1.本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风向可调整式风力发电组件。
背景技术：
2.风力发电组件是一种利用风力进行发电的组件，其利用风力作为动力，带动发电机进行磁切割运动从而产生电能，由此获得电力的发电方式，具有较好的节能环保效果，在如今节能减排的社会环境当中受到了普遍的推广，具有利用无限量、无费用的清洁能源－风力来进行发电的优势。
3.如公开号为cn109973307b，公开了一种可以自动调节方向的风力发电设备，通过设置有旋转电机、第一齿轮、第二齿轮、第一斜齿轮、第二斜齿轮和转轴，在需要根据风向的不同调节风叶时，启动旋转电机，旋转电机带动第一斜齿轮转动，第一斜齿轮带动第二斜齿轮转动，第二斜齿轮带动转杆在第三滚动轴承内转动，转杆带动第二齿轮转动，第二齿轮带动第一齿轮转动，第一齿轮带动转轴在第一滚动轴承内转动，转轴带动支撑块转动，支撑块带动夹持机构转动，夹持机构带动发电机转动，发电机带动风机转动到与风向相同的位置，能够根据风向的不同对扇叶进行调节，避免了因风向的不同，风叶不能根据风向进行调节，从而导致发电机发电效率较低的问题。
4.基于上述方案，这种调节装置并不够理想，是一种通过在外部施加转动力从而进行调节风力发电的角度，但由于调节装置设置在外部，容易受到环境风吹雨淋或外界撞击的影响，从而影响使用寿命，外界的风向和风速都是不确定的，然而目前的风力发电机的位置固定且方向固定，导致对于外界的风向和风速利用率不高，对风力发电机的发电效率影响，无法根据外界的风向实时对机体或叶片进行调节，影响风力发电机的实际发电效率，且在外界风速过大导致风机转动速度过快时不能够及时感知而做出安全应对措施。
5.因此，通过一种风向可调整式风力发电组件来解决上述问题很有必要。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种风向可调整式风力发电组件，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风向可调整式风力发电组件，包括机体组件、风向调节组件、叶片调节组件和制动防护组件，所述风向调节组件、叶片调节组件和制动防护组件均设置于机体组件的内部，且风向调节组件设置于机体组件的下方。
8.所述风向调节组件包括第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴固定设置有主动齿轮，所述主动齿轮的表面活动设置有从动齿轮，所述从动齿轮远离主动齿轮的一端活动设置有外齿圈，所述从动齿轮的上方活动设置有从动架，所述外齿圈的外表面固定设置有固定架，所述固定架的下端固定设置有塔筒，所述机体组件的上方固定设置有风向仪。
9.所述叶片调节组件包括第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴固定设置有桨距角伞齿轮，所述桨距角伞齿轮的表面活动设置有变桨驱动伞齿轮，所述变桨驱动伞齿轮
的表面中心位置固定设置有转动杆，所述转动杆的一端固定设置有第一法兰盘，所述第一法兰盘的一端固定设置有第二法兰盘，所述第二法兰盘的表面固定设置有叶片，所述第二驱动电机上固定设置有控制器。
10.优选的，所述从动齿轮的下端固定设置有连接架，所述连接架的下端固定设置有电磁铁，所述电磁铁活动设置于固定架的内部，所述固定架的上方固定设置有电动推杆，所述电动推杆的下端固定设置有限位环，且限位环活动设置于固定架的内部。
11.优选的，所述从动齿轮的数量有三个，且三个从动齿轮呈环形活动设置于主动齿轮和外齿圈之间，所述从动齿轮与从动架相连接的位置开设有活动槽，所述电动推杆的数量有三个，且三个电动推杆呈环形固定设置于固定架的上方，所述固定架与限位环相连接的位置开设有滑槽。
12.优选的，所述变桨驱动伞齿轮的数量有三个，且三个变桨驱动伞齿轮呈环形设置于桨距角伞齿轮的表面，所述变桨驱动伞齿轮和桨距角伞齿轮的表面均开设有多个齿槽，且变桨驱动伞齿轮与桨距角伞齿轮相适配，所述转动杆通过第一法兰盘、第二法兰盘与叶片固定连接。
13.优选的，所述机体组件包括机舱，所述机舱内部固定设置有发电机，所述发电机的一端固定设置有高速转轴，所述高速转轴的一端活动设置有齿轮增速箱，所述齿轮增速箱的一端活动设置有低速转轴，所述低速转轴的一端固定设置有机头，所述机头的表面固定设置有转动座。
