风力发电机技术领域
本发明涉及风力发电技术领域。更具体地说，本发明涉及一种风力发电机。
背景技术
近年来，从环境的保护的观点出发，利用风力的风力发电装置受到注目。风力发电装
置通常具有将多个叶片安装于轮毂的转子。转子搭载于机舱，该机舱位于在陆地上或海
洋上竖立设置的塔架上。在这种风力发电机中，叶片接受到风而转子旋转，转子的旋转
向收纳在机舱内的发电机传递，在发电机中生成电力。
风力发电的特点1)可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗
化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点；2)建设周期短一个十兆瓦级的
风电场建设期不到一年；3)装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资
金就可以安装一台投产一台；4)可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可
靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50％提高到了98％，高于火力
发电且机组寿命可达20年；5)造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦
时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组
全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、
产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电；6)运行维护简单现代
中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期
进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题；7)实际占地面积小发电机组与监控、变
电等建筑仅占火电厂1％的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用；8)发电方式多样化
风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成
互补系统，还可以独立运行，因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性；9)
单机容量小由于风能密度低决定了单台风力发电机组容量不可能很大，与现在的火力发电
机组和核电机组无法相比。另外风况是不稳定的，有时无风有时又有破坏性的大风，这
都是风力发电必须解决的实际问题。
目前，风电机组自动变桨系统大体可分为三种，即液压变桨系统、电动变桨系统和离
心式被动变桨系统，其中液压变桨系统因其易漏油，控制器昂贵，液压油受温度影响大，
需要定期换油和过滤器等诸多缺陷，目前市场中已经很少使用，电动变桨系统与液压变桨
系统相比具有一定优点，目前占据主要市场，但因其造价太高，过于复杂，对元器件要求
极为苛刻，而且怕雷电，需要经常维护等，所以它也不是完美的方案，之所以占据主要
市场也是风电行业无奈之举，而离心式被动变桨系统因其自身构造原因，只能用在中小
型风电机中，且表现不太理想。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种风力发电机，其较现有风力发电机结构简单，使用安
全，维护方便，性能安全可靠；
本发明还有一个目的是提供一种风力发电机的控制方法，该方法能够根据风力和风向
有效控制风力发电机的安全运行，在保护风力发电机安全的基础上充分利用风能发电。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风力发电机，包括：
塔架；
至少一个叶轮部，其设置在所述塔架上端，所述至少一个叶轮部包括风叶主轴，风叶
