CN103334873B - 内通风垂直管轴连续结构型风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，属于风电技术领域；包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第二发电机7的外转子顶端与风轮1内的第二风轮102连接，第二发电机7的主轴通过支架8固定在第一发电机2的垂直管轴顶端，垂直管轴下端与立管3连接，立管固定在机座5上，第一发电机2和第二发电机7的输出导线4通过管路连接控制箱10；特征是：第一发电机2为N台发电机，通过连续结构叠加连接组成既是立管又是发电机的纵向风力发电机组，内通风管轴和涡旋风机座引导气流结合外界自然风力推动三位一体的风轮旋转，使发电机在微风和无风下自转全天候处在热备用状态，克服了垂直轴风力发电机功率难以做大、启动扭矩大的难题，使输出能量倍增。
Description
技术领域
本发明涉及一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，属于风电清洁能源技术领域，特别涉及一种可以建设巨型风电场的垂直管轴风力发电设备。
背景技术
现有技术中，风力发电机只限于外界风力的发电功能，没有将机内底层与高层的空气温差、对流拔风、内通风、涡旋式旋转气流等因素溶于一体的统筹设计，以求更大程度地发挥潜在风能和扩大应用范围；目前建设的风电场多采用水平型风叶的风力发电机，其不足之处是存在占地面积大、噪音响、体积重、造价高、变速箱齿轮容易损坏等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案：
一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第一发电机2的垂直管轴与立管3连接，立管3固定在机座5上，第一发电机2的输出导线4通过管路引出与控制箱10连接，特征是：所述风轮1是一种三位一体的风力发电风轮，所述第一发电机2包含通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机组成，其中N为自然数。
一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第二发电机7的外转子顶端与风轮1内的第二风轮102连接，第二发电机7的主轴通过支架8固定在第一发电机2的垂直管轴顶端，第一发电机2的垂直管轴下端与立管3连接，立管固定在机座5上，第一发电机2和第二发电机7的输出导线4通过管路连接控制箱10；其中第一发电机2包含通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机组成，发电机的外转子与外转子之间通过离合器连接，将所有外转子和风轮连接一体，特征是：机座5内设气流涡旋形旋转装置，控制箱10内设CPU程序控制系统，利用发电机不接通负载就不能发电的空转原理，根据风量大小变化自动控制N台发电机按程序上载或卸载，稳定输出电压，提高发电效率，其中N为自然数。
所说风轮1是一种三位一体的风力发电风轮，由：第一风轮101设置在第二风轮102顶端，第二风轮下侧球围设置第三风轮103组成；其中第一风轮101由：避雷针1011设在金属管1015的顶端，金属管底端固定在第二风轮102顶端防雨盖1021的中心位子，将金属管1015高度均分成K行，每行外侧按对称角度均布设置R个足够机械强度的第一风叶1012、第二风叶1013或第三风叶1014，风叶外侧设定位圈1016固定叶片角度，叶片的造型为弧型、方片型、7字型，组成俯视为中心和边缘带圈的X形、卐形或米字形状，其中K、R为自然数；若使用绝缘材料制成的第一风轮101时，顶端可不设避雷针1011。
所说风轮1是一种三位一体的风力发电风轮，由：第一风轮101设置在第二风轮102顶端，第二风轮下侧球围设置第三风轮103组成；其中第二风轮102为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成具有涡旋角度的G个弧形叶片1022，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内和机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的上端按角度均布固定在防雨盖(1021)的四周，下端按圆周均布围成圆形固定在球围(1023)上，组成空心的有足够抗弯抗拉强度的涡轮式球形的第二风轮(102)；第二风轮球围(1023)外侧设置第三风轮(103)：将球围高度均分成K行，每行按对称角度均布设置R个第四风叶(1031)或第五风叶(1032)，风叶外侧设定位圈(1033)固定叶片角度，构成昂视为中心和边缘带圈的S形、X形、卐形或米字形状的第三风轮(103)，其中G、K、R为自然数。
第二风轮102为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成具有顺向涡旋角度的G个弧形叶片1022，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内和机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的上端按角度均布固定在防雨盖1021的四周，下端按圆周均布围成圆形固定在球围1023上，组成空心的足够抗弯抗拉强度的涡轮式球形的第二风轮(102)；第二风轮的球围(1023)外侧设置第三风轮(103)：将球围1023高度均分成K行，每行按对称角度均布设置R个第四风叶1031或第五风叶1032，风叶外侧设定位圈1033固定叶片角度，构成昂视图为中心和边缘带圈的S形、X形、卐形或米字形状的第三风轮，其中K、R、G为自然数。
