CN101936261B - 一种船帆叶式导向风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船帆叶式导向风力发电机，包括有转子、定子、底盘和叶片，底盘上连接有发电机底端盖，定子设在底端盖上，叶片设在转子中的转轴上，其特征在于：所述叶片有多个，每个叶片采用船帆式结构，多个叶片沿转轴的圆周方向分布，与转轴连接后的多个叶片所形成的整体呈圆锥形结构。由于叶片采用船帆式结构，不但能利用平面各方向的风，也能利用“三维”的，逆向的，甚至是“紊乱”的、阵阵的气流也能增大风力机的提升力和推力，而且采用了先进的磁悬浮轴乘技术，使转轴悬浮于空中旋转没有摩擦，故本发明对风能的利用效率极高，而且制造成本低廉，造型美观，也便于在各大中小城市及山区、海岛的使用和普及推广。

Description

一种船帆叶式导向风力发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，具体是涉及一种风力发电机。

背景技术

人类活动和人类社会的发展离不开物质、能量和信息，物质、能量和信息是构成自然社会的基本要素。作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国，能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的1/10，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。开发新能源和可再生能源是能源可持续发展的应有之义。我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。

风力资源是取之不尽，用之不竭的，而且洁净，没有污染，能维持生态平衡，保护环境的能源，所以对风力资源的利用已成为世界各国的追求和潮流。各种风力发电机随之诞生，但现有的普遍应用的风力机都是水平轴，这类风力发电机的缺点是启动力矩大，铁塔随着风力机功率的增大而增高、增大，其重量大造价高，而且它只能利用一个平面方向的风，对风的利用效率低，还有复杂繁重的偏航机构，齿轮箱变速机构等等，故障率也多，因此制造工艺复杂，成本高，所以难于利用和推广。

发明内容

为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种对风能的利用效率极高，而且制造成本低廉，造型美观的船帆叶式导向风力发电机。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种船帆叶式导向风力发电机，包括有转子、定子、底盘和叶片，底盘上连接有发电机底端盖，定子设在底端盖上，叶片设在转子中的转轴上，其特征在于：所述叶片有多个，每个叶片采用船帆式结构，叶片中成直线的内侧边嵌入在转轴上且与转轴平行，叶片中的外侧边和底边呈曲线型，叶片的叶表面为内凹的沿圆周方向弯曲的弧形面；多个叶片沿转轴的圆周方向分布，与转轴连接后的多个叶片所形成的整体呈圆锥形结构。

所述叶片的顶部设有弧线加速板。

所述底盘的定位槽内设有与底盘面垂直的中心杆，所术转轴是空心的，转轴穿插在中心杆上。

所述定子的内侧设有多只激磁线圈，多只激磁线圈沿着定子的内侧面呈圆周分布，转子中的转动轮的外围设有多块沿着圆周分布的永磁铁磁极。

所述转轴上设有两个以上磁悬浮轴承，磁悬浮轴承用以使转轴没有机械接触并能保持在空中旋转。

所述磁悬浮轴承设有横向限位的磁悬浮轴承和竖向限位的磁悬浮轴承，所述设在转轴上端的横向限位的磁悬浮轴承固定在中心杆上；所述设在转轴下端的横向限位的磁悬浮轴承和竖向限位的磁悬浮轴承封装在同一个壳体内，所述壳体设在底盘上。

所述叶片的底部的外围设有护边。

本发明的有益效果在于：由于叶片采用船帆式结构，不但能利用平面各方向的风，也能利用“三维”的，逆向的，甚至是“紊乱”的、阵阵的气流也能增大风力机的提升力和推力，而且采用了先进的磁悬浮轴乘技术，使转轴悬浮于空中旋转没有摩擦，因此这种特别叶片和轴乘的风力机对风能的利用效率极高，而且制造成本低廉，造型美观，给人们一种全新的创意，美的感觉，也便于在各大中小城市及山区、海岛的使用和普及推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示的俯视图；

