CN101644232B - 换气发电两用风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种换气发电两用风力发电机，属于新能源供电系统设备技术领域，包括：主机(9)与球托(8)连接，主轴(6)固定在机架(10)上，上端通过主轴承(4)支承风轮(5)和助动风轮(2)，顶部连接助动风口(3)，机架(10)套接在机座(11)上，以及控制盒(12)、止动器(13)、导线(14)为主要部件组成；特征是：主机内设有通风冷却装置和自动监控调速系统，克服了永磁体因温升过热造成的退磁老化问题，风力发电机在低风速下难以启动或高风速中发电效率低、输出不稳定、噪音大等问题，缩小和减轻了发电机的重量和体积，大幅度地降低了制造成本。产品不仅具有广阔的市场潜力，而且，一机多能、免费通风换气、免费供电照明、对于缓解目前与日俱增的城市用电量来说，具有事半功倍的效果。

Description

换气发电两用风力发电机
技术领域
本发明涉及一种换气发电两用风力发电机，属于新能源技术领域，特别涉及一种将建筑通风换气和发电溶于一体的风力发电设备。
背景技术
在现有技术中，风力发电机只限于发电功能，没有将室内通风换气和发电功能溶于一体，以求发挥更大的节能潜力和应用范围。在这方面本人已经在专利号200820084371.2，《会发电的无动力换气扇》中有所涉及，由于自然界的风速始终处于不断变化之中，所以，设计和选择优良的发电机与之配套，是实现上述目标重要条件之一。
为使风力发电这一新能源项目得以更广泛地推广使用，造福人类，是本发明追求的唯一目的。
发明内容
本发明的技术方案：
一种换气发电两用风力发电机，包括：主机9的外转子与球托8连接，主轴6固定在机架10上，上端通过主轴承4支承风轮5和助动风轮2，顶部设有助动风口3，机架10套接在机座11上，控制盒12通过导线14与主机9连接，以及止动器13、为主要部件组成；特征是：主机9内设有通风冷却装置和自动监控调速系统，通风冷却装置，由：设在主轴6上的出风孔21、下端盖25上的进风孔22、风道20构成；风道通过主机内部带走热量，同时，使风能利用率和通风换气率从下述渡经得以提高：1.利用室内空气与屋顶空气的温差和高低压差形成的引凤力，从内部推动风轮5和助动风轮2旋转；2.主机的温升和散热促使风道中的空气加速循环上升，从助动风口3推动助动风轮旋转；3.屋顶外自然界风力从外部推动风轮5和助动风轮2旋转。
上述所说自动监控调速装置，由：嵌装在静盘22上的霍尔元件26、温度传感器27、线圈23、以及控制盒12中的单片机系统、为主要元件组成，线圈23是，可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组或者可双速或三速连接的绕组构成；当动盘16旋转，霍尔元件26从永磁体17中感应霍尔信号，通过信号线28传递给控制盒13的单片机系统，运算处理、功率放大以后，由接触器执行自动切换上述线圈绕组的接线方式，使之与外界风速相匹配，从而调节、控制和稳定发电机的输出功率。
上述所说主轴6，由大口径钢管制成，长度可根据配置的风轮高度套接加长，直径至少是主机外壳直径的四分之一，选择比例在1∶0.25～0.6的范围，有利于扩展通风量和缩短转子与定子之间的直径距离，提高动态平衡和稳定性、减轻重量、降低成本、快速散热，改善换气和发电能力。
上述所说风轮5和助动风轮2为涡轮式风轮：由薄片金属材料压制成若干涡轮角度的叶片，下端围成圆形固定在球托8上，上端与防雨盖1固定，构成球形的涡轮式风轮，该涡轮式风轮运转时，在内部形成负压，使内部空气与外部空气形成对流，进一步推动风轮旋转，达到良好的通风和发电效果。
上述所说主机9，选择永磁叠加型发电机，主要采用永磁体17，嵌装固定在动盘16内，静盘22套装在主轴6上，由端盖15和25中的轴承18支承，端盖上设有凹槽或凸槽，该凹槽与动盘16的凸槽卡接，螺栓24将端盖固定在动盘上，静盘22内嵌装线圈23、霍尔元件26、温度传感器27、通过导线14、信号线28穿过管路与控制盒12以及负载连接。
