[0001] 本申请涉及储能技术领域，特别是涉及风力发电装置及储能系统。

[0002] 风能是目前可再生能源领域的重要组成部分。风力发电装置正是将风能转换为电能加以利用，并通过在风力发电中引入储能电池技术，可以将风能在风速较高或稳定时储存起来，以便在风速较低或无风时使用。储能电池具有储存效率高、响应速度快等优点，与风力发电装置能有效搭建成离网型能源系统。

[0003] 现有的风力发电装置大多采用固定式，风轮的朝向单一，由于地面风并不是从水平面上固定朝风轮流动的，地面风从水平面上的其他方向吹向风轮时，风轮并不能垂直面来接收风的正面最大压力，进而影响风轮接收风能的效率，并不能最大限度利用好风力发电的资源。

[0022] 为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

[0023] 除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0024] 此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0025] 请参阅图1和图2，风力发电装置1000包括发电机组件10、中心转轴20、第一套筒30、安装罩40、叶片组件50、尾舵60、第一轴承70、轴承组件80、支撑柱90以及底座100。其中，发电机组件10设置于支撑柱90的上端，支撑柱90的下端连接底座100，发电机组件10与中心转轴20连接，中心转轴20可带动发电机组件10的转动轴转动，第一套筒30和第一轴承70均套设于中心转轴20上，第一套筒30靠近发电机101的一端包覆于第一轴承70，第一轴承70用于实现第一套筒30可相对于中心转轴20转动，第一套筒30通过轴承组件80与安装罩40连接，第一套筒30可随安装罩40的转动而转动，叶片组件50设置于安装罩40内，叶片组件50与中心转轴20连接，中心转轴20可随叶片组件50转动而转动，尾舵60设置于安装罩40上，尾舵
60可随外界风带动安装罩40转动。以下对发电机组件10、中心转轴20、第一套筒30、安装罩
40、叶片组件50、尾舵60、第一轴承70、轴承组件80、支撑柱90以及底座100作具体说明。

[0026] 对于上述支撑柱90和底座100，如图1和图2所示，支撑柱90的上端连接发电机组件10，支撑柱90的下端连接底座100，底座100通常放置或安装于地面或水平面上，用户需要将风力发电装置1000固定在预设位置时，可通过底座100外接进行固定，支撑柱90可对发电机组件10起到支撑作用，同时，支撑柱90的延伸长度可保证叶片组件50处于不同的高度位置。
可选地，支撑柱90上设置有出线口901，发电机组件10的输出线可自出线口901伸出连接外部用电设备。

[0027] 对于上述发电机组件10和中心转轴20，如图1、图3和图4所示，发电机组件10中的发电机转动轴与中心转轴20的下端连接，转动轴可随中心转轴20转动而转动，中心转轴20的上端连接叶片组件50，叶片组件50在外界地面风的带动下进行转动，从而带动中心转轴20转动，转动的中心转轴20带动发电机101转动轴转动，进而发电机组件10可实现发电。可选的，发电机101的转动轴通过联轴器10a与中心转轴20连接，联轴器10a与发电机101的转动轴之间可通过销键定位。

[0028] 在一些实施例中，发电机组件10还包括发电机上盖102，发电机上盖102套设于中心转轴20，发电机上盖102盖设于联轴器10a，发电机上盖102固定于发电机101的外表面，发电机上盖102可对联轴器10a起到遮挡保护的作用，同时，发电机上盖102还可起到支撑上述第一轴承70的作用。可选的，发电机上盖102通过螺钉可拆卸连接在发电机101的外表面。

[0029] 在一些实施例中，发电机组件10还包括发电机下盖103，发电机下盖103设置于发电机101的另一相对外表面，发电机下盖103与发电机101连接，发电机下盖103可用于连接上述支撑柱90的上端。

[0030] 对于上述第一套筒30和第一轴承70，如图1、图3以及图5所示，第一套筒30和第一轴承70均套设于中心转轴20上，第一轴承70的下侧抵接于发电机上盖102，第一套筒30靠近发电机101的一端包覆于第一轴承70的外周，第一套筒30可通过第一轴承70相对于中心转轴20转动。可以理解的是，第一轴承70的内环连接中心转轴20，第一轴承70的外环连接第一套筒30，因而，可保证第一套筒30可相对于中心转轴20进行转动。

