CN101397975A - N层球形空腔涡轮式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

N层球形空腔涡轮式风力发电机，涉及新能源利用。它包括由两个或多个球形空腔涡轮式风机和发电机组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机，塔架或氦气球；作为另一种方案，在球形空腔涡轮式风机的叶片中嵌入导体线圈，在球形空腔涡轮式风机的中心轴上绕有导体线圈，中心轴上的导体线圈通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体，从而将传统的由风机和发电机组成的风力发电机整合为一种一体化装置。两个或多个这样的一体化装置组成N层整合型球形空腔涡轮式发电机，把这两种N层球形空腔涡轮式风力发电机安装在塔架上，或通过氦气球升上高空，能有效地利用风能发电。

Description

N层球形空腔涡轮式风力发电机
技术领域
本发明涉及新能源利用.两个或多个球形空腔涡轮式风机和发电机组成N层球形空腔涡轮式风力发电机，把这种由两个或多个球形空腔涡轮式风机和发电机组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机安装在塔架上，或通过氦气球升上高空，在风力作用下，利用球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点以及两个或多个球形空腔涡轮式风机的合转矩，有效地利用风能发电。
作为另一种方案,在球形空腔涡轮式风机的叶片中嵌入导体线圈，在球形空腔涡轮式风机的中心轴上绕有导体线圈,中心轴上的导体线圈通入直流电后将会产生磁场,或者在中心轴上安装永磁体，从而将传统的由风机和发电机组成的风力发电机整合为一种整合型装置。两个或多个这样的整合型装置组成N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机，把这种N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机亦安装在塔架上，或通过氦气球升上高空,在风力作用下,利用球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点以及两个或多个球形空腔涡轮式风机的合转矩，有效地利用风能发电。
背景技术
现有技术的风机离地面不高，在地表没什么大风的地区不能使用。另外，现有技术的风力发电还存在发电成本高，设备安装困难等问题
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种能有效地利用风能的发电装置。,
这种发电装置包括由两个或多个球形空腔涡轮式风机组成的N层球形空腔涡轮式风力机组，发电机，塔架或氦气球。
本发明使用与普通风机不同的球形空腔涡轮式风机，球形空腔涡轮式风机是这样的一种装置：空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个弧形叶片组成，轴承安装在球形空腔涡轮的顶部和底部，并用中心轴连接，叶片两端连接顶部和底部的轴承；球形空腔涡轮式风机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点。
把这种由两个或多个球形空腔涡轮式风机和发电机组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机安装在塔架上，或通过氦气球升上高空。球形空腔涡轮式风机的叶片在风力作用下转动，并带动发电机转动，从而发电。利用球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，能有效地利用风能发电。两个或多个球形空腔涡轮式风机组成的N层球形空腔涡轮式风力机组将产生更大的合转矩，因而能产生更多的电能，电能通过变压器变压输送到蓄电池。
作为另一种方案，在球形空腔涡轮式风机的叶片中嵌入导体线圈，在球形空腔涡轮式风机的中心轴上绕有导体线圈，中心轴上的导体线圈通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体，从而将传统的由风机和发电机组成的风力发电机整合为一种整合型装置。两个或多个这样的一体化装置组成N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机。
把这种N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机亦安装在塔架上，或通过氦气球升上高空。当嵌有导体线圈的叶片在风力作用下转动时，叶片中的导体线圈与中心轴上的导体线圈通入直流电后产生的磁场或中心轴上永磁体的磁场就有了相对运动，即叶片中的导体线圈切割了磁力线，因此在风叶中的导体线圈中便产生了感应电势，从而发电。同样地利用球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，能有效地利用风能发电。两个或多个整合型球形空腔涡轮式风机组成的N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机将产生更大的合转矩，因而能产生更多的电能，电能通过变压器变压输送到蓄电池。
本发明使用的球形空腔涡轮式风机属于垂直轴风力机，不需要跟踪风向的变化，无论风向如何都能定向转动并带动发电机发电，因而不需要配置风向舵或偏航轴承总成，可节省不少费用。
本发明有效地解决了现有技术的风力发电的诸多问题。
附图说明
图1是本发明N层球形空腔涡轮式风力发电机的示意图一。
图中：1、氦气球；2、载荷钢索；3、发电机；4、球形空腔涡轮式风机；5、联接件；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；10、气泵；11、备用氦气球；12、导气管；13、地面；14、固定绳索。
图2是本发明N层球形空腔涡轮式风力发电机的示意图二。
图中：3、发电机；4、球形空腔涡轮式风机；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；13、地面；15、塔架。
图3是球形空腔涡轮式风机的示意图。
图中：16、叶片；17、轴承；18、中心轴。
图4是本发明N层球形空腔涡轮式风力发电机另一方案的示意图一。
图中：1、氦气球；2、载荷钢索；19、整合型球形空腔涡轮式风力发电机；5、联接件；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；10、气泵；11、备用氦气球；12、导气管；13、地面；14、固定绳索。
