CN101645216B - 风力供电广告牌 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力供电广告牌，属于新能源供电系统设备技术领域，包括：风力发电机10的外转子与球托7连接，主轴6固定在机架9上，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，机架套装在支柱13上，支柱中设有风道14、进风口15、导线与控制盒16、光敏电阻17，灯具12连接，以及止动器为主要部件组成；特征是：电机中设有助动风道、自动跟踪调速系统，采用大口径钢管制作主轴的方法和超高功率型大功率LED灯，具有亮度高、射程远、节能环保、自动控制、免费供电等优点；对于缓解目前与日俱增的城市用电量来说，具有立竿见影的效果。

Description

风力供电广告牌
技术领域
本发明涉及一种风力供电广告牌，属于新能源技术领域，特别涉及一种垂直轴高效率的风力发电广告牌。
背景技术
随着市场经济的不断发展，公路两侧的广告牌已经成为体现现代化企业文化的风景线。尤其在于高速公路两侧的大型广告牌，其耗电之大，用电缆线附设供电的投资费用之高，是可以想象的；如果，采用风力发电机供电，其节能省电的效果是不言而喻、毫无疑问。但是，在现有技术中，垂直轴风力发电机发电效率并不高，其缺陷是：体积大、效率低，风力发电的设计，仅限于对外界自然风力的利用，没有将内部的通风、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提高发电效果的理想目标。
在实际生活中，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跟踪风力，适时调控发电，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：
一种风力供电广告牌，包括：发电机10的外转子与球托7连接，主轴6固定机架9上，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9套接在支柱13上，支柱中设有风道14、进风口15、广告牌11，灯具12通过导线31与控制盒16、光敏电阻17、发电机10连接，以及止动器8为主要部件组成；特征是：发电机10内设有助动风道和自动跟踪调速系统，所说助动风道，由：钢管制成主轴6中的助动风道141和主轴上的出风孔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，以克服运行时所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.利用地面空气与支柱13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5好助动风轮2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，从助动风口3推动助动风轮旋转；3.自然界风力从外部推动风轮5和助动风轮2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。
上述所说自动跟踪调速系统，由：嵌装在静盘24上的霍尔元件28、温度传感器29和线圈25、以及控制盒16内的单片机系统、为主要元件组成，线圈25是，可串、并联连接的绕组或三相星形/三角形连接的绕组构成；当动盘19旋转，霍尔元件28从永磁体20中感应霍尔信号，通过信号线30传递给控制盒16内的单片机系统，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。
上述所说的主轴6，由钢管制成，长度可根据配置的风轮高度套接加长，主轴6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、改善发电能力。
上述所说的风轮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7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，利用支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10，为永磁叠加型发电机，主要采用永磁体20，分别嵌装固定在动盘19内，静盘24套装在主轴6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、温度传感器29、导线31和信号线30穿过管路与控制盒16、光敏电阻17、以及灯具12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连接法或改变输出电压的连接法，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/三角形转换的连接方法解决。
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，自动跟踪调速系统就发出指令，控制盒16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式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16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；制作较大功率的广告牌灯可增设蓄电池组、超级电容器、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。
上述所说的温度传感器29为1只或每片静盘装1只，采集到的温度信息由信号线30传递给控制盒16的单片机系统、运算处理、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9由不锈钢材料组成，十字支架99外侧与机架9的圆形圈片焊接，内侧焊接可固定主轴6的空心圆盘999，主轴下端通过圆盘999中的横档定位，由螺母固定，机架上装置控制盒16、光敏电阻17、止动器8。
上述所说止动器8，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9的外侧，松动螺栓，移动止动器使上端与球托7下边凹槽缺口衔接，就能停止或锁定风轮5转动，以方便安全检修时使用。
上述所说灯具12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12在晚上开灯。
上述所说发电机10，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，只要采用上述发明中所说的：助动风道、自动跟踪调速系统、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：助动风道、自动跟踪调速系统、大口径钢管制作主轴的方法、的任何一项，制成的风力供电广告牌、广告牌灯、均应列入本发明的保护范围。
综上所述，本发明所述风力供电广告牌与众不同之处在于：1.发电机内部设有助动风道，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化问题，提高了发电能力和使用寿命。2.设置了自动跟踪和调速系统，采用霍尔元件、温度传感器、单片机微型计算机技术，自动跟踪和调节转速，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。3.采用了大口径钢管制作主轴6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。4.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。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，风力供电广告牌这一新能源项目，得以全面推广，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1，一种风力供电广告牌的结构原理剖示图。
附图2，一种双龙风力供电广告牌的结构原理示意图。
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：1.2.3.4.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.球托，8.止动器，9.机架，10.发电机，11.广告牌，12.灯具，13.支柱，14.风道，15.进风口，16.控制盒，17.光敏电阻，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.温度传感器，30.信号线，31.导线。
实施例：附图1所示，一种风力供电广告牌的结构原理剖示图。作为优选，主轴6为不锈钢管制成，下端固定在机架9上，机架外侧设有限止风轮转动的止动器8，机架套接在支柱13上端，支柱下端开有进风口15，助动风轮2通过主轴承4装置在风轮5上部，主轴承4具有平衡和支撑风轮重量的作用；弧形的助动风口3，套接在主轴6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6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16和光敏电阻17设置在机架9上，广告牌11固定在支柱13上，灯具12由导线31与控制盒16、光敏电阻17、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2所示，一种双龙风力供电广告牌的结构原理示意图。
制作比较大型的广告牌，作为优选，将上述图1的风力发电机相同两柱并列安装，好似双龙并列，在支柱上设置大型广告牌111和灯具12。
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；永磁体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6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31和信号线30穿过管路与控制盒16以及灯具12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。作为优选，机架9由不锈钢材料制成，十字支架99外侧与机架9的圆形圈片焊接，内侧焊接可固定主轴6的空心圆盘999，主轴6下端通过圆盘999中的横档定位，由螺母固定。
作为优选，止动器8，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8定位在机架9的外侧，松动螺栓，上下移动止动器8就能够停止或松开风轮5，上移后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 (9)