[0031] 需要说明的是：为实现第一套筒30与安装罩40之间的连接，且能够实现安装罩40可相对于第一套筒30转动，本实施例中的风力发电装置1000包括轴承组件80，第一套筒30和安装罩40之间通过轴承组件80进行连接，轴承组件80的上端连接安装罩40，轴承组件80的下端连接第一套筒30。其中，轴承组件80与安装罩40、第一套筒30之间的连接均为可拆卸连接。可选的，第一套筒30的周缘延伸有限位凸起30a，限位凸起30a用于轴承组件80的安装。

[0032] 对于上述轴承组件80，如图1、图2以及图6所示，轴承组件80包括轴承上盖801、轴承下盖802、第二轴承803、第三轴承804以及限位螺母805，第二轴承803、第三轴承804均套设于第一套筒30，第二轴承803的下侧抵接于限位凸起30a，轴承下盖802的内壁设置有环形凸缘8021，环形凸缘8021的下侧抵接于第二轴承803的上侧，第三轴承804的下侧抵接于环形凸缘8021的上侧，环形凸缘8021位于第二轴承803和第三轴承804之间，限位螺母805螺接于第一套筒30上，限位螺母805抵接于第三轴承804的上侧，轴承上盖801与轴承下盖802之间可拆卸连接，轴承上盖801背离轴承下盖802的一端可拆卸连接安装罩40，从而实现安装罩40与第一套筒30之间的连接。其中，限位螺母805可实现将第二轴承803、第三轴承804与轴承下盖802之间锁紧，第二轴承803和第三轴承804的内环连接第一套筒30，第二轴承803和第三轴承804的外环连接轴承下盖802，轴承下盖802与轴承上盖801之间相对固定，轴承上盖801与安装罩40之间相对固定，因而，可实现安装罩40相对于第一套筒30转动。可选的，第二轴承803和第三轴承804为圆锥滚子轴承。可以理解的是，轴承上盖801与安装罩40之间的可拆卸连接方式，以及轴承上盖801与轴承下盖802之间的可拆卸连接方式，可为螺接、铆接、卡接等等。

[0033] 在一些实施例中，轴承上盖801靠近安装罩40的一端设置有安装槽8011，轴承组件80还包括第四轴承806，第四轴承806套设于中心转轴20，第四轴承806位于安装槽8011内，安装罩40抵接于第四轴承806背离安装槽8011槽底的一侧。可以理解的是，第四轴承806的内环连接中心转轴20，第四轴承806的外环连接轴承上盖801，从而可实现中心转轴20与轴承上盖801之间相对转动。

[0034] 对于上述安装罩40和尾舵60，如图1和图7所示，安装罩40与第一套筒30之间通过轴承组件80连接，安装罩40可相对于第一套筒30转动，尾舵60设置于安装罩40上，尾舵60位于安装罩40背离第一套筒30的一侧，尾舵60可随外界风带动安装罩40转动。安装罩40上设置有安装槽40b，该安装槽40b供上述叶片组件50安装，并便于叶片组件50的转动。

[0035] 在一些实施例中，安装罩40上设置有迎流缺口40a，叶片组件50部分位于迎流缺口40a处，迎流缺口40a供外界地面风进入安装罩40内，并吹动叶片组件50。当尾舵60与外界风的风向之间呈预设角度时，外界风带动尾舵60转动，直至所述尾舵60与地面风的风向处于同一方向，迎流缺口40a至少部分朝向风向，且叶片组件50中的部分叶片垂直于风向，从而实现接收风的正面最大压力，此时，从水平面上的其他方向吹向风力发电装置1000的地面风可被叶片组件50接收，从而实现风力发电装置1000的自动寻风。可选的，沿中心转轴20轴向上观察，安装罩40为具有缺口的圆形，缺口对应迎流缺口40a。

[0036] 在一些实施例中，迎流缺口40a包括第一侧边40aa和第二侧边40ab，第一侧边40aa和第二侧边40ab相互垂直，尾舵60与第一侧边40aa或第二侧边40ab之间呈角度设置。可选的，尾舵60与第一侧边40aa之间呈90度设置，或，尾舵60与第二侧边40ab之间呈90度设置。可以理解的是：尾舵60与第一侧边40aa或第二侧边40ab之间的角度大小不限于上述，也可以为其他数值，用户可根据实际需要进行设置。