图5是本发明N层球形空腔涡轮式风力发电机另一方案的示意图二。
图中：5、联接件；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；13、地面；15、塔架；19、整合型球形空腔涡轮式风力发电机。
图6是本发明整合型球形空腔涡轮式风力发电机的示意图。
图中：16、叶片；17、轴承；18、中心轴；20、叶片中的导体线圈；21、中心轴上的导体线圈。
图7是本发明整合型球形空腔涡轮式风力发电机的俯视示意图。
图中：16、叶片；18、中心轴；21、中心轴上的导体线圈；22、23为一匝导体线圈的两个有效边。
图8是本发明另一种整合型球形空腔涡轮式风力发电机的示意图。
图中：16、叶片；17、轴承；18、中心轴；20、叶片中的导体线圈；24、永磁体。
具体实施方式
本发明提供一种能有效地利用风能的发电装置。参照图1、图2、图3，它由氦气球1、载荷钢索2、发电机3、球形空腔涡轮式风机4、联接件5、电缆6、控制器7、变压器8、蓄电池9、气泵10、备用氦气球11、导气管12、地面13、固定绳索14、塔架15等部分组成。两个或多个球形空腔涡轮式风机4的中心轴18互相连接，球形状结构外壳由联接件5联接，组成共轴的N层球形空腔涡轮式风力机组。图1和图2画出3个球形空腔涡轮式风机。
球形空腔涡轮式风机是这样的一种装置：参照图3，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个弧形叶片16组成，轴承17安装球形空腔涡轮的顶部和底部，并用中心轴18连接，叶片16两端连接顶部和底部的轴承17；球形空腔涡轮式风机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点。
把由两个或多个球形空腔涡轮式风机4和发电机3组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机安装在塔架14上；或用氦气球1通过载荷钢索2将由两个或多个球形空腔涡轮式风机4和发电机3组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机升上高空，利用高空强大风力以及球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，充分地利用高空的风能发电.
在风力作用下，球形空腔涡轮式风机4的叶片16转动并带动轴承17转动，轴承17转动带动发电机3转动，从而发电。两个或多个球形空腔涡轮式风机组成的N层球形空腔涡轮式风力机组将产生更大的合转矩，因而能产生更多的电能，电能通过变压器变压输送到蓄电池。电能通过电缆6输送到在地面13的变压器8，变压后再输送到蓄电池9。
为了使N层球形空腔涡轮式风力发电机不被高空强风吹走，用固定绳索14连接氦气球1与地面13。
当需要把由球形空腔涡轮式风机4，发电机3组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机降落到地面13时，可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体抽到备用氦气球11内；当需要把由球形空腔涡轮式风机4、发电机3组成的N层球形空腔涡轮式风力发电机升上高空时，亦可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体泵入氦气球1内，氦气球1和备用氦气球11是互为备用关系。
作为本发明的另一实施方案，通过整合型球形空腔涡轮式风力发电机19实现，参照图4、图5、图6、图7、图8，它由氦气球1、载荷钢索2、发电机3、整合型球形空腔涡轮式风力发电机19、联接件5、电缆6、控制器7、变压器8、蓄电池9、气泵10、备用氦气球11、导气管12、地面13、固定绳索14、塔架15等部分组成。两个或多个整合型球形空腔涡轮式风力发电机19的中心轴18互相连接，球形状结构外壳由联接件5联接，组成共轴的N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机。图4和图5画出3个整合型球形空腔涡轮式风力发电机19。
整合型球形空腔涡轮式风力发电机19是这样的一种装置：参照图6、图7、图8，在球形空腔涡轮式风机的叶片16中嵌入导体线圈14，在球形空腔涡轮式风机的中心轴18，绕有导体线圈20，中心轴18上的导体线圈21通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体24，直流电可由地面13的蓄电池9供应。当嵌入导体线圈的叶片16在风力作用下转动时，叶片16中的导体线圈20和中心轴18上的导体线圈21通入直流电后产生的磁场或中心轴上永磁体24的磁场就有了相对运动，即叶片16中的导体线圈20切割了磁力线，因此在叶片16中的导体线圈20中便产生了感应电势，从而发电。两个或多个整合型球形空腔涡轮式风机组成的N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机将产生更大的合转矩，因而能产生更多的电能，电能通过电缆6输送到在地面13的变压器8，变压后再输送到蓄电池9。
把这种N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机亦安装在塔架上，或通过氦气球升上高空。利用高空强大风力以及球形空腔涡轮式风机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，充分地利用高空的风能发电.
同样地，为了使N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机不被高空强风吹走，用固定绳索14连接氦气球1与地面13。当需要把N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机降落到地面13时，可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体抽到备用氦气球11内；当需要把N层整合型球形空腔涡轮式风力发电机升上高空时，亦可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体泵入氦气球1内，氦气球1和备用氦气球11是互为备用关系。
控制器7具有避免风机空转、风大自动卸荷、过压自动刹车，蓄电池损害保护等的功能。

