CN103375352A - 可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，属于风电清洁能源技术领域，包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第一发电机的垂直管轴与圆机座3连接，圆机座的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，输出导线通过管路连接控制箱后与太阳能热水器9的电加热器10连接；特征是：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，三位一体的风轮1，承受房屋建筑内通风排气和外界上、中、下多方位的自然界气流，合力推动N台发电机风轮运转，利用发电机不接通负载则空转不发电的特性，由控制箱5自动控制各发电机的上载或下载，使N台发电机根据风量大小变化程度按程序运转，稳定输出电压，提高发电能力。

Description

可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机
技术领域
本发明涉及一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，属于风电清洁能源技术领域。 
背景技术
在现有技术中的太阳能热水器的不足之处在于天气寒冷季节出水温度不够热，管路容易冰破损坏；与此同时，在房屋结构中由通风管道排出的气流能量却白白浪费得不到充分利用。 
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： 
一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第一发电机2的垂直管轴与圆机座3连接，圆机座3的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，第一发电机2的输出导线4通过管路连接控制箱5，备置输出电源与太阳能热水器中的电加热器或其他负载连接；特征是：所述风轮1是一种三位一体的风力发电风轮，包含第一风轮101设置在第二风轮102顶端，第二风轮102下侧球围设置第三风轮103，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。 
一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第二发电机6的外转子顶端与风轮1内的第二风轮102连接，第二发电机6的主轴通过支架7固定在第一发电机2的垂直管轴顶端，或者第二发电机61设置在变速箱14上，转子主轴通过变速箱变速后成为传动轴，与穿过支架7中定位轴承的风轮1的中心转杆13齿合传动，带动第二发电机61运转；第一发电机2的垂直管轴下端与圆机座3连接，圆机座3 的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，第一发电机2和第二发电机6或第二发电机61的输出由导线4通过管路连接控制箱5，由控制箱输出与太阳能热水器9中的电加热器10连接，或与其他负载连接；特征是：所述第一发电机2包含通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机的外转子与外转子之间设置离合器8或离合器81，将外转子和风轮连接一体，运用发电机不接通负载就不能发电的空转原理，由控制箱5根据风量大小变化自动控制所有发电机按程序上载或卸载，以稳定输出电压提高发电效率，其中N为自然数。 
所述风轮1为三位一体的风轮，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顶端的中心位子，将金属管高度均分成K行，每行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固定风叶角度，风叶的造型为弧型、方片型、7字型等形状，组成俯视图为中心和边缘带圈的X形、 
Figure BSA0000092332340000021
形或米字形状；第二风轮102为涡轮式球形风轮，由金属材料分别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，组成足够抗弯抗拉强度的涡轮式球形风轮；在球围1023的外侧设置第三风轮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固定风叶角度，构成昂视图为中心和边缘带圈的S形、X形、
Figure BSA0000092332340000022
形或米字形状的第三风轮，其中K、R、G为自然数。 
所述风轮1中的第一风轮101也可以用绝缘材料注塑或挤压制成，注塑和挤压加工的增强塑料、尼龙、环氧树脂等等绝缘材料制成，使用绝缘材料制成的第一风轮101时顶端可以不安装避雷针1011。 
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，定子绕组的输出由导线4通过垂直管轴205内的管路与控制箱5连接，其中垂直管轴205两端分别设连续结构供下一台发电机21套装连接固定，当第一发电机2为多台发电机时，可从发电机21开始直接在每台外转子201外侧设置第四风轮104：将外转子高度均分成K行，每行按对称角度均布设置R个第六风叶2101或第七风叶2102，风叶外侧设定位圈2103固定风叶角度，构成昂视图为中心和边缘带圈的S形、X形、形或米字形状的第四风轮，其中K、R、G为自然数。 
所述控制箱5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、光电控制电路，过载保护电路，温度控制电路、季节气候转换锁定电路，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。 
所述离合器8或离合器81为金属卡圈或自动离合器，安装在上下两台发电机的两个外转子之间，将第一发电机的多个发电机外转子统一连接成一体。 
