2018年2月5日第一次审查意见

申请人赵瑜2014年9月11日申请的发明专利：风叶偏转式风力发电机（申请号：201410478344.3），就专利局于2018年2月5日第一次审查意见做如下意见陈述及决定：一、根据中华人民共和国专利法第二条规定：发明是指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案。风叶偏转式风力发电机，由如下部件构成：风轮中，内外圆环、等腰梯形平面叶片、轴承、弹簧、钢丝绳、V型尾翼等，它们在技术方案中各起如下作用：1、内外圆环用于固定等腰梯形平面叶片；2、等腰梯形平面叶片用于接受风能；3、轴承用于当叶片偏转时，减少磨擦力；4、弹簧用于当风速超过设计风速时，叶片发生偏转；5、钢丝绳用于抵抗强大风力时，风力对风轮的破坏；6、V型尾翼用于准确、及时调整风轮平面与风向垂直。风叶偏转式风力发电机与现有技术国内外公知的三风叶风力发电机相比，在风力发电技术领域是一种新的技术方案。二、根据中华人民共和国专利法第二十二条规定：授于专利权的发明和实用新型，应当具备新颖性、创造性、实用性。A、新颖性陈述如下：1、与现有技术国内外公认的三风叶风力发电机相比：①相同点：将风能转换成电能；②不同点：风轮结构不同、叶片个数不同、叶片形状不同、尾翼不同。风叶偏转式风力发电机与其相比，具备新颖性。2、与风轮式多叶风力发电机（CN101338730A）相比：①相同点：将风轮转换成电能，都有内外圆环。②不同点：风叶形状不同、尾翼不同、弹簧使用方式不同。风叶偏转式风力发电机与其相比，不是同一种技术方案，各有各的新颖性。3、与风力发电机（CN1556323A）相比：①相同点：将风能转换成电能，都有内、外圆环。②不同点：风轮结构不同、风叶形状不同、尾翼不同、弹簧使用方式不同。风叶偏转式风力发电机与其相比，不是同一种技术方案，各有各的新颖性。4、与小型风力发电机用自稳速风轮（CN2546647Y）相比：①相同点：将风能转换成电能。②不同点：叶片形状不同、叶片个数不同、风轮结构不同、弹簧使用方式不同、尾翼不同。风叶偏转式风力发电机与其相比，不是同一种技术方案，各有各的新颖性。B、创造性陈述如下：1、现有技术国内外公知的三风叶风力发电机存在如下问题：①微风不发电；②大风须停机；③发电量少且不稳定；④风叶具有飞出危险；⑤塔架具有倒塌危险；⑥威胁电 安全；⑦平面尾翼，不能使风轮充分利用风能。①微风不发电的原因：风叶形状是叶尖面积小于叶根面积，叶面为弧面，叶片个数3个，根据风能计算公式W= ρV3S，W为风的动能，ρ为空气密度，单位kg/m3，V为风速，单位米/秒，S为叶片面积，单位平方米，可以看出：叶片获得的动能与风速立方成正比，与空气质量成正比，与面积成正比，与叶片是否是弧面无关。当风向与叶片弧面垂直时，风力对叶片的垂直作用力最大，水平作用力为零，当风向与叶片弧面呈45°夹角时，风力对叶片的作用力分解成两个分力，一个是对叶片的垂直作用力，另一个是对叶片的水平作用力，这个水平作用力与其半径的乘积即旋转力矩，就是使风轮转动的旋转力矩之一，风轮上，所有叶片产生的旋转力矩之和，就是克服发电机电磁转矩的旋转力矩。根据微积分原理，将叶片沿半径方向，平均分割成若干等份，可以看出，每一等份叶片面积逐渐减少，当风速不变，风向与叶片弧面夹角不变时，每一等份叶片面积上所获得的水平作用力逐渐减少，每一等份叶片面积上所获水平作用力与其半径乘积即旋转力矩逐渐减小，则所有叶片产生的旋转力矩之和较小，由于叶片个数过少，使整个风轮所获旋转力矩之和较小，旋转力矩小，克服发电机电磁转矩的能力就小，所以，发电量就少或者不能发电。②大风须停机的原因：当特大风力出现时，风轮转速会大幅度增大，叶片的离心力也会大幅度增加，加之叶片较重，这时叶片就有飞出的危险，所以，必须停止风机运行。