[0037] 在一些实施例中，安装罩40上还设置有连通上述安装槽40b的多个排风孔403，多个排风孔403靠近迎流缺口40a设置，多个排风孔403用于风排出。可选的，沿远离迎流缺口40a的方向，排风孔403的孔截面逐渐增大，这样设置，可增加叶片组件50所受到的最佳的力矩的时长，提升风力转化的效率。

[0038] 在一些实施例中，尾舵60的扭矩满足： ，请参阅图8，其中，为尾舵60的扭矩， 为阻力系数，为空气密度，为安装罩40的半径，为风速，为尾舵
60面积，为尾舵60转过的角度。为了进一步理解尾舵60扭矩、尾舵60转过角度与时间之间的关系，申请人作了如下试验：
定义安装罩40和尾舵60材料为铝合金，密度为 ，统计得其转动惯量
SI为 ，尾舵60面积 为 ，安装罩40的半径 为 ，定义阻
力系数 ，风速 ，空气密度 ；安装罩40与尾舵60转动角
速度： ，安装罩40和尾舵60转过 度所需要时间：

[0039] 采用数值方法，得到如下表1：

[0040] 表1由表1和图9可知，安装罩40转过90度所需要的时间为0.74s,同时可知，尾舵60所受到的扭矩逐渐减小，安装罩40上尾舵60的设置可使得安装罩40快速应对外界风，并在外界风吹动尾舵60的作用下，安装罩40转动至90度。

[0041] 在一些实施例中，请一并参阅图2和图10，安装罩40的数量为多个，多个安装罩40沿中心转轴20轴向上间隔设置，相邻安装罩40之间通过连接件401可拆卸连接，所述连接件401套设于所述中心转轴20，所述连接件401的上端连接其中一个安装罩40，所述连接件401的下端连接另一个安装罩40，叶片组件50的数量为多个，叶片组件50的数量与安装罩40的数量相对应，且一叶片组件50对应设置于一安装罩40内，由于安装罩40是在中心转轴20轴向上间隔设置，因而整个风力发电装置1000在节省横向空间的同时，还能够提供更大的动力，获得更大的发电功率。可以理解的是：安装罩40和叶片组件50的数量可根据实际需要进行设定，本申请中不作限制，例如可为：2个、3个、4个等等。

[0042] 在一些实施例中，请一并参阅图11和图12，上述连接件401用于连接相邻两个安装罩40，连接件401与安装罩40之间的可拆卸连接方式可为螺接、铆接等等。可选的，为减少连接件401与中心转轴20之间的摩擦力，同时保证中心转轴20可正常相对于安装罩40转动，连接件401内设置有第五轴承4011，第五轴承4011套设于中心转轴20，第五轴承4011的内环与中心转轴20连接，第五轴承4011的外环与连接件401连接并与安装罩40之间处于相对固定状态，由此，中心转轴20可相对于安装罩40正常转动，互不干扰。

[0043] 需要说明的是：在多个安装罩40之间相互连接完成后，尾舵60安装于最顶上的安装罩40上，且最顶上的安装罩40还设置有顶盖402进行限位固定，顶盖402套设于中心转轴20上，顶盖402的下侧抵接最顶上的安装罩40的外表面，顶盖402内设置有第六轴承4021，第六轴承4021套设于中心转轴20，第六轴承4021的内环与中心转轴20连接，第六轴承4021的外环与顶盖402连接并与安装罩40之间处于相对固定状态，由此，中心转轴20可相对于安装罩40正常转动，互不干扰。

[0044] 对于上述叶片组件50，如图1和图7所示，叶片组件50设置于安装罩40内，叶片组件50部分位于迎流缺口40a处，叶片组件50与中心转轴20连接，叶片组件50可带动中心转轴20转动。具体的，叶片组件50包括第二套筒501和转动叶片502，第二套筒501可拆卸连接于中心转轴20，转动叶片502可拆卸连接于第二套筒501，转动叶片502可带动中心转轴20转动，在外界风吹向转动叶片502时，转动叶片502接收风的正面压力，因而进行转动，从而带动中心转轴20转动，进而中心转轴20带动发电机101的转动轴转动实现发电。可选的，转动叶片
502的数量为多个，多个转动叶片502沿中心转轴的周向分布。