所述第一发电机2包含的垂直管轴连续结构：由机械加统一加工，制成每支垂直管轴205的上端的外口直径微小于垂直管轴下端的内口直径，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，使多台发电机垂直管轴通过连续结构连接组成的第一发电机2上下笔直呈1字圆柱体形状。 
所述第一发电机2包含的垂直管轴连续结构：由机械统一加工，制成垂直 管轴205上端的内口直径微大于另一支需要连接的垂直管轴下端的外口直径，将两台发电机中的两支垂直管轴两端动配套接后用螺栓固定，使多台发电机垂直管轴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6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；所说第二发电机61为配变速箱的市售常规发电机。 
有益效果： 
本设计的三位一体风轮1充分利用建筑排风气流，从内部和外界上、中、下全方位承受自然界的气流，合力推动第一发电机2和第二发电机运转，提高了发电效率；运用发电机不接通负载则空转的原理，根据风量大小，由控制箱5自动控制所有发电机按程序上载或卸载，稳定输出电压，解决了太阳能热水器寒冷季节出水温度不够热的问题，运行安全可靠。 
附图说明
附图1、一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机的结构剖视示意图。 
附图2、一种与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机的结构剖视示意图。 
附图3、一种有变速箱的屋顶式垂直管轴风力发电机的结构剖视示意图。 
附图4、一种三位一体的风轮结构示意图。 
附图5和图501、一种第一风轮的结构示意图和俯视图。 
附图6和附图601、一种第二风轮连体第三风轮的结构示意图和昂视图。 
附图7、一种3个发电机通过连续结构连接的第一发电机结构剖视示意图。 
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。 
实施例：附图1，一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴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.圆机座，4.导线，5.控制箱。 
实施例：附图2，一种与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机的结构剖视示意图；风轮1内部设置第二发电机6，第二发电机6的外转子顶端与第二风轮102连接，第二发电机6的主轴通过支架7固定在第一发电机2的垂直管轴顶端，第一发电机2的垂直管轴的下端连续结构与发电机21的垂直管轴上端连续结构连接，垂直管轴下端固定在圆机座3上，发电机2、发电机21和第二发电机6的输出导线4通过管路引至圆机座3外侧的控制箱5中连接，控制箱5通过导线4与太阳能热水器9中的电热器10连接，发电机的外转子与外转子之间设离合器8；控制箱5根据风力大小变化自动控制所有发电机按程序投入运行或停止运行；其中11.是太阳能热水器9的进水管，13.是出水管，所有圆机座3中必须安装符合防雷要求的接地线。 
实施例：附图3、一种有变速箱的屋顶式垂直管轴风力发电机的结构剖视示意图；包括：风轮1与第一发电机2的外转子连接，第二发电机61设置在变速箱14中，转子主轴通过变速箱变速后成为传动轴，与穿过三脚支架7中的定位轴承的风轮1的中心转杆13齿合传动，带动第二发电机61运转；第一发电机2的垂直管轴下端与圆机座3连接，圆机座3的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，第一发电机2和第二发电机61的输出导线4通过管路连接控制箱5，由控制箱输出备置与太阳能热水器9中的电加热器10连接。 
实施例：附图4、一种三位一体的风轮结构示意图。图中：101.第一风轮，102.第二风轮，103.第三风轮。 
实施例：附图5、一种第一风轮的结构示意图；避雷针1011设在金属管1015 的顶端，金属管下端供与第二风轮102顶部焊接，金属管外侧高度分三行，第一行按对称角度设置两片有加长筋的第一风叶1012，第二行按对称角度设置两片有加长筋的第二风叶1013，第三行按对称角度设置两片有加长筋的第三风叶1014，定位圈1016设置的三行风叶中间固定叶片角度；其中附图501是附图5的俯视图；叶片的造型为长方形片状，风叶的长度，第三风叶1014长于第二风叶1013，第二风叶1013长于第一风叶1012，整体呈宝塔形。 
实施例：附图6、一种第二风轮连体第三风轮的结构示意图；叶片由金属材料分别压制成具有涡旋角度的弧形叶片1022，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在涡轮式球形风轮的球围1023上，上端按角度均布固定在防雨盖102l的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形第二风轮；球围1023外侧高度分成二行，第一行按对称角度设置两片弧形的第四风叶1031，第二行按对称角度设置两片弧形的第五风叶1032，定位圈1033设在二行风叶之间固定叶片角度；构成第三风轮103；其中附图601是附图6的昂视图。 
实施例：附图7、一种3个发电机通过连续结构连接的第一发电机结构剖视示意图。第一发电机2的外转子201与第一端盖202、第二端盖203连接，设有定子铁芯206的垂直管轴205两端通过第一端盖202、第二端盖203中的轴承204支撑外转子201旋转，垂直管轴205的下端连续结构与发电机21的垂直管轴连接，发电机21的垂直管轴的连续结构与发电机22的垂直管轴连接，3台发电机的输出导线4通过管路引出，其中发电机21和发电机22的外转子上设第六风叶2101和第七风叶2102以及定位圈2103构成的第三风轮，离合器8和81分别设置在3台发电机的外转子之间，将三个外转子与风轮1一起联动。 

Claims (10)