③发电量少且不稳定的原因：风叶面积沿半径方向逐渐减小，水平作用力逐渐减小，水平作用力所产生的旋转力矩逐渐减小；又由于风轮上叶片个数较少，所以风轮上产生的旋转力矩之和较小，克服发电机电磁转矩的能力就小，所以发电量就少；当风力大时，发电量就高，由于自然界中风力变化是很大的，所以发电量不稳定。④风叶具有飞出危险：当特大风力出现时，风轮转速会大幅度提高，风叶的离心力也会大幅度提高，加之，风叶较重，这时，风叶就有飞出的危险，即飞车事故。⑤塔架具有倒塌的危险：当特大风力出现时，风轮上产生的垂直作用力，所形成的对塔架根部的弯矩更大，这样塔架就有倒塌的危险。⑥威胁电 安全：现有技术所正在使用的三风叶风力发电机，其额定风速为13米/秒，当风速达到13米/秒时，如果某区域风电场装机容量为1亿KW，则每小时就会有1亿度电量进入电 ，在自然界中，比较低的风速是普遍存在的，当风力降至微风风速时，则上 电量就会大幅度减少，而用户用电量不会随风电电量的减少而减少，这时就一定会造成电 低电压，一定会对用户造成危害及损失，所以风电电力对电 安全威胁很大。⑦平面尾翼不能使风轮充分利用风能：当风轮平面与风向不垂直时，平面尾翼与风向将形成一定夹角，风力在平面尾翼上，将产生水平作用力，这样在平面尾翼上水平作用力将不断的产生向左或者向右的转矩，使风轮不断的左右摆动，因此，平面尾翼不能使风轮充分利用风能。2、风叶偏转式风力发电机，解决了现有技术所正在使用的三风叶风力发电机存在的上述所有问题，陈述如下：①微风额定功率发电；②大风不须停止风机运行；③发电量高且稳定；④风叶没有飞出危险；⑤塔架没有倒塌危险；⑥对电 安全没有威胁；⑦V型尾翼能使风轮充分利用风能。①微风额定功率发电；根据微积分原理，将等腰梯形平面叶片，沿半径方向平均分割成若干等份，可以看出，每一等份叶片面积逐渐增大，当叶片平面与风向呈45°夹角且风速不变时，每一等份叶片面积产生的水平作用力逐渐增大，水平作用力与其半径的乘积即旋转力矩逐渐增大，每一等份叶片面积产生的旋转力矩之和最大，风轮上所有叶片产生的旋转力矩之和最大，所以微风风力可以使风力发电机达到额定功率。以100KW大型风力发电机为例具体说明：a、现有技术国内外公知的三风叶风力发电机基本技术参数：发电机额定功率100KW，额定转速65转/分，叶片长度4米，风轮半径4米，叶根宽0.3米。发电机电磁转矩= = =14692公斤米×9.8牛顿=143981.6牛顿米。当风速为5米/秒，风向与风叶弧面成45°夹角时，风轮产生的旋转力矩= ρv3s·cos45°·R·n= ×1.29×53×0.6× ×4×3=410公斤米×9.8牛顿=4022牛顿米。其中：ρ为空气密度1.29kg/立方米，v为风速5米/秒，s为单个叶片面积0.6平方米，R为风轮半径4米，n为叶片个数3个，cos45°为风力分解系数。结论：当风速为5米/秒时，风轮产生的旋转力矩为4022牛顿米，小于发电机电磁转矩143981.6牛顿米，发电机输出功率不能达到额定功率。b、风叶偏转式风力发电机基本参数：发电机额定功率100kw，额定转速65转/分，等腰梯形平面叶片：上宽0.35米、下宽0.15米、长度2.88米，单个风叶面积0.72平方米，风轮半径5米，叶片个数89个。发电机电磁转矩= = =14692公斤米×9.8牛顿=143981.6牛顿米。当风速为5米/秒,风向与风叶平面呈45°夹角时,风轮产生的旋转力矩= ρv3s·cos45°·R·n= ×1.29×53×0.72×0.707×5×89=18263公斤米×9.8牛顿=178977牛顿米。其中：ρ为空气密度1.29kg/立方米，v为风速5米/秒，s为单个叶片面积0.72平方米，R为风轮半径5米，n为叶片个数89个，cos45°为风力分解系数。