图3为图1所示的装配图；

图4为图1所示的磁悬浮轴承的结构示意图。

图中：1、转子；2、定子；3、底盘；4、叶片；5、底端盖；6、转轴；7、内侧边；8、外侧边；9、底边；10、弧线加速板；11、中心杆；12、激磁线圈；13、转动轮；14、磁悬浮轴承；15、横向限位的磁悬浮轴承；16、竖向限位的磁悬浮轴承；17、壳体；18、护边；19、风速传感器；20、永磁铁磁极；21、主动磁极线圈；22、被动磁铁；23、U形铁芯；24、上方磁极线圈；25、下方磁极线圈；26、蝶形永磁体。

具体实施方式

如图1、2所示，一种船帆叶式导向风力发电机，包括有转子1、定子2、底盘3和叶片4，底盘3上连接有发电机底端盖5，定子2设在底端盖5上，叶片4设在转子1中的转轴6上，其特征在于：所述叶片4有多个，每个叶片4采用船帆式结构，叶片4中成直线的内侧边7嵌入在转轴6上且与转轴6平行，叶片4中的外侧边8和底边9呈曲线型，叶片4的叶表面为内凹的沿圆周方向弯曲的弧形面；多个叶片4沿转轴6的圆周方向分布，与转轴6连接后的多个叶片所形成的整体呈圆锥形结构。所述叶片4的顶部设有弧线加速板10，在微风和下边风吹来能起到加速运动作用，因此它能在1多米/秒的低风速就能启动运行。所述叶片4的底部的外围设有护边18；转轴6上且位于叶片4的上方设有风速传感器19，具有测风和超速保护的作用。

如图3所示，所述底盘3的定位槽内设有与底盘面3垂直的中心杆11，所术转轴6是空心的，转轴6穿插在中心杆11上。所述定子2的内侧设有多只激磁线圈12，多只激磁线圈12沿着定子2的内侧面呈圆周分布，转子1中的转动轮13的外围设有多块沿着圆周分布的永磁铁磁极20。绕组设计有多种功能方式，当风机在低转速时，它可以自动改接以提高激磁电压，增加输出功率，当风机在高转速时，又可以改变激磁绕组励磁电压以降低功率出力，在超转速时还可以配合控制系统产生反向制动。飞轮的周围装着一块一块的永久磁铁，减少了转子的激磁绕组，简单了工艺，提高了工效和可靠性。当风力机正常启动运行后，转子旋转的永久磁铁相对地切割了定子线圈绕组时便产生感应电流，这跟普通电机的原理是一样的。

另外，转动轮13制成飞轮式，它的直径较大，而且重量较重，它在阵阵波动强弱不同的风袭击叶片时能维持转子的平稳状态，减少了阵风产生的波动和快慢节奏。

如图4所示，所述转轴6上设有两个以上磁悬浮轴承14，磁悬浮轴承14用以使转轴6没有机械接触并能保持在空中旋转。所述磁悬浮轴承14设有横向限位的磁悬浮轴承15和竖向限位的磁悬浮轴承16，所述横向限位的磁悬浮轴承15，主要有主动磁极线圈21和被动磁铁22构成，设在转轴6上端的横向限位的磁悬浮轴承15中的主动磁极线圈21固定在中心杆11上，设在转轴6下端的横向限位的磁悬浮轴承15中的主动磁极线圈21封装在一个壳体17内，被动磁铁22固定在转轴6上且与主动磁极线圈21相对应，所述壳体17设在底盘3上。竖向限位的磁悬浮轴承16也封装在壳体17内，竖向限位的磁悬浮轴承16是由U形铁芯23、上方磁极线圈24、下方磁极线圈25和蝶形永磁体26构成，U形铁芯23固定在壳体17上，上方磁极线圈24和下方磁极线圈25设在U形铁芯23的两端，蝶形永磁体26设在转轴6上，且位于上方磁极线圈24和下方磁极线圈25之间。转子与中心杆是不接触的，是悬浮于空中运行的，这样能大大减少了风力机对中心杆的摩擦力和启动转距，再加上其叶片的结构特征，就能大大增强了转轴的推力。因此它在甚微的风速下就能启动运行。

