CN102287743B - 双涡轮互动式风力发电路灯 - Google Patents
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Abstract
一种双涡轮互动式风力发电路灯，属于新能源技术领域；由两个涡轮式球形风轮，分别设置在一个同轴发电机的两个外转子上，主轴固定在机架中，导线分别连接发电机、控制盒、灯具、光伏电池、引风扇；特征是：第二风轮设在第一风轮内部，灯柱内壁设螺旋形风道和引风扇，使上升气流由直线运动转换成螺旋形运转上升，产生强大的涡旋形旋转力矩，推动第二风轮按逆时钟旋转，气流从多个弧形叶片空隙中排出推动第一风轮按顺时针旋转，两种风轮产生助动作用带动两个外转子按不同的方向旋转发电；改变和隔离气流的排气方向，克服外界风力大于柱内气流时两种气流相互抵销的缺陷，使发电机的效率增强一倍以上，能在微风和无风的常态下24小时全天候运转发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种双涡轮互动式风力发电路灯，属于新能源技术领域。
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、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。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，当自然界风力大于灯柱内部上升气流时，内外两种气流相互抵销，会降低风能的利用率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，用以下技术方案来实现：
一种双涡轮互动式风力发电路灯，由两个轮式球形风涡轮1，或其中一个风轮上设有助动风轮103，套设在同轴发电机2的两个外转子上，同轴发电机2的主轴固定在空心灯柱4顶端的机架3中，空心灯柱下端设通风口、底脚螺丝孔或灯座401，灯柱外侧设灯具7、控制盒5，导线6分别与同轴发电机2、控制盒5、灯具7或设在灯柱4内的引风扇403、设在同轴发电机(2)主轴顶端或灯座(401)旁的光伏电池404连接，光伏电池通过控制盒控制供应引风扇电源；特征是：所述两个涡轮式球形风轮1由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮101制成顺时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第一外转子201连接，第二风轮102制成逆时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第二外转子202连接，第二风轮设置在第一风轮内部，当灯柱内的通风气流上升推动第二风轮按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋形加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮101内的多个弧形叶片上，推动第一风轮按顺时针旋转，两个风轮分别带动同轴发电机2的两个外转子按不同方向旋转发电；改变和隔离灯柱内通风气流的排气方向，克服自然界风力大于灯柱内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，两个风轮产生互动作用，以提高风能的利用率和通风性能，使发电机的效率增强一倍以上。
一种双涡轮互动式风力发电路灯，由两个轮式球形风涡轮1，或其中一个风轮上设有助动风轮103，套设在同轴发电机2的两个外转子上，同轴发电机2的主轴固定在机架3中，机架固定在空心灯柱4的顶端，灯柱下端设有通风口、底脚螺丝孔或灯座401，灯柱外侧设灯具7、控制盒5，导线6分别与同轴发电机2、控制盒5、灯具7、或设在灯柱4内的引风扇403、设在同轴发电机(2)主轴顶端或灯座(401)旁的光伏电池404连接，光伏电池通过控制盒控制供应引风扇电源；两个涡轮式球形风轮1由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮101制成顺时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第一外转子201连接，第二风轮102制成逆时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第二外转子202连接，第二风轮102设在第一风轮101的内部，特征是：所述灯柱4由上口径小于下口径的坦拔形金属管制成，金属管内壁设螺旋形风道，在灯柱内引风扇403的作用下，使灯柱管内的气流呈螺旋形加速上升，气流由直线运动转换成螺旋形运转上升，象龙卷风一样产生强大的涡旋形旋转力矩，以进一步增强风能的功况强度。
所述的两个涡轮式球形风轮1由薄片金属材料分别压制成具有顺时针或逆时针涡旋角度的弧形叶片106，每个叶片的叶面分别设有供内外气流推动的凹凸肋条或槽，多个弧形叶片下端按圆周均布围固定在涡轮式球形风轮的球带108上，上端按角度均布固定在防雨罩105圆周中，组成顺时针或逆时针旋向的两种涡轮式球形的第一风轮101或第二风轮102，每个风轮中的叶片与叶片之间的空隙作为排气口；风轮运转时，在内部形成负压，使柱内气流通过多个排气口形成涡旋形旋转的加速气流，以达到良好的发电效果；其中，第二风轮102内设有十字架的球托107，球托中心设置定位轴承104；直径小于0.3米的涡轮式球形风轮102，可以与涡轮式球形第一风轮101一样不设置球托107和定位轴承104。