14.优选的，所述齿轮增速箱的下端固定设置有支撑底座，且支撑底座固定设置于从动架的上方，所述低速转轴的表面活动设置有固定座，所述固定座固定设置于机舱的内部，且固定座与低速转轴相连接的位置开设有凹槽。
15.优选的，所述转动座的数量有三个，且三个转动座呈环形固定设置于机头的表面，所述风向调节组件设置于机头的内部，且第一驱动电机固定设置于机头的内部，所述转动杆活动设置于转动座的内部，且转动座与转动杆相连接的位置开设有转动槽。
16.优选的，所述制动防护组件包括防护架，所述防护架固定设置于齿轮增速箱的一侧，所述防护架的两端均固定设置有固定安装柱，所述固定安装柱的一端固定设置有弧形夹座，所述弧形夹座的表面固定设置有电磁线圈，所述高速转轴的外侧壁上固定套设有制动护套，所述制动护套的外表面均布有磁钢片，所述电磁线圈和磁钢片适配。
17.优选的，所述高速转轴上固定装配有转速传感器，且转速传感器和控制器电性连接。
18.本发明的技术效果和优点：
19.1.本发明通过控制器控制叶片调节组件对叶片的偏转角度进行调节，通过第二驱动电机带动桨距角伞齿轮一起转动，在桨距角伞齿轮的作用下，三个变桨驱动伞齿轮与桨距角伞齿轮啮合并发生转动，使变桨驱动伞齿轮带动转动杆在转动座表面开设的转动槽内转动，从而使叶片随着转动杆一起转动，实现对叶片调节偏转角度的目的，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，从而获得最大的动能。
20.2.本发明可以根据高速转轴的转速变化情况来确定叶片转速和风向正对应的关系，这样能够实现风速的最大化利用，以最大程度地增加风力对叶片的冲击力，且控制器会根据机体组件和风向之间的夹角大小来增加风向一侧的电磁铁内的电流值，能够依据风力
的大小实现对风向调节组件锁紧时的稳固程度，防止风向调节组件在角度调整完毕后因风力多大而发生偏移的情况。
21.3.本发明控制器会控制制动防护组件动作，增加叶片转动时的负载以降低高速转轴的转速，且控制器控制叶片调节组件动作来增大叶片的偏转角度，这样能够进一步降低高速转轴的转速，提高安全性，同时，在转速传感器检测到的转速值突然增大时，控制器也会根据转速的增长幅度相对应增加风向一侧的电磁铁内的电流值来确保风向调节组件位置固定后的稳固程度，增加风向调节组件的防转动力矩。
附图说明
22.图1为本发明整体结构第一视角示意图。
23.图2为本发明整体结构第二视角示意图。
24.图3为本发明的机体组件结构剖视示意图。
25.图4为本发明的机舱结构剖视示意图。
26.图5为本发明风向调节组件结构示意图。
27.图6为本发明风向调节组件结构仰视图。
28.图7为本发明机头结构剖视示意图。
29.图8为本发明制动防护组件结构爆炸示意图。
30.图中：1、机体组件；101、机舱；102、发电机；103、高速转轴；104、齿轮增速箱；105、低速转轴；106、固定座；107、机头；108、转动座；109、支撑底座；2、风向调节组件；201、风向仪；202、第一驱动电机；203、主动齿轮；204、从动齿轮；205、外齿圈；206、从动架；207、连接架；208、电磁铁；209、固定架；210、电动推杆；211、限位环；212、塔筒；3、叶片调节组件；301、控制器；302、第二驱动电机；303、桨距角伞齿轮；304、变桨驱动伞齿轮；305、转动杆；306、第一法兰盘；307、第二法兰盘；308、叶片；4、制动防护组件；401、防护架；402、固定安装柱；403、弧形夹座；404、电磁线圈；405、制动护套；406、磁钢片。
具体实施方式
31.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、完整的描述，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。
32.如图1－图3所示，本发明的一种风向可调整式风力发电组件，包括机体组件1、风向调节组件2、叶片调节组件3和制动防护组件4，风向调节组件2、叶片调节组件3和制动防护组件4均设置于机体组件1的内部，且风向调节组件2设置于机体组件1的下方。