所述第一发电机2为垂直管轴外转子发电机：外转子201两端分别与第一端盖202、第二端盖203连接，设有定子206的垂直管轴205通过第一端盖、第二端盖中的轴承204支撑外转子201旋转，定子绕组由导线4通过垂直管轴205内孔引出，其中垂直管轴205的上端设连续结构或设置一字型、十字型或三足型的支架8，支架中心圆孔供第二发电机7的主轴通过并固定，下端设连续结构供发电机21套装连接，当第一发电机为N台中的多台时，可从发电机21开始直接在每台外转子外侧设置第三风轮103。
所述第一发电机2中的垂直管轴的连续结构是：由机械加统一加工，制成每支垂直管轴钢管上端的外口直径微小于钢管下端的内口直径，上下两支垂直管轴可以随机套装任意动配连接，套接后用螺栓固定，以此类推连接使多台发电机通过连续结构连接组成的第一发电机2，呈上下笔直1字圆柱体形状。
所述第一发电机2的垂直管轴的连续结构是：由机械统一加工，制成每支垂直管轴钢管上端的内口直径微大于需要连接的发电机垂直管轴钢管下端的外口直径，将需要上下连接的两台发电机中的两支垂直管轴钢管两端动配套接后用螺栓固定，以此类推连接使多台发电机通过连续结构连接组成的第一发电机2，呈上小下大的圆宝塔型形状。
所述第二发电机7为垂直轴外转子发电机或无铁芯线圈的垂直轴外转子发电机。
所述控制箱10中设有CPU程序软件控制系统，包含：功率检测电路、转速检测电路、电压调节电路、输出程序控制电路、过载保护电路，温度保护电路，自动或手动紧急停止开关，以及接触器、发光显示器或蓄电池、快速充电电路等电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动识别、选择、控制所有发电机按程序上载或卸载；遇到危险信号和紧急常态时，自动断开发电机负载，向发电机输入直流电迅速停止风轮1运转，并显示危险和维修信号，确保运行安全。
所述立管3由钢管制成，上端加工供第一发电机2套装固定的连续结构，下端与机座5固定，立管内部为通风道或设有涡旋形线槽的通风道。
所述离合器9或91为金属卡圈或自动离合器，安装在上下两台发电机的外转子与外转子之间，将第一发电机2的N台外转子各自通过离合器统一连接成一体。
所述机座5由金属材料制成包含：机座接口501固定在三足鼎立的机座脚上，机座脚内板面包装金属板，制成内部空心中通机座接口上小下大的圆宝塔形状，金属板下端留有空间作为进风口6或者在机座5内设置定风球11或设置球形控制箱10。
所述机座5由钢筋混凝土构件制成包含：机座接口501，下端与混凝土圆形机座脚502内的钢筋连接固定，圆形机座为内部空心中通机座接口上小下大的圆宝塔型形状，圆形机座的圆壁面中预留Q个有向上倾斜贯通机座接口的斜孔进风口601，Q个斜孔进风口按角度分下、中、上涡旋形均布排列；圆形机座脚502与钢筋混凝土基础503一体施工以求牢固，水位线504为涨潮时的最高水位，斜孔进风口601设在水位线504的上方，其中Q为自然数。
上述设计的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机的每一项零部件结构须有足够承受飓风、海浪的腐蚀、抗拉和机械强度，机座必须可靠连接符合要求的防雷接地线，只要支承结构足够牢固，可以制造兆瓦级别的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，通过频率、电压调制后输出电源或并网发电。
有益效果：
本设计的三位一体风轮1、能使气流进入机座后涡旋形上升产生扭转力矩的机座5、通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机组成的第一发电机2、设有CPU程序控制系统的控制箱(5)等新方案，利用发电机不接通负载就空转不发电的原理，根据外界风力大小变化，自动控制所有发电机按程序上载或卸载，稳定输出电源，提高提高发电效益，并设有紧急常态自动处理装置，确保运行安全可靠。
本设计与相同功率的风力发电机相比，具有占地面积小、噪音低、体积小、造价少、无需变速箱齿轮，降低投资成本，大幅度提高了发电机的输出功率，安全可靠；特别适用于建设海湾、海滩、海岛等风电场使用，如果在全国以至全球海岸线都建设上述风电场，来替代火力发电厂，对于缓解目前的空气污染指数和与日俱增的城市用电量来说，前景无可伦比。
附图说明
附图1、一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机的结构剖视示意图。
附图2、适用海滩建设的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机剖视图。
附图3、适用陆地建设的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机剖视图。
附图4、一种混凝土机座的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机剖视图。
附图5、一种三位一体风轮结构示意图。
附图6和601、一种第一风轮结构示意图和俯视图。
附图7和701、一种第二风轮连体第三风轮的结构示意图和昂视图。
附图8、一种通过连续结构组成1字圆柱体形状的第一发电机2剖视图