所述同轴发电机2由定子，定子外套设两个外转子的同轴发电机，包含：定子203与主轴204固定，主轴通过第一外转子201和第二外转子202中的轴承支撑组成，其中定子203中分别设置与上述第一外转子201和第二外转子202相对称的两套发电机定子绕组，绕组的输出端通过导线6分别与控制盒5连接。
根据上述的结构描述，该同轴发电机2也可以将两个永磁无铁芯盘式发电机或两个矽钢片铁芯的盘式发电机的主轴串联连接组成，主轴上端的发电机作为第一外转子201，第一外转子201下面的发电机作为第二外转子202。
所述主轴204由圆钢、不锈钢管或无缝钢管制成，内孔管路供导线通过，主轴外径设有供第一外转子201、第二外转子202中的轴承和定子203固定的凸挡靠山，以精确控制上述部件的定位和间隙的尺寸。
所述机架3由金属材料制成的十字架302固定在灯柱内或分体制作，分体制作：由金属材料制成的十字架302，十字架中心设置供发电机主轴加长管固定的金属套301，十字架外端与机架的圆形金属圈303连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器304，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈303连接，松动螺栓移动止动器304，使F型上端与第一风轮101或第二风轮102下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止或锁定上述风轮转动，以供安装、检修、运输时使用。
所述灯柱4为上口径小于下口径的坦拔形金属管或薄壁金属直管制成，使用薄壁金属直管时内壁设置上口径小于下口径的坦拔形螺旋风道402；灯柱4与灯座401可以连体制成或分体制作，分体制作时：由金属材料铸成三足鼎立中空的塔形灯座，灯座中空部分上端设立灯柱4，下端作为通风口，座足中设有圆孔供预埋螺栓安装固定。
所述控制盒5上设有光电传感器以锁定路灯在天黑时使用，控制盒内部设有：单片机系统、光控负载自动切换控制电路、双路发电、太阳能光伏电池发电、自动充电电路、过压、欠压、过流、漏电、防雷安全保护电路、接触器、电子元件为主要零件组成的风力发电自动控制盒；可以在定子203的绕组中或壳体内设置温度传感器、霍尔元件，并备置蓄电池、超级电容器、电源转换器以确保配合风力发电机的正常使用，控制盒5设置在灯柱4或灯座401的外侧。
所述助动风轮103，由金属薄片或尼龙、塑料、注塑制成，N片弧形长风叶按角度均布固定在第一风轮(101)顶端，其中N为自然数。
所述引风扇403为小功率低电压的直流电小型电风扇，设置在灯柱4或灯座401或机架3中，引风扇通过控制盒5自动控制光伏电池404或蓄电池供电。
有益效果：设计成两个外转子、两个风轮互动促进运转和灯柱内螺旋形风气流旋转力矩发电，与相同功率的发电机相比，缩小了体积、降低了量重和成本，大幅度提高了发电机的输出功率；能在室外微风和无风的常态下24小时全天候运转发电，极大地提高了发电效益，确保了运行安全，具有突出的实质性特点和显著的进步。
双涡轮互动式风力发电路灯适用于：市政、厂区、街道、公路、广场、航道等等所有需要照明的场所，前景广阔，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实际效果。
附图说明
附图1，一种双涡轮互动式风力发电路灯的结构原理剖示图。
附图2，双涡轮互动式风力发电路灯上端结构剖视示意图。
附图3，一种装光伏电池的双涡轮互动式风力发电路灯结构原理剖视示意图。
附图4，一种较大功率的双涡轮互动式风力发电路灯结构原理剖视示意图。
附图5，一种机架结构俯视图。
附图6，一种涡轮式球形风轮结构剖视示意图。
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。
附图中：1.涡轮式球形风轮，101.第一风轮，102.第二风轮，103.助动风轮，104.定位轴承，105.防雨罩，106.叶片，107.球托，108.球带，2.同轴发电机，201.第一外转子，202.第二外转子，203.定子，204.主轴，3.机架，301.金属套，302.十字架，303.金属圈，304.止动器，4.灯柱，401.灯座，402.螺旋风道，403.引风扇，404.光伏电池，5.控制盒，6.导线，7.灯具。
实施例：附图1所示，一种双涡轮互动式风力发电路灯的结构原理剖示图。由两个涡轮式球形风轮1，其中套在外侧的一个与涡轮式球形风轮上端设置助动风轮103，两个涡轮式球形风轮1分别设置在同轴发电机2的两个外转子上，机架3为金属十字架，焊接的空心的坦拔形灯柱4上，同轴发电机2的主轴通过加长管固定在十字机架中，灯柱下端设有通风口、底脚螺丝孔，灯柱外侧设置灯具7、控制盒5，导线6分别与同轴发电机2、控制盒5、灯具7连接，其中控制盒5上设有光电传感器自动锁定路灯在天黑时使用。