33.使用时，由于外界风的方向不断地发生变化，为了提高使用效果，通过风向调节组件2对机体组件1整体进行角度调节，使机体组件1的机头107的方向与风向一致，充分利用风能，提高发电效率，由于外界的风速在不断地变化，通过叶片调节组件3对叶片308的角度进行调节，使叶片308在不同的风速时处于最佳的吸收风能的状态，从而获得最大的动能，提高发电效率，当风速超过一定限度时，叶片308在风的作用下转动过快容易对自身造成损害，通过设置制动防护组件4，在外界风速超过安全阈值时对叶片308进行保护，使叶片308
的转动负载加大来应对过大的风速，避免风速过快对叶片308自身造成损害。
34.如图4所示，机体组件1包括机舱101，机舱101内部固定设置有发电机102，发电机102的一端固定设置有高速转轴103，高速转轴103的一端活动设置有齿轮增速箱104，齿轮增速箱104的一端活动设置有低速转轴105，低速转轴105的一端固定设置有机头107，机头107的表面固定设置有转动座108；齿轮增速箱104的下端固定设置有支撑底座109，且支撑底座109固定设置于从动架206的上方，低速转轴105的表面活动设置有固定座106，固定座106固定设置于机舱101的内部，且固定座106与低速转轴105相连接的位置开设有凹槽。
35.使用时，通过利用外界的风力带动叶片308旋转，即叶片308转动带动机头107以及低速转轴105一起转动，然后通过齿轮增速箱104提高转动速度并带动高速转轴103转动促使发电机102发电，而由于风的方向以及速度在不断发生变化，这对电能转化效率有一定的影响。
36.如图5、图6所示，风向调节组件2包括第一驱动电机202，第一驱动电机202的输出轴固定设置有主动齿轮203，主动齿轮203的表面活动设置有从动齿轮204，从动齿轮204远离主动齿轮203的一端活动设置有外齿圈205，从动齿轮204的上方活动设置有从动架206，外齿圈205的外表面固定设置有固定架209，固定架209的下端固定设置有塔筒212，机体组件1的上方固定设置有风向仪201；从动齿轮204的下端固定设置有连接架207，连接架207的下端固定设置有电磁铁208，电磁铁208活动设置于固定架209的内部，固定架209的上方固定设置有电动推杆210，电动推杆210的下端固定设置有限位环211，且限位环211活动设置于固定架209的内部；从动齿轮204的数量有三个，且三个从动齿轮204呈环形活动设置于主动齿轮203和外齿圈205之间，从动齿轮204与从动架206相连接的位置开设有活动槽，电动推杆210的数量有三个，且三个电动推杆210呈环形固定设置于固定架209的上方，固定架209与限位环211相连接的位置开设有滑槽。
37.使用时，根据风向仪201实时检测外界的风向，控制器301接收电信号并控制风向调节组件2对机体组件1进行调节，通过第一驱动电机202带动主动齿轮203同步转动，从而使从动齿轮204转动，以主动齿轮203为转动中心，三个从动齿轮204分别与主动齿轮203啮合并沿着外齿圈205运动，由于外齿圈205处于静止状态，所以从动架206在三个从动齿轮204的带动下转动，然后从动架206带动支撑底座109一起逆时针转动，从而带动机舱101以及机头107一起转动，便于对机体组件1的角度调节，调节完毕后要锁定角度避免移动，在锁定过程中，由于从动齿轮204带动连接架207以及电磁铁208一起转动，通过电动推杆210向下推动限位环211，使限位环211沿着滑槽在固定架209的内部移动并与电磁铁208接触，利用电磁铁208得电与限位环211之间的磁吸力实现限位环211和电磁铁208之间固定，这样能够实现机体组件1的角度锁定，通过风向调节组件2实现对机体组件1的角度调节，使机体组件1的机头107的方向与风向一致，充分利用风能。
38.如图7所示，叶片调节组件3包括第二驱动电机302，第二驱动电机302的输出轴固定设置有桨距角伞齿轮303，桨距角伞齿轮303的表面活动设置有变桨驱动伞齿轮304，变桨驱动伞齿轮304的表面中心位置固定设置有转动杆305，转动杆305的一端固定设置有第一法兰盘306，第一法兰盘306的一端固定设置有第二法兰盘307，第二法兰盘307的表面固定设置有叶片308，第二驱动电机302上固定设置有控制器301；变桨驱动伞齿轮304的数量有三个，且三个变桨驱动伞齿轮304呈环形设置于桨距角伞齿轮303的表面，且变桨驱动伞齿
