一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统。

背景技术

目前，主流风力发电系统分为两大类：水平轴风力发电系统和垂直轴风力发电系统，水平轴是指系统的主轴水平于地面安装，也就意味着风车的桨叶的旋转面是垂直于地面的；而垂直轴风力发电系统是指系统的主轴是垂直于地面的，也就意味着桨叶是水平于地面的；这两大类风力发电系统都是依靠风力驱动桨叶来实现风能向电能的转换，而且都是把桨叶安装在主轴上，风力驱动桨叶且桨叶驱动主轴。

目前的大型风力发电系统几乎都是水平轴系统，采用主轴水平安装，桨叶的旋转面垂直于地面，桨叶一般十几米到几十米长，每转一周就能发好几度到几十度电；而一些小型的风力发电系统则采用的是垂直轴，垂直轴风力发电系统的效率一般较低，但是噪声较小，且安装要求不高，适合在人口密集区安装。

目前的主流风力发电系统的成本构成主要由桨叶、立柱、基础、发电机主机等几大部分构成；桨叶是全部成本中占比最大的一部分成本，一般占整个系统成本的四分之一到三分之一；如果不算占用土地和打基础的费用，风车的立柱占的费用占比也不算小，一般占十分之一左右。

风车的桨叶之所以昂贵，是因为风力发电系统对桨叶的要求较高，首先要求桨叶长度足够、重量要轻，其次要求强度足够大，能经受大风的压力，还要求外形要符合流体力学的要求；正是由于风力发电系统对桨叶严苛的要求，所以桨叶的造价才会很高。

由于水平轴风力发电系统的桨叶的旋转面垂直于地面，因此较大容量的水平轴风力发电系统一般不能采用斜拉绳来加固立柱，否则桨叶在旋转式容易刮断斜拉绳；因此，大型系统的立柱必须在没有斜拉绳的情况下能够具有抵抗强风强度，因此，不能安装斜拉绳的系统也使立柱和基础的成本也增加了很多。

同时，水平轴大型风力发电系统的噪声一般较大，不适合于安装在已有的建筑物上，需要占用土地。

目前的风力发电系统的成本虽然还在下降之中，但是明显没有光伏发电系统下降的幅度和潜力大；主要是因为目前的水平轴风力发电系统和垂直轴风力发电系统采用的技术已经快发挥到极限了，主要的成本都是材料成本，比如桨叶的成本主要是轻型纤维材料和树脂的成本，而立柱的成本主要是钢材的成本，基础的成本主要是钢材和水泥的成本。

桨叶的成本已经基本被桨叶的长度要求、强度要求、重量要求和外形要求限制住了，要满这些要求，就必须使用昂贵的高强度轻型材料；而立柱和基础的成本也被系统的抗风能力限制住了，特别是大型水平轴风力发电系统不适合使用斜拉绳来加固立柱，需要坚固的立柱和结实的基础来抵抗强风，更增加了立柱和基础的成本。

而对于光伏发电来说，单晶硅和多晶硅的材料成本及加工成本还有很大的下降空间，随着光伏发电系统成本的快速下降，目前风力发电系统与光伏发电相比的主要优势已经不是成本了，而是风力发电系统夜间也能发电。

所以，摆在传统风力发电系统面前的难题是如何通过技术革新改变现有的成本难以降低的局面。

发明内容

为此，本发明提供一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统，以解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统，包括柔性传动件、条形布料、横杆、传动滚轮以及支架，所述支架上转动连接有两个所述传动滚轮，其中一个所述传动滚轮设置在另外一个所述传动滚轮的斜上方，两个所述传动滚轮上缠绕有所述柔性传动件，所述柔性传动件上设置有多个所述横杆，多个所述横杆等间隔设置，所述条形布料固定在所述柔性传动件上，相邻所述横杆构成长方格，每个所述长方格内的所述条形布料的长度大于相邻所述横杆的间距，每个所述长方格内的所述条形布料呈下垂的弧形兜状结构。

进一步地，所述柔性传动件为链条、同步皮带或绳索中的任意一种。

进一步地，所述条形布料的受风面与水平风向之间的夹角为30°至60°之间。

进一步地，还包括挡风板，所述挡风板围绕在所述支架的外周侧，转动至下侧的所述条形布料被所述挡风板遮住。

进一步地，所述传动滚轮包括转轴和齿轮，所述转轴的两端分别固定有所述齿轮，所述传动滚轮的所述转轴转动连接在所述支架上，所述柔性传动件环绕两个所述传动滚轮的所述齿轮设置。