实施例附图2所示，双涡轮互动式风力发电路灯上端结构剖视示意图。将路灯上端的结构放大以作进一步描述：两个涡轮式球形风轮1由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮101制成顺时针旋转排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第一外转子201连接，第二风轮102制成逆时针旋转排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第二外转子202连接，第二风轮102的体积小于第一风轮，设置在第一风轮101的内部，助动风轮103设置在第一风轮101顶部；定子203与主轴204固定，通过第一外转子和第二外转子中的轴承支撑，其中定子203中分别设置与上述第一外转子201和第二外转子202相对称的两套发电机定子绕组，绕组的输出端通过导线6分别通过控制盒5与灯具7连接；主轴204通过加长管穿过定位轴承104与机架3中的十字架302固定，机架3下端固定在灯柱4上，灯柱内壁设有螺旋风道402。
实施例：附图3所示，一种装光伏电池的双涡轮互动式风力发电路灯结构原理剖视示意图。第一风轮101与同轴发电机2的第一外转子201连接，第二风轮102与同轴发电机2的第二外转子202连接，第二风轮102设置在第一风轮101的内部，定子203与主轴204固定，通过第一外转子201和第二外转子202中的轴承支撑，主轴204通过加长管穿过定位轴承104与机架3中的十字架固定，机架3下端固定在灯柱4上，灯柱内壁设有螺旋风道402，灯柱外侧设置灯具7、控制盒5，作为优选，由生铁铸成三足鼎立中空的塔形灯座401，灯座中空部分上端设立灯柱4，下端作为通风口，座足中设有圆孔供预埋螺栓安装固定；其中定子203中分别设置与上述第一外转子201和第二外转子202对称的两套发电机定子绕组，绕组的输出端由导线6引至控制盒5，通过导线6分别与灯具7、设在同轴发电机2主轴顶端的光伏电池404、设置在灯柱4内的引风扇403连接，光伏电池通过控制盒供应引风扇电源，控制盒5上设有光电传感器自动锁定路灯在天黑时使用。
附图4.一种较大功率的双涡轮互动式风力发电路灯结构原理剖视示意图。
本实施例与附图2，3基本相似，不同之处在于：1.设置在第一风轮101上部设助动风轮103为三片风叶由尼龙注塑制成；顶端的光伏电池板固定在主轴上。2.灯具7设有两个。3.控制盒功率比较大设置在灯座401外侧，灯座内设置引风扇403。
附图5.一种机架结构俯视图。由金属材料制成的十字架302，十字架中心设置供发电机主轴加长管固定的圆孔金属套301，十字架外端与机架的圆形金属圈303连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器304，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈303连接，松动螺栓移动止动器304，使F型上端与第一风轮101和第二风轮102下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止或锁定上述风轮转动，以供安装、检修、运输时使用。
附图6.一种涡轮式球形风轮结构剖视示意图。由薄片金属材料分别压制成具有顺时针或逆时针涡旋角度的弧形叶片106，每个叶片106的叶面分别设有内外气流推动的凹凸肋条或槽，多个弧形叶片下端按圆周均布围成圆形固定在涡轮式球形风轮的球带108上，上端按角度均布固定在防雨罩105中，组成顺时针或逆时针旋转的两种涡轮式球形的第一风轮101、第二风轮102，每个涡轮式球形风轮的叶片与叶片之间的空隙作为排气口；第二风轮102中设有十字架的球托107，球托中心设置定位轴承104。
根据上述实施例和结构原理，有些聪明的制造商试图稍微改变或减少某一另件而制造的雷同产品，例如将第一风轮叶片改成逆时针旋转、第二风轮叶片改成顺时针旋转，两个风轮组合构成的双涡轮互动式风力发电路灯等产品也属于本发明的保护范畴之例。
Claims (10)
1.一种双涡轮互动式风力发电路灯，具有两个涡轮式球形风轮(1)，其中一个风轮上设有助动风轮(103)，套设在同轴发电机(2)的两个外转子上，同轴发电机(2)的主轴设在空心灯柱(4)顶端的机架(3)中，灯柱下端设通风口、以及底脚螺丝孔和灯座(401)，灯柱外侧设灯具(7)、控制盒(5)，导线(6)分别与同轴发电机(2)、控制盒(5)、灯具(7)和设在灯柱内的引风扇(403)、及设在主轴顶端或灯座旁的光伏电池(404)连接；特征是：所述两个涡轮式球形风轮(1)由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮(101)制成顺时针旋向与同轴发电机(2)的第一外转子(201)连接，第二风轮(102)制成逆时针旋向与同轴发电机(2)的第二外转子(202)连接，第二风轮设在第一风轮的内部，当灯柱内的通风气流上升推动第二风轮按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋形加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮(101)内的多个弧形叶片上，推动第一风轮按顺时针旋转，两个风轮分别带动同轴发电机(2)的两个外转子按不同方向旋转发电；改变和隔离灯柱内通风气流的排气方向，克服自然界风力大于灯柱内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，两个风轮产生互动作用，以提高风能利用率。