轮304与桨距角伞齿轮303相适配，转动杆305通过第一法兰盘306、第二法兰盘307与叶片308固定连接，转动座108的数量有三个，且三个转动座108呈环形固定设置于机头107的表面，风向调节组件2设置于机头107的内部，且第一驱动电机202固定设置于机头107的内部，转动杆305活动设置于转动座108的内部，且转动座108与转动杆305相连接的位置开设有转动槽。
39.使用时，控制器301可以控制叶片调节组件3对叶片308的偏转角度进行调节，通过第二驱动电机302带动桨距角伞齿轮303一起转动，在桨距角伞齿轮303的作用下，三个变桨驱动伞齿轮304与桨距角伞齿轮303啮合并发生转动，使变桨驱动伞齿轮304带动转动杆305在转动座108表面开设的转动槽内转动，从而使叶片308随着转动杆305一起转动，实现对叶片308调节偏转角度的目的，使叶片308在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，从而获得最大的动能。
40.值得说明的是，考虑到叶片308转动时的安全性，因此叶片308在角度调整时设置叶片308的最大角度a1和最小角度a2，且叶片308角度为a1时表明叶片308在其转动平面上的投影面积最小，叶片308角度为a2时表明叶片308在其转动平面上的投影面积最大。
41.如图8所示，制动防护组件4包括防护架401，防护架401固定设置于齿轮增速箱104的一侧，防护架401的两端均固定设置有固定安装柱402，固定安装柱402的一端固定设置有弧形夹座403，弧形夹座403的表面固定设置有电磁线圈404，高速转轴103的外侧壁上固定套设有制动护套405，制动护套405的外表面均布有磁钢片406，电磁线圈404和磁钢片406适配。
42.使用时，当风速过快超出安全阈值时，控制器301驱动制动防护组件4工作，通过电磁线圈404得电能够对制动护套405上的磁钢片406产生磁吸力，这样利用电磁线圈404对磁钢片406的多次且均匀的磁吸力实现对高速转轴103的减速操作，通过电磁线圈404和磁钢片406相互配合，能够对高速转轴103的转动起到制动缓冲，实现过速保护。
43.值得说明的是，风向仪201实时检测外界的风向，这样能够为控制器301驱动风向调节组件2实现机体组件1的方向调整，在风向调整过程中，叶片308和风向的正对角度越来越大，此时在风力的加压带动下能够促使叶片308发生转动，继而带动高速转轴103转动，通过发电机102实现发电操作，且在风向调节组件2向风向正对的方向调整时，基于正向的风力增加，此时能够加快叶片308的转动速度，而高速转轴103上固定装配有转速传感器，因此通过转速传感器能够时刻检测高速转轴103的转速，这样也客观反映出了外界风速情况，同时也可以根据高速转轴103的转速变化情况来确定叶片308转速和风向正对应的关系，在风向仪201的风向检测前提下，直到控制器301控制风向调节组件2将叶片308调整到风向垂直的位置，这样能够实现风速的最大化利用，以最大程度地增加风力对叶片308的冲击力，提高叶片308的转速，提高风力发电效率。
44.值得说明的是，当风向仪201检测到的风向和叶片调节组件3的中心线夹角大于90
°
时，此时控制器301驱动风向调节组件2动作对机体组件1实现方向调整，即沿着夹角逐渐减小的方向转动，夹角从钝角调整至直角的过程中，由于叶片308是和风向背对的，因此为了降低叶片308转动时的风阻，需要将叶片308的偏转角度处于最大角度a1位置，控制器301控制叶片调节组件3将叶片308角度调整至和风向夹角最小的位置，这样能够大幅度降低叶片308随着机体组件1进行转动时的阻力，直到风向和叶片调节组件3的中心线夹角为
90
°
，在此过程中，叶片308一直处于a1位置，然后控制器301继续控制风向调节组件2转动，而在风向和叶片调节组件3的中心线夹角从90
°
到0
°
的调节过程中，为了达到最佳的发电性能，此时控制器301控制叶片308在叶片调节组件3的调整下从最大角度a1快速偏转到最大角度a2处，这样叶片308和风的接触面积最大，且叶片308的正面和风向正对，这样在风力的作用下能够促使叶片308转动，此时叶片308在铅垂面上的投影面积最大，这样能够增加和风的接触面积，便于风力利用最大化，促使叶片308在风力的作用下转动，随着叶片308和风向的正对角度越来越大，此时在风力的加压带动下叶片308的转动速度就越快，发电效率越高。