进一步地，还包括发电机，所述发电机的动力输入轴与所述转轴传动连接。

进一步地，还包括变速箱，所述发电机的动力输入轴与所述变速箱的动力输出轴传动连接，所述变速箱的动力输入轴与所述转轴传动连接。

进一步地，所述变速箱的动力输入轴通过锥齿轮换向器或带传动组件与所述转轴传动连接。

进一步地，多套自动扶梯式无桨叶风力发电系统并排叠加设置。

进一步地，还包括底座、立柱和斜拉绳，所述立柱的顶端设置有所述底座，所述立柱的外侧壁通过多个所述斜拉绳连接在地面上，自动扶梯式无桨叶风力发电系统采用卧式方式设置在所述底座顶部。

本发明具有如下优点：

1、与传统风力发电系统相比，主要的优势是降低了成本，而且独特的兜状布料设计增加了风能的转换效率；

2、以布料、链条和横杆取代传统风力发电系统的桨叶，极大低降低了系统的成本；

3、以布料、链条和横杆取代传统风力发电系统的桨叶，使系统的重量大幅下降、高度大幅降低，减轻了立柱的受力，可降低立柱和基础的成本；

4、本方案为无桨叶系统，可以利用斜拉绳增强立柱的稳固性，从而降低了结构重量和成本；

5、本方案的系统可以部署在已有建筑物的屋顶，可以降低基础和用地的成本；

6、本方案采用布料作为受风材料，独特的兜状迎风面比细长的桨叶受风效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的主视图。

图2为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的侧视图。

图3为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的立体结构图。

图4为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的局部主视图。

图5为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的局部侧视图。

图6为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的局部立体图。

图7为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的传动轮主视图。

图8为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的传动轮侧视图。

图9为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的发电机连接结构图。

图10为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的发电机连接结构图。

图11为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的多套结构立体图。

图12为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的卧式状态图。

图13为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的安装示意图。

图14为本发明一些实施例提供的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统的安装示意图。

图中：1、柔性传动件，2、条形布料，3、横杆，4、传动滚轮，5、支架，6、转轴，7、齿轮，8、挡风板，9、发电机，10、变速箱，11、锥齿轮换向器，12、带传动组件，13、底座，14、立柱，15、斜拉绳。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

如图1至图6所示，本发明第一方面实施例中的一种自动扶梯式无桨叶风力发电系统，包括柔性传动件1、条形布料2、横杆3、传动滚轮4以及支架5，支架5上转动连接有两个传动滚轮4，其中一个传动滚轮4设置在另外一个传动滚轮4的斜上方，两个传动滚轮4上缠绕有柔性传动件1，柔性传动件1上设置有多个横杆3，多个横杆3等间隔设置，条形布料2固定在柔性传动件1上，相邻横杆3构成长方格，每个长方格内的条形布料2的长度大于相邻横杆3的间距，每个长方格内的条形布料2呈下垂的弧形兜状结构。

可选的，如图1至图6所示，在一些实施例中，柔性传动件1为链条、同步皮带或绳索中的任意一种。

在上述实施例中，需要说明的是，本实施例采用高强度的长条形布料固定在链条(或者同步皮带、绳索)上，取代传统风力发电系统的桨叶，将长条形布料通过链条(或者同步皮带、绳索)围绕两套带齿的传动滚轮4围成像跑道一样的闭合形状，外形与自动扶梯或者传送带相似；为了让布料增大迎风面和风阻，把布料用横杆3分成若干长方格，每个长方格内的布料长度大于长方格的边长，呈下垂兜状，目的是使布料在风力的吹动下形成弧形的兜状，以此来增加风阻；具体可以在两条链条(或者同步皮带、绳索)上固定有一定强度的横杆3，然后把长条形布料固定在横杆3上；条形布料2在链条张紧的情况下依然呈现下垂状，以便可以兜住风，条形布料2在风的吹动下可形成类似于风帆的兜状。

需要说明的是，条形布料2在相邻的两根横杆3之间下垂是必须的，否则无法形成兜状来增大风阻；如此，风力驱动倾斜于风向的条形布料2运动，运动的条形布料2拉动链条运动，链条拉动滚轮转动，滚轮转动可以驱动发电机9发电。

上述可选的实施例的有益效果为：与传统风力发电系统相比，主要的优势是降低了成本，而且独特的兜状布料设计增加了风能的转换效率；以条形布料2、链条和横杆3取代传统风力发电系统的桨叶，极大低降低了系统的成本；以条形布料2、链条和横杆3取代传统风力发电系统的桨叶，使系统的重量大幅下降、高度大幅降低，减轻了立柱的受力，可降低立柱和基础的成本；采用无桨叶系统，可以利用斜拉绳增强立柱的稳固性，从而降低了结构重量和成本；可以部署在已有建筑物的屋顶，可以降低基础和用地的成本；采用条形布料2作为受风材料，独特的兜状迎风面比细长的桨叶受风效率高。