主轴与所述塔架同轴；以及叶片，其环绕设置在所述风叶主轴上，以带动风叶主轴旋转；
导风罩，其为一中空筒体，所述塔架竖直设置在所述中空筒体的空腔内，所述塔架的
高度低于所述导风罩的高度的1/2，且所述中空筒体的内侧壁与所述叶片的边沿不接触；
多个导风窗，其均匀成列设置在所述导风罩的侧壁上，所述多个导风窗的上端边沿与
所述导风罩的侧壁枢接，且每一列导风窗同步启闭，所述多个导风窗开启时与所述导风罩
的侧壁的夹角为小于等于90度；
帽体，其罩设在所述导风罩的上端开口处，所述帽体的纵剖面为一等腰三角形，且所
述帽体由多个尖端朝向帽体的顶部设置的三角形板体拼接而成，所述多个三角形板体可分
别以其轴线为圆心旋转，旋转的角度小于等于90度；
第一驱动装置，其驱动所述多个导风窗的启闭；
第二驱动装置，其驱动所述多个三角形板体分别以其轴线为圆心旋转；
风力风向测量仪，其设置在所述帽体上；以及
控制装置，其与所述风力风向测量仪、第一驱动装置和第二驱动装置电连接。
优选的是，其中，所述至少一个叶轮部为两个，其自上向下同轴排列设置在所述塔架
上，且靠近上方的叶轮部的直径小于靠近下方的叶轮部的直径的1/2。
优选的是，其中，还包括：
发电机组，其设置在所述塔架内。
优选的是，其中，所述第一驱动装置还包括：
卷轴，其设置在成列设置的导风窗的正上方，且固定在所述导风罩的内侧壁上；
第一驱动电机，其驱动一对卷轴中一个卷轴旋转；
第一钢丝绳，其一端固定在卷轴上，另一端固定在位于其正下方的第一扇导风窗的窗
体中部；以及
第二钢丝绳，其自上向下依次贯穿设置在成列设置的导风窗的下端边沿上。
优选的是，其中，还包括：
锁紧装置，其包括多个永磁体，多个永磁体分别设置在靠近地面的导风窗的下窗框上；
且与锁紧装置配合锁紧的导风窗的下边框为铁质。
优选的是，其中，第二驱动装置还包括：
第二驱动电机，其设置在所述帽体的顶部的正下方；
齿轮，其水平设置在所述帽体的顶部的正下方，且所述第二驱动电机驱动所述主动轮
旋转；以及
螺杆，其自三角形板体的尖端沿轴线设置在所述多个三角形板体内，螺杆的上端与所
述齿轮啮合设置。
优选的是，其中，所述叶片设置为弧形结构，使得所述叶轮呈凹槽状，且凹槽状的开
口朝向所述帽体。
优选的是，其中，所述导风罩的横切面为正多边形，且所述导风罩的横切面的面积自
上向下逐渐增大。
优选的是，其中，设置在距离地面最近的导风窗的下边框高于或者等于所述塔架的高
度。
一种风力发电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在控制装置内预设风力阈值为第一阈值为4级风和第二阈值为7级风；
步骤二、控制装置实时检测风力风向测量仪的检测数据，当风力小于等于第一阈值时，
启动第一驱动电机将导风窗打开的角度为小于50度，且根据风向调整正对来风方向的多
列导风窗打开，其他方向的导风窗关闭，同时所述帽体的所述多个三角形板体不发生旋转；
当风力大于第一阈值且小于等于第二阈值时，启动第一驱动电机调整导风窗打开的角
度为小于等于70度，且根据风向调整正对来风方向的多列导风窗打开，其他方向的导风
窗关闭，同时控制第二驱动电机将所述多个三角形板体的旋转角度调整为小于45度；
当风力大于第二阈值时，启动第一驱动电机调整将所有导风窗全部打开，且调整导风
窗打开的角度为90度，同时控制第二驱动电机将所述多个三角形板体的旋转角度调整为
90度。
本发明至少包括以下有益效果：
帽体与导风罩有效配合，将塔架罩起来，能够有效保护塔架不受外界恶略环境的
影响，且叶轮部中的风叶主轴与塔架同轴，方便安装和维护，另外，叶片的角度不用根据
风向进行调节，无需安装现有的偏航驱动系统就可以实现风力发电，只需要将现有的发电
机组安装在塔架内部即可，在安装发电机组和塔架之间的缝隙内安装散热系统，方便散热；
导风窗设置为根据风力大小调整开启角度，帽体的三角形板体闭合，以便将风力集中后全
部吹向叶轮部，在风较小时，也能高效完成发电作业；当风力较大时，还能调整帽体的三
角形板体打开，同事导风窗也全部打开，使得风力发电机内外处于全通风状态，以将叶轮
部收到的风力降到最低，保护风力发电机不受损坏；当风力发电机需要维护时，可以将
