CN102734073B - 涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机 - Google Patents

Abstract

一种涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，其包括：主轴、内转子叶轮组、外转子叶轮组、发电机外转子壳体、电枢集电环、电刷、电刷接线端子、励磁导电滑环、励磁滑环电刷、电刷接线端子、固定单侧端盖和座架。本发电机外转子叶轮组和内转子叶轮组在沿风向方面无重叠，所以能有效的捕捉风能，并且利用顺向和逆向的叶轮驱使发电机的转子和定子同时转动，增加了相对转速，进而提高了发电效率。

Description

涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，具体来说是涉及一种风能发电机。

背景技术

目前全球能源紧张，各国纷纷加强加快了对可再生能源开发利用速度，争相研发那些将自然界能源通过一定的技术手段从非电能转换成电能并加以利用的方法，在诸多发电方式中，风能发电就是一个非常好的利用形式。目前，我国的风能发电机站的主要类型为垂直轴和水平轴两种，其原理是将风能转化为叶轮的转动，再通过传动装置将动能传送至发电机。现有技术中对于发电机的设计通常是以定子结构固定在塔架上，转子通过风机叶轮并经过多级传动机构旋转达到切割磁力线，进而实现发电机发电的目的。虽然这种风能发电机属于目前世界上最环保的可再生能源发电方式，但它也存在一个非常严重的不足，那就是：只能被动地接受大自然的风力，常常处于靠天吃饭的境地，而这种不足，会极大地限制风能发电机的应用范围。

    正是由于上述原因，人们有了建立移动式风能发电站的设计理念，即利用行驶中的移动运载工具与空气摩擦产生的风能发电,为新能源电动汽车或移动运载工具的蓄电池补充电能，以达到延长续驶里程的目的。现有技术中一般结构的发电机是由定子和转子组成，定子线圈被固定在支架上不能旋转，风机叶轮转动转子切割磁力线，实现风力发电机的循环发电。这种结构明显的缺陷在于：虽然说转子和定子之间没有直接的摩擦接触，但是定子磁场中的磁力线会通过与转子之间的气隙牢牢的吸住转子线圈中的铁芯，使之形成一种强大的电磁阻力，当风力吹动转子扇叶旋转时，这种阻力会通过定子与发电机的底座转移到汽车的车身上，使电动汽车在原有驱动功率向前行驶的动力上又增加了这部分阻力功率，根据经典力学原则，作用在叶轮上的风力要扭动转子旋转切割定子磁场中的磁力线，此时定子磁场也会产生一个反作用力。彼此之间形成方向相反，力量相等的相互作用力，即使有足够大的风力可以产生感应电流，那也是在增加了电动汽车相等输出能量的基础上所获得的，这种缺陷是显而易见的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可移动的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，用以解决上述现有技术的缺陷。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：根据经典力学原理二力平衡的条件，作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，并且在同一直线上，那么它们的合力为零。本发明的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，具体实现的手段是：该发电机由发电机支架、一对可以相互自由旋转的发电机内转子叶轮组和发电机外转子叶轮组组成，利用发电机外转子和内转子叶轮旋转方向的不同，人为的制造了一种在同一直线上，作用在同一个物体上的两个大小相等、方向相反的平衡力。

本发明的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，其包括：主轴、内转子叶轮组、外转子叶轮组、发电机外转子壳体、电枢集电环、电刷、电刷接线端子、励磁导电滑环、励磁滑环电刷、电刷接线端子、固定单侧端盖和座架；所述的主轴通过轴承安装在座架上，内转子叶轮组装在主轴上，所述的内转子叶轮组包括转子、第一叶轮、第一连接件，所述的第一叶轮外径与发电机外转子壳体外径相匹配，通过第一连接件固装在主轴上，所述的由电磁驱动的转子固装在主轴上；所述外转子叶轮组安装在发电机外转子壳体并通过轴承安装在主轴上，所述外转子叶轮组包括由电磁驱动的定子、第二叶轮、第二连接件，所述定子扣合在转子外部，且固装在第二连接件上，所述第二连接件通过轴承安装在主轴上，第二叶轮固装在第二连接件上，所述的第二叶轮外径与集风筒内径相匹配，实现了内转子叶轮组与外转子叶轮组互不挡风，风压逐步增强的效果。并且第一叶轮的叶轮扭曲方向与第二叶轮的叶轮扭曲方向相反，达到内转子叶轮组和外转子叶轮组的转向为相反设置的目的；所述的电枢集电环固装在主轴上，且与内转子叶轮组相连接，所述的电枢电刷刷握固装在发电机固定端盖上，电枢电刷刷握的电刷与电枢集电环滑动连接，所述电枢接线端子与电枢电刷刷握的电刷相连接；所述励磁导电滑环固装在外转子壳体内，所述电刷刷握固装在发电机单侧端盖上，电刷与励磁导电滑环滑动连接，所述接线端子与电刷相连接。采用这样的技术手段，完全改变了发电机定子使用永磁铁的传统技术设计，定子、转子使用电磁技术，电刷与励磁导电滑环滑动连接，根据实际需要，定子、转子可互换使用。