可选的，如图1至图6所示，在一些实施例中，条形布料2的受风面与水平风向之间的夹角为30°至60°之间。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，把安装在链条(同步皮带或者绳索)和横杆3上的条形布料2围绕两副带齿的传动滚轮4安装，传动滚轮4上的齿和链条上的槽位匹配，就可以保持两根链条的同步；支架5支起两副带齿的传动滚轮4，使条形布料2与风向呈一定角度。

上述可选的实施例的有益效果为：通过上述角度的设置，风力的分力可以驱动条形布料2围着传动滚轮4滚轮转动。

可选的，如图1至图6所示，在一些实施例中，还包括挡风板8，挡风板8围绕在支架5的外周侧，转动至下侧的条形布料2被挡风板8遮住。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，由于风会绕过前面迎风受力的条形布料2，对转到后面的条形布料2产生作用力，从而阻碍系统转动，因此需要把转动后面的条形布料2用挡风板遮挡住；需要设计挡风板8，把转到后面的条形布料2遮挡住，也就是说，风只能吹迎风的条形布料2，对转到后面的条形布料2作用力很小。

上述可选的实施例的有益效果为：通过上述设置，显著提升系统的效率。

可选的，如图7至图8所示，在一些实施例中，传动滚轮4包括转轴6和齿轮7，转轴6的两端分别固定有齿轮7，传动滚轮4的转轴6转动连接在支架5上，柔性传动件1环绕两个传动滚轮4的齿轮7设置。

可选的，如图9或图10所示，在一些实施例中，还包括发电机9，发电机9的动力输入轴与转轴6传动连接。

可选的，如图9或图10所示，在一些实施例中，还包括变速箱10，发电机9的动力输入轴与变速箱10的动力输出轴传动连接，变速箱10的动力输入轴与转轴6传动连接。

可选的，如图9至图10所示，在一些实施例中，变速箱10的动力输入轴通过锥齿轮换向器11或带传动组件12与转轴6传动连接。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，上述实施例中需要风车把机械能输出给发电机9才能发电，输出的形式可以多种多样，可以利用在转轴6上安装斜齿轮带动变速箱10，再由变速箱10驱动发电机9；也可以利用在转轴6上安装皮带轮，通过皮带带动变速箱10，再由变速箱10驱动发电机9。

可选的，如图11至图13所示，在一些实施例中，多套自动扶梯式无桨叶风力发电系统并排叠加设置。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，对于较大型的风力发电系统，可以采用多套装置并排叠加的布局，传动滚轮4的数量也可以根据需要增加，以便链条不至于大幅度下垂。

可选的，如图图12和14所示，在一些实施例中，还包括底座13、立柱14和斜拉绳15，立柱14的顶端设置有底座13，立柱14的外侧壁通过多个斜拉绳15连接在地面上，自动扶梯式无桨叶风力发电系统采用卧式方式设置在底座13顶部。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，采用卧式的方式，两套背靠背、或者多套背靠背的布局方式，这种布局对称性好。

上实施例的风力发电系统可以安装在建筑物的屋顶，也可以采用立柱14支撑，立柱可以用斜拉绳15固定。

上述实施例解决的技术问题为：

1、采用了全新的风能利用方式，彻底改变了传统的垂直轴和水平轴风力发电的模式，即降低了系统成本、同时又提高了风能的利用率。

2、采用全新的外形类似自动扶梯的无桨叶的方式，系统由多个布料格构成的形似自动扶梯或者传送带的受风系统，取代传统风力发电系统的桨叶，从而将昂贵的桨叶的成本变成了布料的成本，从而极大地降低了系统的成本。

3、由于布料的重量远比桨叶轻，而且受风面又集中，受风效率高，也不需要像传统风力发电系统那样把桨叶做得又细又长，所以同等功率的系统如果采用本方案则不需要那么高的机械强度的立柱和基础支撑，因而也降低了立柱成本和基础的成本。

4、风力发电系统没有细长的桨叶，所以可以采用斜拉绳加固立柱，从而降低的立柱和基础的成本。

5、风力发电系统可以部署在建筑的屋顶，可以节省大部分立柱成本、基础成本和用地成本。

6、由于传送带式无桨叶风力发电系统的受风面类似于船帆的兜状受风面，受风的效果远高于一般桨叶的受风面，所以，提高了系统的效率；

7、可以使风力发电系统的成本大幅下降，可以进一步加速清洁能源的利用。

上述实施例的关键点在于：

1、采用布料作为受风材料，把布料安装在链条和横杆上，形成一个个连续的、可运动的兜状结构。

2、将连续的兜状结构的布料安装在两副或者多副滚轮上，以便布料在风力驱动下可以通过链条驱动滚轮转动，以便将风能转化为机械能。

3、需要利用挡风板将转到后面的布料遮挡住，以便阻止绕到后面的风力吹动转到后面的布料，降低系统的效率。

4、可以将多个受风单元背靠背安装或者堆叠安装，以便形成更大的系统。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。