工作原理：叶片似船帆，制作形状象海上木船航行时鼓风的船帆，主轴是直竖旋转的，它做功时能捕捉到360°各方向平面吹来的风，所以它能捕捉到“三维”的，逆向的，甚至是“紊乱”的、阵阵的“立体”性上下气流吹来的风，因此它对风的捕捉能力很高，对风的利用率也极高。根据本风力机以其叶片制作的形状分析，它对风能利用具有如下几方面的特征：顺风旋转时，当风力机各叶片在顺风向约一定的小角度时就开始迎风受力，推力能旋转160度，可见在顺风旋转时受力是最大；上方斜风向时，从叶片的形状与受力面积看，这个角度风的拆力也是最大；下方风向时，从叶片的形状看它受力作用最小，因此在叶片的上斜边设计有加速板，能起到加大提升力和推力作用，使风力机在微风时也能启动运行；逆风方向时：从其叶片的组成来看，其反方向的风吹来仍可加力作用于反方向的叶片，因其叶片是由若干个组成主体形状的，它的迎风是360度，所以逆向的风也一样能起到提升和推拆的作用；紊乱不规则的气流时，大家看到城市建筑物是复杂的，横纵交错，高低不平，宽窄不一，因此造成楼顶房顶气流方向紊乱复杂，阵阵波动的这些气流也有返回屋顶从各方向撞击风力机叶片，对其“三维”主体组装的叶片来说是不分风向同样能增加推力和提升力作用的。

因此从上面的分析可见本发明的风力机对风的利用是复杂的，高能量的，所以说这是目前市场上各种风力发电机不可比拟的特征与优点。

在制造上打破传统式的结构工艺，它不需要复杂繁重的偏航装置和控制，也不需要复杂繁重的变速齿轮箱，还可以减少繁重高耸的铁塔等等，因此制造工艺简单，可以做成中小型功率的，也可制造成大型(兆瓦级)功率的风力发电机，造价低廉，造型美观，象是风的艺术品，它将成为风力发电之秀，非常便于利用和推广。

Claims (1)

1.一种船帆叶式导向风力发电机，包括有转子(1)、定子(2)、底盘(3)和叶片(4)，底盘(3)上连接有发电机底端盖(5)，定子(2)设在底端盖(5)上，叶片(4)设在转子(1)中的转轴(6)上，其特征在于：所述叶片(4)有多个，每个叶片(4)采用船帆式结构，叶片(4)中成直线的内侧边(7)嵌入在转轴(6)上且与转轴(6)平行，叶片(4)中的外侧边(8)和底边(9)呈曲线型，叶片(4)的叶表面为内凹的沿圆周方向弯曲的弧形面；多个叶片(4)沿转轴(6)的圆周方向分布，与转轴(6)连接后的多个叶片所形成的整体呈圆锥形结构；所述叶片(4)的顶部设有弧线加速板(10)；所述定子(2)的内侧设有多只激磁线圈(12)，多只激磁线圈(12)沿着定子(2)的内侧面呈圆周分布，转子(1)中的转动轮(13)的外围设有多块沿着圆周分布的永磁铁磁极(14)；所述底盘(3)的定位槽内设有与底盘面(3)垂直的中心杆(11)，所述转轴(6)是空心的，转轴(6)穿插在中心杆(11)上；所述转轴(6)上设有两个以上磁悬浮轴承(14)，磁悬浮轴承(14)用以使转轴(6)没有机械接触并能保持在空中旋转；所述磁悬浮轴承(14)设有横向限位的磁悬浮轴承(15)和竖向限位的磁悬浮轴承(16)，所述设在转轴(6)上端的横向限位的磁悬浮轴承(15)固定在中心杆(11)上；所述设在转轴(6)下端的横向限位的磁悬浮轴承(15)和竖向限位的磁悬浮轴承(16)封装在同一个壳体(17)内，所述壳体(17)设在底盘(3)上；所述叶片(4)的底部的外围设有护边(18)；竖向限位的磁悬浮轴承(16)是由U形铁芯(23)、上方磁极线圈(24)、下方磁极线圈(25)和蝶形永磁体(26)构成，U形铁芯(23)固定在壳体(17)上，上方磁极线圈(24)和下方磁极线圈(25)设在U形铁芯(23)的两端，蝶形永磁体(26)设在转轴(6)上，且位于上方磁极线圈(24)和下方磁极线圈(25)之间。 

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