附图9、一种呈圆宝塔型形状的第一发电机2的剖视示意图。
附图10、一种钢管和钢板焊接制成的机座结构剖视示意图。
附图11、一种钢筋混凝土制成的机座结构剖视示意图。
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1，一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机的结构剖视示意图；图中：1.风轮，2.第一发电机，3.立管，4.导线，5.机座，10.控制箱。该实施例的第一发电机2为一台发电机。
附图2，适用海滩建设的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机剖视图；风轮1与第一发电机2的外转子连接，第二发电机7的外转子顶端与风轮1内的第二风轮102连接，第二发电机7的主轴通过三足支架8固定在第一发电机2的垂直管轴顶端，第一发电机2的垂直管轴通过连续结构与发电机21连接，发电机21的垂直管轴通过连续结构与发电机22连接，发电机22的垂直管轴通过连续结构与立管3连接，立管固定在空心的钢筋混凝土机座5的接口上，机座5的圆壁中预留3个斜孔进风口601，斜孔的角度向上倾斜贯通空心机座5上的接口，3个斜孔均布各占120度，按涡旋形下、中、上斜置预制；其中，发电机外转子的外围分别设置第三风轮103，外转子与外转子之间设离合器9和91；所有发电机的输出导线通过管路连接控制箱10。
实施例：附图3、适用陆地建设的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机结构剖视图；图中：1.风轮，2.第一发电机，3.立管，4.导线，5.机座，6.进风口，7.第二发电机，8.支架，9.离合器，10.控制箱，11.不锈钢薄板制成的定风球，21.第二台发电机。
实施例：附图4、一种混凝土机座的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机剖视图；图中，5.钢筋混凝土机座，6.进风口，10.球形控制箱，22.第三台发电机。
实施例：附图5、三位一体风轮结构示意图，图中第一风轮101设置在第二风轮102顶端，第二风轮下侧球围设置第三风轮103组成。
实施例：附图6和601，一种第一风轮结构示意图和俯视图；图中：1011.避雷针，1012.第一风叶，1013.第二风叶，1014.第三风叶，1015.金属管，1016.定位圈；其中，第一风叶1012短于第二风叶1013，第二风叶1013短于第三风叶1014的长方型叶片。
实施例：附图7和701，一种第二风轮连体第三风轮的结构示意图和昂视图；图中由金属材料制成：1021.防雨盖，1022.弧形叶片，1023.球围，1031.上行风叶，1032.下行风叶，1033.定位圈；上述第三风轮103也可以由绝缘材料制成：制成模具后，由塑料、尼龙或胶木、环氧树脂等绝缘材料注塑或压注成型，制成的第三风轮103按角度固定在第二风轮102下侧球围上，构成绝缘体的第三风轮。
实施例，附图8、一种通过连续结构组成1字圆柱体形状的第一发电机2剖视示意图；图中：2.发电机，21.第一发电机中的第二台发电机，201.外转子，202.第一端盖，203.第二端盖，204.轴承，205.垂直管轴，306.定子。其中垂直管轴205的连续结构：制成垂直管轴上端的外口直径微小于下端的内口直径，上下两支垂直管轴可以随机套装任意动配连接，套接后用螺栓固定，呈1字形。
实施例，附图9、一种连续结构组成呈圆宝塔型形状的第一发电机2的剖视示意图；图中部件与图8相同，其中垂直管轴205的上端的内口直径制成微大于需要连接的发电机垂直管轴下端的外口直径，将需要连接的两台发电机中的垂直管轴钢管两端套接后用螺栓固定，呈圆宝塔形。
实施例，附图10、一种钢管和钢板焊接制成的机座结构剖视示意图；图中：501.机座接口，502.机座脚，6.进风口，11.定风球；其中定风球由不锈钢薄板或塑料压制成型，或者用水泥、钢筋混凝土制成。
实施例：附图11、一种钢筋混凝土制成的机座结构剖视示意图：将金属铸造成机座接口501，接口内设涡旋槽，接口下端与混凝土圆形机座脚502内的钢筋焊接固定，圆形机座为内部空心中通机座接口的圆宝塔型形状，圆形机座的圆壁面上预留3个有向上斜度的斜孔进风口601，3个斜孔进风口按角度均布各占120度，分下、中、上涡旋形均布排列；圆形机座脚502与钢筋混凝土基础503一体施工，斜孔进风口601设在水位线504的上方。
根据上述实施例和结构原理，有些聪明的制造商同行试图稍微改变或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 (8)
1.一种内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，包括：风轮(1)与第一发电机(2)的外转子连接，第二发电机(7)的外转子顶端与风轮(1)内的第二风轮(102)连接，第二发电机(7)的主轴通过支架(8)固定在第一发电机(2)的垂直管轴顶端，垂直管轴下端与立管(3)连接，立管固定在机座(5)上，第一发电机(2)和第二发电机(7)的输出导线(4)通过管路连接控制箱(10)；第一发电机(2)包含通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机组成，发电机的外转子与外转子之间通过离合器连接，将所有外转子和风轮连接一体，特征是：所述第一发电机(2)为N台垂直管轴外转子发电机组成：其中外转子(201