实践中，交流发电机的转速与磁极数成反比，当磁极数确定以后，发电机的转速与输出电压、频率成正比；因此，可以使用改变磁场极数的接线法或改变输出电压的接线法，来实现发电机与风轮的转速相匹配，所以，单相发电机线圈23可用绕组串、并联的接线方法；三相发电机则用星形/三角形转换的接线方法解决。
例如，当发电机在20极，300转/分时，线圈25的绕组是串联接线，正常发电，由于外界风速增强，转速超过600转/分以上时，自动监控调速装置就发出指令，控制盒12自动控制执行切换，通过接触器将线圈23切换成并联的接线方法或者星形/三角形的接线方式，进行匹配，使发电机在自然风速环境中的适用宽度提高一倍以上。
上述所说控制盒12内设有单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板为主要元件组成的普通自动控制电路，附设锂电池、超级电容以克服蓄电池使用寿命短的缺陷；制作较大功率的发电机，可增设蓄电池、逆变器，或另设电控箱和附设超级电容、蓄电池组、逆变器，便于扩展和控制较大功率发电机的正常运转。
上述所说的温度传感器27为1只或每片静盘装1只，采集到的温升信息由信号线28传递给控制盒12，由控制盒12内的单片机系统，自动检测线圈和主机温升，若出现异常时，则自动存储记录、显示报警、直至关闭该片绕组的输出电路，以确保发电机的运行安全。
上述所说机架10由不锈钢材料制成，十字支架101外侧与机架10的圆形圈片焊接，内侧与空心圆盘1011焊接，主轴6通过圆盘1011中的横档定位，由螺母固定。
上述所说止动器13，由不锈钢材料制成匚型，侧面开有长孔，螺栓通过长孔将止动器定位在机架10的外侧，松动螺栓，移动止动器使上端与球托8下边凹槽缺口衔接，就能停止或锁定风轮5转动，以方便安装检修时使用。
上述所说主机9，并不只限于使用永磁叠加型发电机，也可以使用其他类型的垂直轴风力发电机、永磁垂直轴风力发电机替代，只要采用上述通风冷却装置、助动风口装置、自动监控调速系统、大口径钢管制作主轴的方法、的任何一项，加以适当改进，即可与之配套，因此，采用上述发明中所说的，通风冷却装置、助动风口装置、自动监控调速系统、大口径钢管制作主轴的方法、的任何一项，制成的换气发电两用风力发电机均应列入本发明的保护范围。
综上所述，本发明所述换气发电两用风力发电机与众不同之处在于：1.发电主机内部设有通风冷却装置，克服了发电机运行时所产生的散热问题，解决了永磁体因过热造成的退磁老化问题，提高了发电能力和使用寿命。2.设置了助动风口装置，促使发电机在微风下启动和运行，扩大了风力发电机的使用范围。3.设置了自动监控调速系统，采用霍尔元件、温湿度传感器、单片机微型计算机技术，自动监控和调节转速，稳定输出功率等手段，克服了风力发电机在低风速下难以启动或高风速中发电效率低、输出不稳定、噪音大等现实问题，确保了发电机的运行安全。4.采用了大口径钢管制作主轴的方法，大大地缩小和减轻了发电机的重量和体积，大幅度地降低了制造成本。5.采用锂电池、超级电容以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。根据上述发明优点，换气发电两用风力发电机这一新能源项目，得以全面推广，进一步造福人类，必将成为现实。
本发明的换气发电两用风力发电机适用于：工厂厂房、高层建筑、娱乐场所、候车室、教学大楼、公共场所、宾馆、医院、卫生间、公共厕所、等等需要通风换气和发电、照明的场所，产品不仅具有广阔的市场潜力，而且，一机多能、免费通风换气、免费供电照明、对于缓解目前，与日俱增的城市用电量来说，具有事半功倍的效果。
