CN101644399A - 风力发电广场灯及路灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电广场灯及路灯,属于新能源供电系统设备技术领域,包括:发电机外转子与球托连接,主轴固定在机架上,通过主轴承支承风轮和助动风轮,顶部设有助动风口,机架套接在灯柱上,灯柱中设有风道、进风口、灯架、灯具以及设置在机架上的止动器、控制盒、光敏电阻为主要部件组成;特征是:发电机设有通风冷却装置、自动监控调速系统;助动风口装置、防冻加热装置,大口径钢管制作主轴的方法以及采用超高功率型大功率LED灯,具有亮度高、射程远、体积小、节能环保、稳定性好等优点;将灯柱内部的通风、散热、引风力和外界自然风力与发电机内部结构的设计溶于一体,加以综合利用,以求更科学地发挥风能潜力和发电效果。

Description

风力发电广场灯及路灯 技术领域
本发明涉及一种风力发电广场灯及路灯,属于新能源技术领域,尤其涉及 一种垂直轴高效率的风力发电路灯。
背景技术
现有技术中,风力发电及其由风力发电供电的路灯只限于外界自然风力的 利用,没有将灯柱内部的通风、散热、弓l风力和外界自然风力与发电机内部结 构的设计溶于一体,加以综合利用,以求更科学地发挥风能潜力和发电效果。
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。
实际生活中,由于,自然界的风速始终处于不断变化之中,大多数气候和 时间处在微风状态,所以,设计和选择优良的发电机、运用微型计算机技术自 动调控发电量,是保证和提高风力发电效率的重要渡经之一。
发明内容
根据上述目的,本发明的技术方案:
一种风力发电广场灯及路灯,包括:发电机5的外转子与球托14连接,主 轴4固定在机架7上,通过主轴承13支承风轮3和助动风轮1,顶部设有助动 风口2,机架7套接在灯柱11上,灯柱中设有风道、进风口12、灯架9、控制 盒15通过导线8与光敏电阻16、灯具(10)、发电机(5)连接,以及止动器(6) 为主要部件组成;特征是:发电机5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:钢管制成的主轴4和出风孔23以及下端盖27中的进风孔 22构成;风道通过发电机内部带走热量,以克服运行时产生的温升和永磁体因 过热造成的退磁老化问题,同时,使风能利用率从下述渡经得以提高:1.利用地面空气与灯柱上端空气的温差和高低压差形成的引凤力,从内部推动风轮3 和助动风轮1旋转;2.发电机的温升和散热促使风道中的空气加速循环上升, 从助动出风口 2推动助动风轮旋转;3.自然界风力从外部推动风轮3和助动风 轮1旋转。因此,本发明的风能利用率与现有技术相比,优点是显而易见的。
上述所说自动监控调速系统,由:嵌装在静盘24上的霍尔元件28、温湿 度或温度传感器29和线圈25、以及控制盒15内的单片机系统、为主要元件组 成,线圈25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19旋转,霍尔元件28从磁钢体20中感 应霍尔信号,通过信号线30传递给控制盒15,经控制盒15内的单片机系统、 运算、处理和功率放大以后,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。
上述所说的主轴4,由不锈钢或钢管制成,长度可根据配置的风轮高度套 接加长,主轴4的直径至少是发电机外壳直径的四分之一, 一般选择比例在1: 0.25〜0.6的范围内,有利于扩展通风量和縮短主轴与转子、与定子之间的直 径距离,提高动态平衡度和稳定性、减轻重量、降低成本、改善发电能力。
上述所说的风轮3和助动风轮1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14上,上端与防雨圆盖固定,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,利用灯柱上端与地面自然空气引风力的作用,进一步推动 风轮旋转,达到良好的通风和发电效果。
上述所说发电机5,为永磁叠加型发电机,主要采用磁钢体20,分别嵌装 固定在动盘19内,静盘24套装在主轴4上,由端盖18和27中的轴承21支承, 端盖上设有凹槽或凸槽,该凹槽与动盘19的凸槽卡接,螺栓26通过凹、凸槽将端盖固定在动盘19上,静盘24内嵌装线圈25、霍尔元件28、温湿度或温度 传感器29、导线8和信号线30穿过管路与控制盒15、光敏电阻16、以及灯具 10连接组成。
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,单相发电机线圈25 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15自动控制执行切换,通过接触器将线圈25切换成并联的接 线方法或者自动控制切换成星形/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15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;制作较大功率的广场灯或广告牌灯可 增设蓄电池、逆变器,并另设电控箱,便于扩展和控制较大功率发电机的正常 运转。