1.一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，包括：风轮(1)与第一发电机(2)的外转子连接，第一发电机(2)的垂直管轴与圆机座(3)连接，圆机座的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，第一发电机(2)的输出导线(4)通过管路连接控制箱(5)，备置输出电源与太阳能热水器中的电加热器或其他负载连接；特征是：所述风轮(1)是一种三位一体的风力发电风轮，包含第一风轮(101)设置在第二风轮(102)的顶端，第二风轮(102)下侧球围设置第三风轮(103)，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。
2.一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机包括：风轮(1)与第一发电机(2)的外转子连接，第二发电机(6)的外转子顶端与风轮(1)内的第二风轮(102)连接，第二发电机(6)的主轴通过支架(7)固定在第一发电机(2)的垂直管轴顶端，或者第二发电机(61)设置在变速箱(14)上，转子主轴通过变速箱变速后成为传动轴，与穿过支架(7)中定位轴承的风轮(1)的中心转杆(13)齿合传动，带动第二发电机(61)运转；第一发电机(2)的垂直管轴下端与圆机座(3)连接，圆机座(3)的底脚由螺栓固定在加固后的屋顶排气口上，所有发电机的输出由导线(4)通过管路分别连接控制箱(5)，由控制箱输出与太阳能热水器(9)中的电加热器(10)连接，或与其他负载连接；特征是：所述第一发电机(2)包含通过垂直管轴连续结构连接的N台发电机由离合器将外转子和风轮连接一体，运用发电机不接通负载就不能发电的空转原理，根据风量大小变化控制箱(5)自动控制所有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。
3.根据权利要求1或2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述风轮(1)为三位一体的风轮，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)顶端的中心位子，将金属管中端高度均分成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字型形状，组成俯视为中心和边缘带圈的X形、
Figure FSA0000092332330000021
形或米字形状；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，组成足够抗弯抗拉强度的涡轮式球形风轮；在球围(1023)的外侧设置第三风轮(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)固定风叶角度，构成昂视为中心和边缘带圈的S形、X形、形或米字形状，其中K、R、G为自然数。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述风轮(1)中的第一风轮(101)使用绝缘材料制成时，可以不在顶端设置避雷针(1011)。
5.根据权利要求1或2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：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，定子绕组的输出导线(4)通过垂直管轴(205)内的管路与控制箱(5)连接，垂直管轴(205)两端设连续结构供下一台发电机(21)套装连接固定，当第一发电机(2)为多台发电机时，可从发电机(21)开始，直接在每台发电机外转子(201)外侧设置第三风轮(103)。
6.根据权利要求1或2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述控制箱(5)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、光电控制电路，过载保护电路，温度控制电路、季节气候转换锁定电路，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)旋转，并显示维修信号，确保运行安全。
7.根据权利要求2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述离合器为金属卡圈或自动离合器，安装在两台发电机的两个外转子之间，将第一发电机(2)中的多台发电机外转子统一连接成一体。
8.根据权利要求1或2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述第一发电机(2)包含的垂直管轴连续结构：由机械加统一加工，制成每支垂直管轴(205)的上端的外口直径微小于垂直管轴下端的内口直径，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，使得多台发电机的垂直管轴能够依次叠加，该连续结构组成的第一发电机(2)上下笔直呈1字圆柱体形状。
9.根据权利要求1或2或8所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述第一发电机(2)包含的垂直管轴连续结构：由机械统一加工，制成垂直管轴(205)上端的内口直径微大于另一支需要连接的垂直管轴下端的外口直径，将上下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，使多台发电机的垂直管轴能够依次叠加连续动配套接，该连续结构组成的第一发电机(2)呈上小下大的圆宝塔型形状。
10.根据权利要求2所述一种可与太阳能热水器配套的屋顶式垂直管轴风力发电机，特征是：所述第二发电机(6)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；所说第二发电机(61)为配变速箱的市售发电机。
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