进一步的，该发电机还包括端盖，端盖固装在座架上一端，起到连接发电机电路与外接电路的作用， 

进一步的，所述接线端子安装在端盖上。

进一步的，发电机主轴两端通过轴承与座架和一侧端盖连接。

进一步的，发电机内转子电枢线圈和集电环固装在发电机主轴上。

进一步的，发电机外转子励磁线圈通过轴承安装在发电机主轴上。

进一步的，发电机集风筒固装在发电机座架上。

进一步的，该发电机还包括轴承端盖，所述轴承端盖安装在主轴的两端部。

由于采用上述技术方案，本发明的技术效果有：

1、本发明外转子叶轮组和内转子叶轮组在沿风向方面无重叠，所以能有效的捕捉风能；

2、本发明利用集风筒的方法能加强外转子叶轮组的风力压强；

3、本发明采用励磁线圈建立磁场能够通过外部电路调节发电功率；

4、本发明可以通过两组接线端子任意改变磁场与电枢线圈的工作模式；

5、本发明利用了一大两小三个轴承的转动设计，可以平稳地达到相互旋转的目的；

6、本发明将叶轮直接安装在发电机主轴上，减少了传动的过程，提高了机械能传动的效率；

7、本发明将顺向和逆向的叶轮安装在同一主轴上，其扭矩相互抵消，达到了相对平衡的工作状态，尤其是应用于汽车等交通工具时，能够相对减少对汽车动力的损耗，即减少行驶阻力；

8、本发明利用顺向和逆向的叶轮驱使发电机的转子和定子同时转动，增加了相对转速，进而提高了发电效率。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

附图1中标示：1、主轴，2、电枢集电环，3、电枢电刷刷握，4、电枢线圈，5、电枢接线端子，6、励磁线圈，7、励磁导电滑环，8、励磁电刷刷握，9、励磁接线端子，10、发电机固定端盖，11、内转子叶轮组，12、外转子叶轮组，13、发电机外转子壳体，14、发电机座架，15、发电机内转子连接轴承，16、发电机外转子连接轴承，17、集风筒，18、外轴承盖，19、内轴承盖。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

如附图1所示的实施例，一种涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，包括主轴1、电枢集电环2、内转子电枢线圈4、内转子叶轮组11、发电机固定端盖10、发电机内转子连接轴承15，安装在座架14上；励磁线圈6、励磁导电滑环7、外转子叶轮组12、发电机外转子壳体13，通过发电机外转子连接轴承16安装在主轴1上；电枢电刷刷握3、电枢接线端子5、励磁电刷刷握8、励磁接线端子9，通过绝缘装置安装在发电机固定端盖10上；励磁导电滑环7，通过绝缘装置安装在发电机外转子壳体13上；集风筒17，安装在发电机座架14上；包括主轴1、内转子叶轮组11、外转子叶轮组12、发电机外转子壳体13、电枢集电环2、电刷、电刷接线端子、励磁导电滑环、励磁滑环电刷、电刷接线端子、固定单侧端盖和座架；所述的主轴1通过发电机内转子连接轴承15安装在发电机座架14上，内转子叶轮组11装在主轴1上，所述的内转子叶轮组11包括转子、第一叶轮、第一连接件，所述的第一叶轮外径与发电机外转子壳体13外径相匹配，通过第一连接件固装在主轴1上，所述的由电磁驱动的转子固装在主轴1上；所述外转子叶轮组12安装在发电机外转子壳体13并通过发电机外转子连接轴承16安装在主轴1上，所述外转子叶轮组12包括由电磁驱动的定子、第二叶轮、第二连接件，所述定子扣合在转子外部，且固装在第二连接件上，所述第二连接件通过轴承安装在主轴1上，第二叶轮固装在第二连接件上，所述的第二叶轮外径与集风筒17内径相匹配，实现了内转子叶轮组11与外转子叶轮组12互不挡风，风压逐步增强的效果。并且第一叶轮的叶轮扭曲方向与第二叶轮的叶轮扭曲方向相反，达到内转子叶轮组11和外转子叶轮组12的转向为相反设置的目的；所述的电枢集电环2固装在主轴1上，且与内转子叶轮组11相连接，所述的电枢电刷刷握3固装在发电机固定端盖10上，电枢电刷刷握3的电刷与电枢集电环2滑动连接，所述电枢接线端子5与电枢电刷刷握3的电刷相连接；所述励磁导电滑环7固装在发电机外转子壳体13内，所述电刷刷握固装在发电机单侧端盖上，电刷与励磁导电滑环滑动连接，所述接线端子与电刷相连接。