45.在风向和叶片调节组件3的中心线夹角从90
°
到0
°
的调节过程中，叶片308受到的风力逐渐增大，导致叶片308的转速越来越高，因此高速转轴103的转速在齿轮增速箱104的增速作用下转速被成倍地放大，转速传感器时刻检测高速转轴103的转速，能够为发电机102是否达到极限转速提供控制基础，在调整风向夹角为0时，如果高速转轴103的转速并未达到极限阈值，此时就可以持续以这个正对角度和叶片308的最小角度a2进行风力发电，能够达到最佳的发电效率，且风向仪201为叶片308和风向的正对性提供调整基础并在控制器301的控制下通过风向调节组件2实时调整叶片308转动的角度，保证叶片308能够受到最大的风力，提高发电效率。
46.在调整风向夹角从90
°
到0
°
的过程中，转速传感器检测到高速转轴103的转速就已经达到极限阈值，此时表明风力较大，控制器301在高速转轴103转速达到极限阈值的位置实现风向调节组件2的固定，即控制电动推杆210动作，促使电磁铁208与限位环211之间进行磁吸固定，此时可以保证发电机102的发电效率，由于机体组件1和风向之间存在夹角，风力对风向调节组件2产生转动力矩，此时控制器301控制处于风向一侧的电磁铁208内的电流增大，这样能够增加该侧的电磁铁208和限位环211之间的磁吸力度，能够在强大的风力下抵消风向调节组件2受到的转动力矩，同时利用电磁铁208与限位环211之间的磁吸力实现限位环211和电磁铁208之间的固定限位，这样能够实现机体组件1的角度锁定。
47.值得注意的是，在高速转轴103的转速达到极限阈值时，此时机体组件1和风向之间的夹角越大表明风力越大，在风力的作用下，风向调节组件2受到的转动力矩就越大，因此控制器301会根据机体组件1和风向之间的夹角大小来增加风向一侧的电磁铁208内的电流值，能够依据风力的大小实现对风向调节组件2锁紧时的稳固程度，防止风向调节组件2在角度调整完毕后因风力多大而发生偏移的情况。
48.值得说明的是，当风向仪201检测的风向正好叶片308正对应时，此时控制器301不用控制风向调节组件2动作，仅仅通过叶片调节组件3实现对叶片308的偏转角度的控制，以实现发电效率的最大化，即在转速传感器的检测下，控制器301控制叶片调节组件3动作而调整叶片308的偏转角度，促使叶片308在铅垂面上的投影面积最大，这样能够增加和风的接触面积，便于风力利用最大化，即促使叶片308的偏转角度从a2慢慢减小至a1的过程，直至转速传感器检测到的转速达到极限阈值。
49.应当注意的是，由于风力是不定的，虽然叶片308的表面是弧形设置，方便在风力的作用下实现冲击转动，然而，基于叶片308上的弧度值，使得叶片308在风力作用下最佳效率的转动角度是和风力相对应的，会使得叶片308偏转的角度和风力的大小有关，例如，叶片308的弧度为c0，最大效率下的鼓吹风速为d，此时在d的吹动下，叶片308的转速最大，当
叶片308角度增大或减小时，都会导致叶片308的转速下降，基于此工作原理，本技术文件在叶片308转动的过程中，当叶片308和风向正对时，通过叶片调节组件3对叶片308的偏转角度进行调整，这样在叶片308偏转角度调整的过程中通过转速传感器能够时刻对转速进行检测，直到检测到叶片308的转动速度最大，此时控制器控制叶片调节组件3停止工作，这样能够实现叶片308的最佳偏转角度的调整。
50.然而在转速传感器检测到的转速达到极限阈值时，此时为了安全起见，控制器301会控制制动防护组件4动作，增加叶片308转动时的负载以降低高速转轴103的转速，在短时间内高速转轴103的转速并未恢复正常阈值范围内，此时控制器301控制叶片调节组件3动作来增大叶片308的偏转角度，这样能够进一步降低高速转轴103的转速，提高安全性，同时，在转速传感器检测到的转速值突然增大时，控制器301也会根据转速的增长幅度相对应增加风向一侧的电磁铁208内的电流值来确保风向调节组件2位置固定后的稳固程度，增加风向调节组件2的防转动力矩。
51.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。