上述所说的温湿度传感器29为1只或每片静盘装1只,采集到的温度或温 湿度信息由信号线30传递给控制盒15,经控制盒15内的单片机系统、运算、 处理和功率放大,自动检测线圈和发电机温升,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7由不锈钢材料制成,十字支架707外侧与机架7的圆形圈片焊接,内侧焊接可固定主轴4的空心圆盘7077,主轴下端通过圆盘7077中 的横档定位,由螺母固定。
上述所说止动器6,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7的外侧,松动螺栓,移动止动器使上端与球托14下边 凹槽缺口衔接,就能停止或锁定风轮3转动,以方便安装检修时使用。
上述所说灯具10为超高功率型大功率LED灯或超高功率型大功率LED投光 灯具,以求亮度高、射程远、体积小、节能环保、稳定性好等优点;光敏电阻 15,自动控制灯具10在晚上开灯。
上述所说的主轴4上可根据用户需要,设置防冻加热装置17,供寒冷地区 使用,该防冻加热装置由,PTC元件或电热丝结合电木、塑料或合成橡胶材料 制成,套装在主轴上,电路与控制盒15连接,根据气候情况,由单片机系统自 动控制;符合以下现状条件,防冻加热装置自动通电加热:1.温湿度传感器29 测得零以下环境温度时;2.光敏电阻15确定是白天,关灯时间时;3.蓄电池电 能已经充满,或者风力很大,发电量过盛时;4.大雨季节,空气特别潮湿时。 用以确保路灯在恶劣天气和寒冷地区的正常使用。
上述所说发电机5,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、防冻加热装置、的任何一项, 制成的风力发电广场灯、路灯、广告牌灯、垂直轴风力发电机、永磁垂直轴风 力发电机的产品,均应列入本发明的保护范围。
综上所述,本发明所述风力发电广场灯及路灯与众不同之 在于:1.发电 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,大大地縮小和 减轻了发电机的重量和体积,大幅度地降低了制造成本。5.采用超高功率型大 功率LED灯,具有亮度高、射程远、体积小、节能环保、稳定性好等优点。6. 采用锂电池、超级电容以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。7.设置防冻加热装 置,供寒冷地区使用。根据上述发明优点,风力发电广场灯及路灯这一新能源 项目,得以全面推广,进一步造福人类,将之成为现实。
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,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, 一种风力发电广场灯的结构原理剖示图。 附图2, 一种风力发电路灯的结构原理示意图。 附图3, 一种风力发电机的结构原理剖示图。 附图4, 一种风力发电机机架结构俯视图。
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:1.2.3.中:1.助动风轮,2.助动风出风口, 3.风轮,4.主轴,5.发 电机,6.止动器,7.机架,8.导线,9.灯架,10.灯具,11.灯柱,12.进风口,13.主轴承,14.球托,15.控制盒,16.光敏电阻,17.防冻加热器,18.端盖,19.动盘,20.永磁体,21.轴承,22.进风孔,23.出风孔,24.静盘,25.线圈,26.螺栓,27.下端盖,28.霍尔元件,29.温湿度或温度传感器,30.信号线。
实施例:附图1〜2所示, 一种风力发电广场灯的结构原理剖示图和一种风力发电路灯的结构原理示意图。
将发电机5的不锈钢主轴4下端固定在机架7上,机架7外侧设有一个限止风轮转动的止动器6,机架套接在灯柱11上端,灯柱11下端开有进风口 12,助动风轮1通过主轴承13装置在风轮3上部,主轴承13具有平衡和支撑风轮重量的作用;弧型的助动风出风口2,套接在主轴4的加长管上端,利用空气引风力,向助动风轮吹风,促使助动风轮旋转;制造较大功率的广场灯时,由于风轮较大,可以增设助动风机或助动器来解决。主轴4的加长管下端,装防尘罩,以保护发动机免受灰尘雨水污染,控制盒15和光敏电阻16设置在机架7上,灯架9固定在灯柱11上,灯具10由导线8与控制盒15连接,控制盒中附设锂电池和超级电容器,以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。
实施例:附图3所示, 一种风力发电机机的结构原理剖示图。作为优选,使用永磁叠加型发电机:磁钢体20,采用钕铁硼磁钢,分别嵌装固定在动盘19内,静盘24套装在主轴4上,由端盖18和27中的轴承21支承,端盖上设有凹槽或凸槽,凹槽与动盘19的凸槽卡接,螺栓26将端盖固定在动盘19上,静盘24内嵌装线圈25、霍尔元件28、温度传感器29、导线8和信号线30穿过管路与控制盒15以及负载电路连接。
实施例:附图4所示, 一种风力发电机机架的结构俯视图。机架7由不锈钢材料制成,十字支架707外侧与机架7的圆形圈片焊接,内侧焊接可固定主轴4的空心圆盘7077,主轴4下端通过圆盘7077中的横档定位,由螺母固定。
止动器6,由不锈钢材料制成匚型,上端可以与托架下边凹槽缺口衔接,侧面开有长孔,螺栓通过长孔将止动器6定位在机架7的外侧,松动螺栓,上下移动止动器6就能够停止或松开风轮3,上移后扭紧螺栓就能锁定风轮转动,以供安装、检修时使用。
