换为直流电能，整流器52的输出端分别与逆变器53和超级电容54的输入端连接，将一部分直流电能输出至超级电容54进行存储，剩下部分的直流电能经逆变器53转换为交流电流后为建筑的照明系统7输出供电。
35.当风车发电机构没有产生机械能或产生的机械能微弱时，超级电容54中存储的直流电能输出经逆变器53转换为交流电后为建筑的照明系统7输出供电。若超级电容54中电量足够时，则整流器52暂时不为超级电容54输出电能。
36.更进一步地，所述发电机51外部设置有电机保护壳55，电机保护壳55可以避免换气通道6排出的气体以及外部的流动风长期对发电机51造成的损坏或影响，能充分对装置中的发电机51主体进行保护，有利于延长发电装置的使用寿命。
37.所述发电机51、整流器52、逆变器53通过固定支架56支撑，以保证电能转换机构的稳定。
38.作为另一种可实施方式，容易理解的，所述发电机为双轴发电机51，请参见图2，所述风车发电机构、第一传动轴、第二传动轴、增速箱均为两个，现定义分别为风车发电机构一、风车发电机构二、第一传动轴一2、第二传动轴一4，第一传动轴二21，第二传动轴二41、增速箱一3、增速箱二31。
39.与上一实施方式相同的，所述风车发电机构一套设在第一传动轴一2上，第一传动轴一2的一端与增速箱一3的输入端连接，第二传动轴一4的一端与增速箱一3的输出端连接，第二传动轴一4的另一端与双轴发电机51的第一输入端连接；同样，所述风车发电机构二套设在第一传动轴二21上，第一传动轴二21的一端与增速箱二31的输入端连接，第二传动轴二41的一端与增速箱二31的输出端连接，第二传动轴二41的另一端与双轴发电机51的第二输入端连接；其他部件及连接方式均与上一实施方式相同，故不在此赘述。采用双轴发电机即可接入两组风车发电机构，使得发电能量更大。
40.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。