)两端分别与第一端盖(202)、第二端盖(203)连接，设有定子(206)的垂直管轴(205)通过第一端盖、第二端盖中的轴承(204)支撑外转子(201)旋转，定子绕组由导线(4)通过垂直管轴(205)内孔引出，垂直管轴(205)的上端设连续结构或支架(8)，支架中心圆孔供第二发电机(7)的主轴通过并固定，垂直管轴下端设连续结构供下一台发电机(21)套装连接，每台发电机外转子外侧设置第三风轮(103)，结合风轮(1)中的第一风轮(101)、涡轮式球形的第二风轮(102)、内设涡旋槽接口(501)的机座(5)、设有涡旋形线槽通风道的立管(3)、通过控制箱(10)内设有的CPU程序软件控制系统，利用发电机不接通负载就不能发电的空转原理，根据风量大小变化自动控制N台发电机按程序上载或卸载，其中N为自然数。
2.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，所说风轮(1)由：第一风轮(101)设置在第二风轮(102)顶端，第二风轮下侧球围设置第三风轮(103)组成；其中第一风轮(101)由：避雷针(1011)设在金属管(1015)的顶端，金属管底端固定在第二风轮(102)顶端防雨盖(1021)的中心位子，将金属管(1015)高度均分成K行，每行外侧按对称角度均布设置R个足够机械强度的第一风叶(1012)、第二风叶(1013)或第三风叶(1014)，风叶外侧设定位圈(1016)固定叶片角度，叶片的造型为弧型、方片型、7字型，组成俯视为中心和边缘带圈的X形、卐形或米字形状，其中K、R为自然数。
3.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，所说风轮(1)由：第一风轮(101)设置在第二风轮(102)顶端，第二风轮下侧球围设置第三风轮(103)组成；其中第二风轮(102)为涡轮式球形风轮，由金属材料压制成具有顺向涡旋角度的G个弧形叶片(1022)，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内和机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的上端按角度均布固定在防雨盖(1021)的四周，下端按圆周均布围成圆形固定在球围(1023)上，组成空心的有足够抗弯抗拉强度的涡轮式球形的第二风轮(102)；第二风轮球围(1023)外侧设置第三风轮(103)：将球围高度均分成K行，每行按对称角度均布设置R个第四风叶(1031)或第五风叶(1032)，风叶外侧设定位圈(1033)固定叶片角度，构成昂视为中心和边缘带圈的S形、X形、卐形或米字形状的第三风轮(103)，其中G、K、R为自然数。
4.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，特征是，所说第一发电机(2)中的垂直管轴连续结构是：制成每支垂直管轴上端的外口直径微小于下端的内口直径，上下两支垂直管轴可以随机套装任意动配连接，套接后用螺栓固定，以此类推连接使多台发电机通过连续结构连接组成的第一发电机(2)，呈1字圆柱体形状。
5.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，特征是，所说第一发电机(2)中的垂直管轴连续结构：制成每支垂直管轴上端的内口直径微大于需要连接的发电机垂直管轴下端的外口直径，将上下两台发电机的垂直管轴套接后用螺栓固定，以此类推连接使多台发电机通过连续结构连接组成的第一发电机(2)，呈宝塔型形状。
6.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，特征是，所说控制箱(10)中设有CPU程序软件控制系统，包含：功率检测电路、转速检测电路、电压调节电路、输出程序控制电路、过载保护电路，温度保护电路，自动或手动紧急停止开关，以及接触器、发光显示器或蓄电池、快速充电电路，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动识别、选择、控制所有发电机按程序上载或卸载；遇到紧急常态时，自动断开发电机负载，向发电机输入直流电迅速停止风轮(1)旋转，并显示维修信号，确保运行安全。
7.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，特征是，所说机座(5)包含：机座接口(501)固定在三足鼎立的机座脚(502)上，机座脚内板面包装金属板，制成内部空心中通机座接口的宝塔形状，金属板下端留有空间作为进风口(6)或者在机座(5)内设置定风球(11)或设置球形控制箱(10)。
8.根据权利要求1所述的内通风垂直管轴连续结构型风力发电机，特征是，所说机座(5)由钢筋混凝土制成包含：机座接口(501)下端与混凝土圆形机座脚(502)内的钢筋连接固定，圆形机座为内部空心中通机座接口的圆宝塔型形状，圆形机座的圆壁面中预留Q个有向上倾斜斜度贯通机座接口的斜孔进风口(601)，Q个斜孔进风口按角度分下、中、上螺旋形均布排列；圆形机座脚(502)与钢筋混凝土基础(503)一体施工以求牢固，其中Q为自然数。
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| CN103334873A (zh) | 2013-10-02 |
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