导风窗和帽体全部关闭，维护人员相当于在室内工作，且塔架的高度相对现有风力发电机
塔架高度低很多，降低维护难度，提高维护速度，保护维护员进行安全操作；
叶轮部设置为两个，可有效利用风能，避免风能浪费，同时避免过多风能吹向底面，
引起扬尘；
每一列导风窗的上方和下方均设置一对卷轴、第一驱动电机和钢丝绳，钢丝绳在一对
卷轴上上下往复运动其控制该列导风窗的启闭，其中每一组第一驱动电机包括两个驱动电
机，用于同步驱动一对卷轴；
帽体设置为根据风力的大小调整所述多个三角形板体的旋转角度，以控制帽体阻挡导
风罩收集的风力，在风力较小时，所述多个三角形板体不发生旋转，将所有风力集中吹向
叶轮部发电；当风力较大时，调整所述多个三角形板体的旋转角度以降低叶轮部收到的风
力，保护叶轮部。
综上所述，本发明提供的风力发电机结构简单，使用安全，维护方便，性能安全可靠；
本发明提供的风力发电机的控制方法能够有效控制风力发电机的安全运行，在保护风力发
电机安全的基础上充分利用风能发电。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明
的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的所述的风力发电机的一个实施方案中的剖视结构示意图；
图2为本发明的所述的风力发电机的另一个实施方案中的剖视结构示意图；
图3为本发明的所述的风力发电机的再一个实施方案中的剖视结构示意图；
图4为本发明的所述的风力发电机的一个实施方案中的帽体的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能
够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多
个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1和图4所示，本发明提供了一种风力发电机，包括：
塔架1；
至少一个叶轮部2，其设置在所述塔架上端，所述至少一个叶轮部包括风叶主轴，风
叶主轴与所述塔架同轴；以及叶片，其环绕设置在所述风叶主轴上，以带动风叶主轴旋转；
导风罩3，其为一中空筒体，所述塔架竖直设置在所述中空筒体的空腔内，所述塔架
的高度低于所述导风罩的高度的1/2，且所述中空筒体的内侧壁与所述叶片的边沿不接触；
多个导风窗6，其均匀成列设置在所述导风罩的侧壁上，所述多个导风窗的上端边沿
与所述导风罩的侧壁枢接，且每一列导风窗同步启闭，所述多个导风窗开启时与所述导风
罩的侧壁的夹角为小于等于90度；
帽体4，其罩设在所述导风罩的上端开口处，所述帽体的纵剖面为一等腰三角形，所
述帽体由多个尖端朝向帽体的顶部设置的三角形板体拼接而成，所述多个三角形板体可分
别以其轴线为圆心旋转，旋转的角度小于等于90度；
第一驱动装置5，其驱动所述多个导风窗的启闭；
第二驱动装置，其驱动所述多个三角形板体10分别以其轴线为圆心旋转；
风力风向测量仪11，其设置在所述帽体上；以及
控制装置，其与所述风力风向测量仪、第一驱动装置和第二驱动装置电连接。
在上述方案中，帽体与导风罩有效配合，将塔架罩起来，能够有效保护塔架不受外界
恶略环境的影响，且叶轮部中的风叶主轴与塔架同轴，方便安装和维护，另外，叶片的角
度不用根据风向进行调节，无需安装现有的偏航驱动系统就可以实现风力发电，只需要将
现有的发电机组安装在塔架内部即可，在安装发电机组和塔架之间的缝隙内安装散热系统，
方便散热；导风窗设置为根据风力大小调整开启角度，帽体的三角形板体闭合，以便将风
力集中后全部吹向叶轮部，在风较小时，也能高效完成发电作业；当风力较大时，还能调
整帽体的三角形板体打开，同事导风窗也全部打开，使得风力发电机内外处于全通风状态，
以将叶轮部收到的风力降到最低，保护风力发电机不受损坏；当风力发电机需要维护时，
可以将导风窗和帽体全部关闭，维护人员相当于在室内工作，且塔架的高度相对现有风力
发电机塔架高度低很多，降低维护难度，提高维护速度，保护维护员进行安全操作。
如图3所示，在一个实施方案中，所述至少一个叶轮部为两个，其自上向下同轴排列