2.一种双涡轮互动式风力发电路灯，具有两个涡轮式球形风轮(1)，分别设在同轴发电机(2)的两个外转子上，同轴发电机(2)的主轴固定在机架(3)中，机架固定在空心灯柱(4)的顶端，灯柱下端设有通风口、底脚螺丝孔或灯座(401)，灯柱外侧设置灯具(7)、控制盒(5)，导线(6)分别与同轴发电机(2)、控制盒(5)、灯具(7)、或设在灯柱内的引风扇(403)、设在主轴顶端或灯座旁的光伏电池(404)连接；涡轮式球形风轮(1)由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮(101)制成顺时针旋向与同轴发电机(2)的第一外转子(201)连接，第二风轮(102)制成逆时针旋向与同轴发电机(2)的第二外转子(202)连接，第二风轮(102)设置在第一风轮(101)的内部，特征是：所述灯柱(4)由坦拔形金属管制成，金属管内壁设螺旋形风道(402)，在灯柱内引风扇的作用下，使灯柱内的气流呈螺旋形加速上升，气流由直线形运动转换成螺旋形运转上升，产生强大的涡旋形旋转力矩，以进一步增强风能的功况强度。
3.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述的两个涡轮式球形风轮(1)由薄片金属材料分别压制成具有顺时针或逆时针涡旋角度的弧形叶片(106)，每个叶片的叶面分别设有供内外气流推动的凹凸肋条或槽，多个弧形叶片下端按圆周均布固定在球带(108)上，上端按角度均布固定在防雨罩(105)的圆周上，组成顺时针或逆时针旋向的两种涡轮式球形风轮，风轮中叶片与叶片之间的空隙为排气口；其中，第二风轮(102)内设十字架球托(107)，球托中心设定位轴承(104)；直径小于0.3米的涡轮式球形风轮(102)，不设置球托(107)和定位轴承(104)。
4.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述同轴发电机(2)具有定子，定子外套设两个外转子的同轴发电机，包含：定子(203)与主轴(204)固定，主轴通过第一外转子(201)和第二外转子(202)中的轴承支撑组成，其中定子(203)中分别设置与上述第一外转子(201)和第二外转子(202)相对称的两套发电机定子绕组，绕组的输出端通过导线(6)分别与控制盒(5)连接。
5.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述同轴发电机(2)包含：用两个永磁无铁芯盘式发电机或两个矽钢片铁芯的盘式发电机的主轴串联连接组成，主轴上端的发电机作为第一外转子(201)，下面的发电机作为第二外转子(202)。
6.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述主轴(204)由圆钢、不锈钢管或无缝钢管制成，内孔管路供导线通过，主轴外径设有供第一外转子(201)、第二外转子(202)中的轴承和定子(203)固定的凸挡靠山，以精确控制定位尺寸和气隙。
7.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述机架(3)由金属材料制成的十字架(302)固定在灯柱顶端内，机架(3)为分体制作时：由金属材料制成的十字架(302)中心设置供发电机主轴加长管固定的金属套(301)，十字架外端与机架的圆形金属圈(303)连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器(304)，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈(303)连接，松动螺栓移动止动器(304)，使F型上端与第一风轮(101)或第二风轮(102)下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止或锁定上述风轮转动，以供安装、检修、运输时使用。
8.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述灯柱(4)为坦拔形金属管，金属管内壁设上小下大的坦拔形螺旋风道(402)；灯柱(4)与灯座(401)可以连体制成或分体制作，分体制作时：由金属材料铸成三足鼎立中空的塔形灯座(401)，灯座中空部分上端设立灯柱(4)，下端作为通风口，座足中设有圆孔供预埋螺栓安装固定。
9.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述控制盒(5)上设光电传感器以锁定路灯在天黑时使用，控制盒内部设：单片机系统、光控负载自动切换控制电路、双路发电、太阳能光伏电池发电、自动充电电路、过压欠压过流漏电防雷安全保护电路；在定子(203)的绕组中或壳体内设置温度传感器或霍尔元件，并备置蓄电池、超级电容器、电源转换器以确保配合风力发电机的正常使用，控制盒(5)设置在灯柱(4)或灯座401的外侧。
10.根据权利要求2所述的双涡轮互动式风力发电路灯，特征是：所述引风扇(403)为小功率低电压的小型电风扇，设在灯柱(4)或灯座(401)或机架(3)中，引风扇通过控制盒(5)自动控制，由光伏电池(404)或蓄电池供电。
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