1.一种风力供电广告牌，包括：发电机(10)的外转子与球托(7)连接，主轴(6)下端固定在机架(9)上，机架外侧设有止动器(8)，机架套接在支柱(13)上端，支柱下端开有进风口(15)，助动风轮(2)通过主轴承(4)装置在风轮(5)上部，弧形助动风口(3)套接在主轴(6)的加长管上端，支柱中设有风道(14)、广告牌(11)、灯具(12)，导线(31)与灯具(12)和设在机架(9)上的控制盒(16)、光敏电阻(17)、发电机(10)连接，特征是：发电机(10)内设有助动风道和自动跟踪调速系统，所说助动风道，由：钢管制成主轴(6)中的通风道(141)和设在主轴上的出风孔(23)以及下端盖(27)中的进风孔(22)构成；助动风道通过发电机内部带走热量，同时，使风能利用率从下述途径得以提高：1.利用地面空气与支柱(13)上端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.发电机的温升和散热促使助动风道中的空气加速循环上升，从弧形助动风口(3)推动助动风轮旋转；3.自然界风力从外部推动风轮(5)和助动风轮(2)旋转；所说自动跟踪调速系统，由：嵌装在静盘(24)上的霍尔元件(28)、温度传感器(29)和线圈(25)、以及控制盒(16)内的单片机系统为主要元件组成，线圈(25)是，可串、并联连接的绕组或三相星形/三角形连接的绕组构成；当动盘(19)旋转，霍尔元件(28)从永磁体(20)中感应霍尔信号，通过信号线(30)传递给控制盒(16)内的单片机系统，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所述的风力供电广告牌，特征是：所说主轴(6)，由钢管制成，长度可根据配置的风轮高度套接加长，主轴(6)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、改善发电能力。
3.根据权利要求1所述的风力供电广告牌，特征是：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(7)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所述的风力供电广告牌，特征是：所说发电机(10)，为永磁叠加型发电机，主要采用永磁体(20)，嵌装固定在动盘(19)内，静盘(24)套装在主轴(6)上，由端盖(18)和下端盖(27)中的轴承(21)支承，螺栓(26)将端盖和下端盖固定在动盘上，静盘(24)内嵌装线圈(25)、霍尔元件(28)、温度传感器(29)、导线(31)和信号线(30)穿过管路与控制盒(16)、光敏电阻(17)、以及灯具(12)连接。
5.根据权利要求1所述的风力供电广告牌，特征是：所说控制盒(16)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；制作较大功率的广告牌灯可增设蓄电池组、超级电容器、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。
6.根据权利要求1所说的风力供电广告牌，特征是：所说机架(9)由不锈钢材料制成，十字支架(99)外侧与机架(9)的圆形圈焊接，内侧焊接可固定主轴(6)的空心圆盘(999)，主轴下端通过圆盘(999)中的横档定位，由螺母固定。
7.根据权利要求1所述的风力供电广告牌，所说止动器(8)，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(9)的外侧，松动螺栓，移动止动器使上端与球托(7)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。
8.根据权利要求1所述的风力供电广告牌，特征是：所说灯具(12)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(17)，自动控制灯具在晚上开灯。
9.根据权利要求1所述的风力供电广告牌，特征是：所说发电机(10)，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。
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