本发明的有益效果是：结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、成本低、节能环保、制作工艺简单、易于流水线大批量生产，同时，换气发电效率高，输出功率稳定、运行安全、使用寿命长、适用范围广阔。
附图说明
附图1，一种换气发电两用风力发电机的结构原理剖示图。
附图2，一种换气发电两用风力发电机主机的结构原理剖示图。
附图3，一种换气发电两用风力发电机机架的结构俯视图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。
附图：1～2中：1.防雨罩，2.助动风轮，3.助动风口，4.主轴承，5.风轮，6.主轴，7.防尘罩，8.球托，9.主机，10.机架，11.机座，12.控制盒，13.止动器，14.导线，15.端盖，16.动盘，17.永磁体，18.主轴承，19.进风孔，20.风道，21.通风孔，22.静盘，23.线圈，24.螺栓，25.下端盖，26.霍尔元件，27.温度传感器，28.信号线。
实施例：附图1所示，一种换气发电两用风力发电机的结构原理剖示图。将主机9固定在机架10上，机架外侧设有一个限止风轮转动的止动器13，机架10套接在机座11上端，机座下端固定在屋顶上，主轴6由大口径不锈钢管制成，主轴上装有防尘罩7，主轴的加长管通过主轴承4装置在风轮5上端，助动风轮2装置在风轮5上面，主轴承4具有平衡和支撑风轮重量的作用；弧型的助动风口3，套接在主轴6的加长管顶端，利用空气引风力，向助动风轮吹风，促使助动风轮旋转；制造较大功率的发电机，由于风轮较大，可以增设助动风机或助动器来解决。控制盒12设置在机架10上，控制盒内设有单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板为主要元件组成的普通输出控制电路，并附设锂电池、超级电容以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。制作较大功率的发电机可另设电控箱和附设超级电容、蓄电池组、逆变器，便于控制大型发电机的正常运转。
实施例：附图2所示，一种换气发电两用风力发电机主机的结构原理剖示图。作为优选，主机9选择永磁叠加型发电机，永磁体17，采用钕铁硼磁钢，固定在动盘16内，静盘22套装在设有风道20的主轴6上，由端盖15和下端盖25中的轴承18支承，端盖上设有凹槽或凸槽，凹槽与动盘16的凸槽卡接，螺栓24将端盖固定在动盘16上，静盘22内嵌装线圈23、霍尔元件26，温度传感器27，导线14和信号线28穿过管路与控制盒12以及负载电路连接；风道20与进风孔19、通风孔21、助动风出风口3、球托8、机架10、机座11内的风道相通。
实施例：附图3所示，一种换气发电两用风力发电机机架的结构俯视图。作为优选，机架10由不锈钢材料制成，十字支架101外侧与机架10的圆形圈片焊接，内侧与可固定主轴6的空心圆盘1011焊接，主轴6下端通过圆盘1011中的横档定位，由螺母固定。
实施例：止动器13，作为优选，由不锈钢材料制成匚型，上端可以与球托8下边缺口凹槽衔接，侧面开有长孔，螺栓通过长孔将止动器13定位在机架10的外侧，松动螺栓，上下移动止动器13就能够停止或松开风轮5，扭紧螺栓就能锁定风轮转动，以供安装、检修时使用。
综上所述，本发明的特征和优点是显而易见的，具有巨大的经济效益和市场潜力。
根据上述实施例和工作原理，有些聪明的制造商稍微改变或试图减少某一另件而制造的雷同产品，也属于本发明的保护范畴之例。

Claims (7)