防冻加热装置17,供寒冷地区使用时安装,由,PTG元件或电热丝结合电木、塑料或合成橡胶材料制成,套装在主轴上,电路与控制盒15连接,根据气候情况,由单片机系统自动控制;符合以下现状条件,防冻加热装置自动通电加热:1.温湿度或温度传感器29测得零以下环境温度吋;2.光敏电阻15确定是白天,关灯时间时;3.蓄电池电能已经充满,或者风力很大,发电量过盛时;4.大雨季节,空气特别潮湿时。用以确保路灯在恶劣天气,特别是寒冷地区的正常使用。
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 (10)

1.一种风力发电广场灯及路灯,包括:发电机(5)的外转子与球托(14)连接,主轴(4)固定在机架(7)上,通过主轴承(13)支承风轮(3)和助动风轮(1),顶部设有助动风口(2),机架(7)套接在灯柱(11)上,灯柱中设有风道、进风口(12)、灯架(9)、控制盒(15)通过导线(8)与光敏电阻(16)、灯具(10)、发电机(5)连接,以及止动器(6)为主要部件组成;特征是:发电机(5)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:钢管制成的主轴(4)和出风孔(23)以及下端盖(27)中的进风孔(22)构成;风道通过发电机内部带走热量,同时,使风能利用率从下述渡经得以提高:1.利用地面空气与灯柱上端空气的温差和高低压差形成的引凤力,从内部推动风轮(3)和助动风轮(1)旋转;2.发电机的温升和散热促使风道中的空气加速循环上升,从助动出风口(2)推动助动风轮旋转;3.自然界风力从外部推动风轮(3)和助动风轮(1)旋转。
2. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说自动监控 调速系统,由:嵌装在静盘(24)上的霍尔元件(28)、温湿度或温度传感器(29) 和线圈(25)、以及控制盒(15)内的单片机系统、为主要元件组成,线圈(25)是, 串、并联连接的绕组或三相星形/三角形连接的绕组或者双速或三速连接的绕组 构成;当动盘(19)旋转,霍尔元件(28)从磁钢体(20)中感应霍尔信号,通过信 号线(30)传递给控制盒(15),经控制盒(15)内的单片机系统、运算、处理和 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。
3. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说的主轴(4), 由钢管制成,长度可根据配置的风轮高度套接加长,主轴(4)的直径至少是发 电机外壳直径的四分之一,有利于扩展通风量和縮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、改善发电能力。
4. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说的风轮(3) 和助动风轮(1)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(14)上,上端与防雨圆盖固定,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。
5. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说发电机(5),为永磁叠加型发电机,主要采用磁钢体(20),嵌装固定在动盘(19)内,静盘(24) 套装在主轴(4)上,由端盖(18)和(27)中的轴承(21)支承,端盖上设有凹槽或 凸槽,该凹槽与动盘(19)的凸槽卡接,螺栓(26)将端盖固定在动盘上,静盘(24) 内嵌装线圈(25)、霍尔元件(28)、温湿度或温度传感器(29)、导线(8)和信号线 (30)穿过管路与控制盒(15)、光敏电阻(16)、以及灯具(10)连接。
6. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说控制盒(15) 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;制作较大功率的广场灯或广告牌灯可增设蓄电池、逆变器, 并另设电控箱,便于控制较大功率发电机的正常运转。
7. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说机架(7)由 不锈钢材料制成,十字支架(707)外侧与机架(7)的圆形圈焊接,内侧焊接可固 定主轴(4)的空心圆盘(7077),主轴下端通过圆盘(7077)中的横档定位,由螺 母固定。
8. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,所说止动器(6),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(7)的外侧, 松动螺栓,移动止动器使上端与球托(14)下边凹槽缺口衔接,就能停止或锁定风轮(3)转动,以方便安装检修时使用。
9. 根据权利要求1所述的风力发电广场灯及路灯,特征是:所说灯具(10)为超高功率型大功率LED灯或超高功率型大功率LED投光灯具,以求亮度高、 射程远、体积小、节能环保、稳定性好的优点;光敏电阻(16),自动控制灯具 在晚上开灯。
10. 根据权利要求1所述风力发电广场灯及路灯,特征是:所说的主轴(4) 上可设置防冻加热装置(17),供寒冷地区使用,该防冻加热装置由,PTC元件 或电热丝结合电木、塑料或合成橡胶材料制成,套装在主轴上,电路与控制盒(15)连接,根据气候情况,由单片机系统自动控制。
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