结论：当风速为5米/秒时，风轮产生的旋转力矩为178977牛顿米，大于发电机电磁转矩143981.6牛顿米，发电机输出功率能够达到额定功率。②大风不须停止风机运行；当风速超过风力发电机额定功率对应的风速时，叶片会压迫弹簧形变，叶片发生偏转，叶片偏转后，则风向与叶片平面之间的夹角变小，风力越大，弹簧形变越大，风向与叶片平面之间的夹角越小，其水平作用力减小，叶片上产生的旋转力矩减小，风轮上所有叶片产生的旋转力矩之和减小，从而使风力发电机保持其额定功率不变，当风力由大减小时，弹簧形变减小，当风力减小到风力发电机额定功率对应的风速时，弹簧恢复至初始位置，因此，大风不须停止风机运行。③发电量高且稳定：由于叶片为等腰梯形平面叶片，在圆周上以最大可能获得风能，除去内圆面积外，所有叶片的面积之和，等于外圆面积，风轮以最大可能的方式产生旋转力矩，微风风力产生的旋转力矩，足以克服发电机电磁转矩，将额定风速设计在平均风速上，一年中，平均风速时间段是最长的，所以发电量相对是最高的、最稳定的。④叶片没有飞出危险：由于叶片被固定在风轮内外圆环上，当风力增大时，叶片发生偏转，风轮转速被限制在额定转速上，所以离心力不能使叶片飞出。当特大风力来袭时，钢丝绳可有效抵抗风力对风轮的破坏，也使风叶没有飞出的危险。⑤塔架没有倒塌危险：塔架根部受两个力产生的弯矩作用，一个是风力对塔架本身产生的弯矩，另一个是风轮上垂直作用力产生的弯矩，当风力增大时，由于叶片反生偏转，使风力对风轮上的叶片产生的垂直作用力减小，风轮上垂直作用力对塔架根部的弯矩减小，当特大风力来袭时，风轮上产生的对塔架根部的弯矩并不增加，所以塔架没有倒塌的危险。⑥对电 安全没有威胁：在自然界中，微风是最普遍的，时间段是最长的，由于风力发电机的额定风速设计在当地年平均风速上，即使风速低于平均风速，其发电量也不会大幅度减少，当风速高于平均风速时，由于叶片发生偏转，使叶片产生的旋转力矩减小，风力发电机的输出功率被限制在额定功率上，因此，发电机的输出功率是连续的、稳定的，所以，风电对电 安全没有威胁。⑦V型尾翼，左右平面面积相同，与风向夹角相同，风力在左右平面上产生的向左或向右的水平作用力相同，水平作用力产生的转矩相等，方向相反，所以，V型尾翼能够准确、及时的调整风轮与风向垂直，风轮能够充分利用风能。C、实用性陈述如下：1、 风叶偏转式风力发电机生产的可能性：风叶偏转式风力发电机由下列部件构成：发电机、内外圆环、等腰梯形平面叶片、轴承、弹簧、V型尾翼、钢丝绳等，其中发电机、轴承、弹簧、钢丝绳，各种规格的在贸易市场均可买到，对于内外圆环、等腰梯形平面叶片、V型尾翼根据各种板材材料容易制作，所以风叶偏转式风力发电机容易生产。2、风叶偏转式风力发电机给人类的生产、生活、环境带来如下好处：①对农村用电来说，安装一台小型风叶偏转式风力发电机，就可满足生活用电需要，如做饭、照明、空调、洗衣机、小型抽水机，也可以并 ，如果中央发改委设置的并 手续容易实现的话。②对工业用电来说，安装大型风叶偏转式风力发电机，可以满足工厂生产用电需要，也可以并 ，如果中央发改委设置的并 手续容易实现的话。③对风力发电场来说，如果使用风叶偏转式风力发电机，其年发电量会显著提高，中国不仅是风电装机容量大国，也是风电电量强国。④对环境治理来说，多发一份风电，就可少发一度火电，就可减少一份环境污染，青山绿水多了，新鲜空气多了，人民的身体就会更健康，生命更长寿。⑤可解决未来人类生存所需能源问题，地球上煤碳、石油资源日趋枯竭，火力发电能坚持多久，核电让人类如履薄冰，太能阳发电的不连续性，它们都不是人类生存所需要的能源依靠，而风能却取之不尽，用之不竭，日日夜夜连续不断，自然规律使风电电力有可能最终成为人类生存所需要的能源。三、申请人赵瑜申请的风叶偏转式风力发电机权利要求书中，所有条款全部撤销，有利于风力发电技术的创新与发展。 申请人：赵瑜 2018年5月16日