1.一种换气发电两用风力发电机，其中主机(9)的外转子与球托(8)连接，主轴(6)固定在机架(10)上，主轴上端通过主轴承(4)支承风轮(5)和助动风轮(2)，主轴顶部设有助动风口(3)，机架(10)套接在机座(11)上，机座中设有止动器(13)、控制盒(12)，控制盒(12)通过导线(14)与主机(9)连接；特征是：主机(9)选择永磁叠加型发电机，采用永磁体(17)，嵌装在动盘(16)内，静盘(22)套装在主轴(6)上，由上端盖(15)和下端盖(25)中的轴承(18)支承，螺栓(24)将上、下端盖固定在动盘上，静盘(22)内嵌装的线圈(23)、霍尔元件(26)、温度传感器(27)通过导线(14)、信号线(28)、穿过管路与控制盒(12)以及负载电路连接，并设有通风冷却装置和自动监控调速系统，通风冷却装置由：主轴(6)、设在主轴上的出风孔(21)、下端盖(25)上的进风孔(22)、风道(20)构成，风道通过主机内部带走热量，同时，使风能和通风换气率从下述渡径得以提高：1.利用室内地面空气与屋顶空气的温差和高低压差形成的引风力，从内部推动风轮(5)和助动风轮(2)旋转；2.主机的温升和散热促使风道中的空气加速循环上升，从助动风口(3)推动助动风轮旋转；3.屋顶外自然界风力从外部推动风轮(5)和助动风轮(2)旋转；自动监控调速装置主要由嵌装在静盘(22)上的霍尔元件(26)、温度传感器(27)、线圈(23)、以及控制盒(12)中的单片机系统组成，线圈(23)由可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组或者可双速或三速连接的绕组构成；当动盘(16)旋转，霍尔元件(26)从永磁体(17)中感应霍尔信号，通过信号线(28)传递给控制盒(12)的单片机系统，运算处理、功率放大以后，由接触器执行自动切换上述线圈绕组的接线方式，使之与外界风速相匹配，从而调节、控制和稳定发电机的输出功率。
2.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说主轴(6)，由大口径钢管制成，长度能根据配置的风轮高度套接加长，直径至少是主机外壳直径的四分之一。
3.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说支承风轮(5)和助动风轮(2)为涡轮式风轮：由薄片金属材料压制成若干涡轮角度的叶片，下端围成圆形固定在球托(8)上，上端与防雨盖(1)固定，构成球形的涡轮式风轮，该涡轮式风轮运转时，在内部形成负压，使内部空气与外部空气形成对流，进一步推动风轮旋转，达到良好的通风和发电效果。
4.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说控制盒(12)内设有主要由单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板组成的普通输出控制电路，附设锂电池、超级电容以克服蓄电池使用寿命短的缺陷；制作较大功率的发电机时增设蓄电池、逆变器，或另设电控箱和附设超级电容、蓄电池组、逆变器，便于扩展和控制较大功率发电机的正常运转。
5.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说的温度传感器(27)为1只或每片静盘装1只，采集到的温升信息由信号线(28)传递给控制盒(12)，由单片机系统自动检测线圈和主机温升，若出现异常时，则自动存储记录、显示报警、直至关闭绕组的输出电路，以确保发电机的运行安全。
6.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说机架(10)由不锈钢材料制成，十字支架(101)外侧与机架(10)的圆形圈焊接，内侧与空心圆盘(1011)焊接，主轴(6)通过圆盘(1011)中的横档定位，由螺母固定。
7.根据权利要求1所述的换气发电两用风力发电机，特征是：所说止动器(13)，由不锈钢材料制成“匚”型，侧面开有长孔，螺栓通过长孔将止动器定位在机架(10)的外侧，松动螺栓，移动止动器使上端与球托(8)下边凹槽缺口衔接，就能停止或锁定风轮(5)转动，以方便安装检修时使用。
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