Claims (8)

1，一种N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：包括氦气球1，由两个或多个球形空腔涡轮式风机4组成的垂直轴风力机组，发电机3，两个或多个整合型球形空腔涡轮式风力发电机19组成的垂直轴风力发电机组。
2，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的球形空腔涡轮式风机4由球形空腔涡轮外壳、中心轴18、轴承17组成，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个弧形叶片16组成，轴承17安装在球形空腔涡轮的顶部和底部，并用中心轴18连接；弧形叶片16两端连接顶部和底部的轴承17。
3，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的两个或多个球形空腔涡轮式风机4的中心轴18互相连接，球形状结构外壳由联接件5联接，构成共轴的垂直轴风力机组。
4，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的发电机3安装在由两个或多个球形空腔涡轮式风机4组成的垂直轴风力机组的底部。
5，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的整合型球形空腔涡轮式风力发电机19由球形空腔涡轮外壳、中心轴18、轴承17、叶片16中的导体线圈20、中心轴18上的导体线圈21组成；空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个弧形叶片16组成，轴承17安装在球形空腔涡轮的顶部和底部，并用中心轴18连接；弧形叶片16两端连接顶部和底部的轴承17；叶片16中的导体线圈20嵌入球形空腔涡轮式风机的叶片16纵向中，中心轴18上的导体线圈21绕在球形空腔涡轮式风机的中心轴18纵向上。
6，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的整合型球形空腔涡轮式风力发电机19的永磁体24安装在中心轴18上
Figure A200810029142C0002113019QIETU
7，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的两个或多个整合型球形空腔涡轮式风力发电机19的中心轴18互相连接，球形状结构外壳由联接件5联接，构成共轴的垂直轴风力发电机组。
8，根据权利要求1所述的N层球形空腔涡轮式风力发电机，其特征在于：所述的氦气球1用载荷钢索2连接N层球形空腔涡轮式风力发电机。
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