设置在所述塔架上，且靠近上方的叶轮部的直径小于靠近下方的叶轮部的直径的1/2。
在上述方案中，叶轮部设置为两个，可有效利用风能，避免风能浪费，同时避免过多
风能吹向底面，引起扬尘。
在一个实施方案中，还包括：
发电机组，其设置在所述塔架内。
如图2所示，在一个实施方案中，所述第一驱动装置还包括：
卷轴9，其设置在成列设置的导风窗的正上方，且固定在所述导风罩的内侧壁上；
第一驱动电机，其驱动一对卷轴中一个卷轴旋转；
第一钢丝绳8，其一端固定在卷轴上，另一端固定在位于其正下方的第一扇导风窗的
窗体中部；以及
第二钢丝绳7，其自上向下依次贯穿设置在成列设置的导风窗的下端边沿上。
在上述方案中，每一列导风窗的上方均设置一卷轴，第一驱动电机驱动卷轴转动，带
动第一钢丝绳拽拉靠近的一扇导风窗，由于第二钢丝绳将下方一列导风窗串接，从而带动
成列导风窗开启，当第一钢丝绳松开时，在重力作用下，该列导风窗关闭。
在一个实施方案中，还包括：
锁紧装置，其包括多个永磁体，多个永磁体分别设置在靠近地面的导风窗的下窗框上；
且与锁紧装置配合锁紧的导风窗的下边框为铁质。
在上述方案中，锁紧装置能够在靠近地面的导风窗的下窗框与其下边框之间通过磁力
锁紧，由于第二钢丝绳的设置，使得其上方的一列导风窗全部被锁紧。
在一个实施方案中，第二驱动装置还包括：
第二驱动电机，其设置在所述帽体的顶部的正下方；
齿轮，其水平设置在所述帽体的顶部的正下方，且所述第二驱动电机驱动所述主动轮
旋转；以及
螺杆，其自三角形板体的尖端沿轴线设置在所述多个三角形板体内，螺杆的上端与所
述齿轮啮合设置。
在上述方案中，帽体设置为根据风力的大小调整所述多个三角形板体的旋转角度，以
控制帽体阻挡导风罩收集的风力，在风力较小时，所述多个三角形板体不发生旋转，将所
有风力集中吹向叶轮部发电；当风力较大时，调整所述多个三角形板体的旋转角度以降低
叶轮部收到的风力，保护叶轮部。
如图3所示，在一个实施方案中，所述叶片设置为弧形结构，使得所述叶轮呈凹槽状，
且凹槽状的开口朝向所述帽体。
在上述方案中，叶轮为凹槽状更利于收集自上向下吹入的风，对风能实现有效利用。
如图3所示，在一个实施方案中，所述导风罩的横切面为正多边形，且所述导风罩的
横切面的面积自上向下逐渐增大。
在上述方案中，导风罩的设置更有利于其在地面上的固定的稳定性，有效集中风能和
保护风力发电机。
在一个实施方案中，设置在距离地面最近的导风窗的下边框高于或者等于所述塔架的
高度。
一种风力发电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在控制装置内预设风力阈值为第一阈值为4级风和第二阈值为7级风；
步骤二、控制装置实时检测风力风向测量仪的检测数据，当风力小于等于第一阈值时，
启动第一驱动电机将导风窗打开的角度为小于50度，且根据风向调整正对来风方向的多
列导风窗打开，其他方向的导风窗关闭，同时所述帽体的所述多个三角形板体不发生旋转；
当风力大于第一阈值且小于等于第二阈值时，启动第一驱动电机调整导风窗打开的角
度为小于等于70度，且根据风向调整正对来风方向的多列导风窗打开，其他方向的导风
窗关闭，同时控制第二驱动电机将所述多个三角形板体的旋转角度调整为小于45度；
当风力大于第二阈值时，启动第一驱动电机调整将所有导风窗全部打开，且调整导风
窗打开的角度为90度，同时控制第二驱动电机将所述多个三角形板体的旋转角度调整为
90度。
上述方法中能够根据风力的大小和风向的改变及时有效的控制风力发电机的安全运
行，在保护风力发电机安全的基础上充分利用风能发电，当风力大于第二阈值时，采取紧
急有效措施，将风力发电机调整为风阻最小状态，保护风力发电机不受大风的损坏。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，
它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现
另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特
定的细节和这里示出与描述的图例。