本发明的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机工作原理和工作过程是：当安装在汽车上时，由于汽车前进时就有空气流动，空气流动就会形成风，有风就能利用风做功，风沿主轴方向进入，阻力风能在集风筒17的作用下推动装在主轴1上的内转子叶轮组11向一侧旋转，同样这股阻力风能在集风筒17的作用下继续向后冲去，由于第一叶轮的叶轮扭曲方向与第二叶轮的叶轮扭曲方向相反， 这时外转子叶轮组12随着风力做相反方向旋转。其产生的电能在汽车行驶中，一方面向车载电池充电，一方面向汽车动力电机提供电能。

本发明的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机应用范围广，可用于纯电动汽车、混合动力汽车、城铁列车、高速列车等领域，也可用于节能建筑方面，利用单体建筑的通风道发电，例如：北方农村的单体建筑都有一根高于房脊的烟道，出风口与进风口之间有很强的压差风，可以在建筑物的一侧，建一根发电风道，在风道内安装几台小功率的风能发电机，以驱动发电机叶轮为准，基本可以解决普通住户的用电。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种可移动的涡扇式双扇叶水平轴轴向扭矩平衡风能发电机，其包括：主轴、内转子叶轮组、外转子叶轮组、发电机外转子壳体、电枢集电环、电刷、电枢电刷刷握、电刷接线端子、励磁导电滑环、励磁滑环电刷、固定端盖、座架及集风筒；

其中，所述主轴通过轴承安装在座架上，内转子叶轮组装在主轴上；所述内转子叶轮组包括转子、第一叶轮、第一连接件，其中，第一叶轮外径与发电机外转子壳体外径相匹配，通过第一连接件固装在主轴上，由电磁驱动的转子固装在主轴上；

所述外转子叶轮组包括由电磁驱动的定子、第二叶轮、第二连接件，外转子叶轮组安装在发电机外转子壳体并通过轴承安装在主轴上，其中，定子扣合在转子外部，且固装在第二连接件上，第二连接件通过轴承安装在主轴上，第二叶轮固装在第二连接件上，第二叶轮外径与所述集风筒内径相匹配；

所述第一叶轮的叶轮扭曲方向与第二叶轮的叶轮扭曲方向相反；

所述电枢集电环固装在主轴上，且与内转子叶轮组相连接，电枢电刷刷握固装在发电机固定端盖上，电枢电刷刷握的电刷与电枢集电环滑动连接，电枢接线端子与电枢电刷刷握的电刷相连接；所述励磁导电滑环固装在发电机外转子壳体内，并与励磁滑环电刷滑动连接；所述固定端盖安装在座架的一端，所述电刷接线端子安装在固定端盖上；所述集风筒安装在座架上。

2.根据权利要求1所述的风能发电机，其特征在于：发电机主轴两端通过轴承与座架连接，并且，在主轴的两端部还安装有轴承端盖。

3.根据权利要求1所述的风能发电机，其特征在于：内转子电枢线圈和集电环固装在发电机主轴上，外转子励磁线圈通过轴承安装在发电机主轴上。

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