[0045] 需要说明的是：第二套筒501与中心转轴20之间的连接方式，不限于上述可拆卸连接的方式，也可以为其他方式，例如：利用转速调节装置，该转速调节装置的一端连接第二套筒501，转速调节装置的另一端连接中心转轴20。由于地面对风的摩擦作用和流体的粘性作用，不同高度的风速不尽相同，风速大的位置带动转动叶片502转动，中心转轴20速度也快，但风速减小时，转动叶片502转速慢，此时，转动叶片502会拖慢中心转轴20的转速，该实施例中，在不同风速下可利用转速调节装置将第二套筒501和中心转轴20相互独立开，减少两者之间的干扰。

[0046] 具体的，转速调节装置包括上壳(图未示)、下壳(图未示)、两个第一连杆(图未示)、两个第二连杆(图未示)、第一离心球(图未示)、第二离心球(图未示)、上摩擦盘(图未示)以及下摩擦盘(图未示)，上壳与下壳之间转动连接，且上壳与下壳之间可相互靠近或远离，上壳和下壳的内部连通，且共同围合形成安装腔，第一连杆、第二连杆、第一离心球、第二离心球、上摩擦盘以及下摩擦盘均位于安装腔内，上壳与中心转轴20固定，下壳与第二套筒501固定，其中一个第一连杆的一端连接上壳，该第一连杆的另一端连接第一离心球的一端，另一个第一连杆的一端连接第一离心球的另一端，另一个第一连杆的另一端连接上摩擦盘，第一离心球位于两个第一连杆之间，下摩擦盘固定于下壳，其中一个第二连杆的一端连接下摩擦盘，该第二连杆的另一端连接第二离心球的一端，另一个第二连杆的一端连接第二离心球的另一端，另一个第二连杆的另一端连接下摩擦盘，且下摩擦盘可朝靠近或远离上摩擦盘运动。当转动叶片502的转动速度大于等于中心转轴20的速度时，下摩擦盘在第二离心球的作用下，朝靠近上摩擦盘方向运动，直至两者相互贴合，转动叶片502的动力往中心转轴20传输，当转动叶片502的转动速度小于中心转轴20的速度时，上摩擦盘在第一离心球的作用下，朝远离下摩擦盘方向运动，两者相互分离，此时，可减少转动叶片502对中心转轴20转速的影响。

[0047] 在本发明实施例中，设置有发电机组件10、中心转轴20、第一套筒30、安装罩40、叶片组件50以及尾舵60。其中，所述中心转轴20的下端与发电机101的转动轴连接，所述转动轴可随所述中心转轴20转动而转动，所述第一套筒30套设于所述中心转轴20上，所述第一套筒30可相对于所述中心转轴20转动，所述安装罩40与所述第一套筒30连接，所述第一套筒30可随所述安装罩40的转动而转动，所述安装罩40上设置有迎流缺口40a，所述叶片组件50设置于所述安装罩40内，所述叶片组件50部分位于所述迎流缺口40a处，所述叶片组件50与所述中心转轴20连接，所述中心转轴20可随所述叶片组件50转动而转动，所述尾舵60设置于所述安装罩40上，所述尾舵60位于所述安装罩40背离所述第一套筒30的一侧，所述尾舵60可随外界风带动所述安装罩40转动，这样设置，在地面风从水平面上的其他方向吹向风力发电装置1000时，由于此时，所述尾舵60与地面风的风向之间存在角度设置，地面风可吹动所述尾舵60转动，直至所述尾舵60与地面风的风向处于同一方向，在所述尾舵60转动的过程中，带动所述安装罩40转动预设角度，以使得所述安装罩40的迎流缺口40a至少部分朝向地面风的风向，位于所述迎流缺口40a处的所述叶片组件50上的部分叶片垂直于风向，从而实现接收风的正面最大压力，此时，从水平面上的其他方向吹向风力发电装置1000的地面风可被所述叶片组件50接收，从而实现风力发电装置1000的自动寻风，进而提高了所述叶片组件50接收风能的效率，保证风力发电装置1000最大限度利用好风力发电的资源。

[0048] 请参阅图13，本发明还提供了一种储能系统的实施例，该储能系统包括储能电池2000和如上所述的风力发电装置1000，所述储能电池2000与所述风力发电装置1000连接，所述风力发电装置1000的功能和结构可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

[0049] 需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。