CN103437960A - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种风力发电机，采用将风力发电与磁能发电相结合的结构，风力发电部分，将单向型风叶通过由上盖形成的转子与电机连接；磁能发电装置部分，由转子在立体磁场内转动，带动电磁铁的铜线圈切割磁力线使产生磁性，该磁性与定子上的永磁铁磁性相同从而推动转子继续旋转，当铜线圈停止切割磁力线时，电磁铁的磁性消失，永磁铁对带磁铁的推力及阻力全部消失，转子依靠惯性继续旋转，直至再次切割磁力线产生磁性，如此往复，使得转子在不用外力的情况下可以持续转动，同时转子带动电机轴转动，使电机发电。本发明将风力发电与磁能发电相结合，可直接将其安装于楼顶进行发电，是一种持续的清洁、高效的能源产生装置。

Description

风力发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是一种利用风力和磁力进行驱动的风力发电机。

背景技术

目前，国内外所使用的能源大都受到地理条件的限制，并对人类生存环境产生较大的污染，但它却是工业、农业、国防、科技发展不可或缺的能源，同时与人们的日常生活息息相关。随着社会生产的高速发展，人们生存的需求，大量的开采使有限的能源越来越少，总有一天会达到枯竭的地步。然而，我们使用的传统能源如煤、气、油、风力、水力、太阳能、核能等发电都各有缺陷，火力发电严重的污染环境，燃油发电噪音大，汽车燃油排放大量的二氧化碳，水力、风力发电受季节及地域的影响，太阳能光伏发电造价高，同时占地面积很大，核能发电存在放射物泄漏的风险，上述能源都要投入大量的资金，安排大量的运输设备和人员，因此它的成本较高。

当前，各种节能产品的研究和利用，只能在有限的范围内降低能源的消耗速度，却不能从本质上使能源危机得以缓解。因此，未来能源枯竭和环境污染的阴影严重的笼罩着世人，开发清洁、高效的新型能源以成为世界各国的共同课题。

众所周知，地球本身就是一个巨大的磁铁，人们就生活在地球的南北极所形成的巨大磁场中，如何利用这种取之不竭，用之不尽的地球磁能发电是人们长期以来利用新能源的一种理念，设计制造出高效能的磁能发电机是人们一直努力的目标。多年来，人们设计出了许多磁能发电机，包括磁动部分和发电部分，磁动部分由装有永磁体的转子和定子构成，任务是借助磁斥力驱动转子提取永磁体的磁能并将这些磁能转换为机械能，发电部分由定子电枢和装有永磁体的转子构成，任务是将磁动部分发生的机械能转换为电能向外界输出。但是，这类产品总是存在这样或那样的问题，其中重要的一点是未能解决感生电流所产生的磁场与永磁体磁场之间相互干涉的技术问题，在发电机运转过程中，线圈感生电流所产生的磁场始终阻碍着作为永磁体的转子转动，大多的结果是：提供给发电机的机械能总是要大于发电机所产生的电能，即使部分发电机所产生的电能大于提供给它的机械能，也因发电机的投入与产出比难于使人接受而无法正式投入使用。

并且，现有的风力发电装置一般固定于空旷处或楼顶上，风叶固定于发电装置顶部，风叶通过传动装置与电机连接，当气流吹动风叶旋转时，风叶通过传动装置使电机轴旋转进行发电。但是，当没有空气流动时，风叶静止不动，该风力发电装置即失去效用。同时，磁能发电机也依靠单一的磁能进行发电，由于磁能发电量的高低，取决于磁场的强度大小，磁场强度太强，则对周围的人群存在一定的有害性，磁场强度较弱，则发电量或许满足不了使用需求。如何利用有限的磁场强度来获取较高的发电量成为人们新的研究发展方向。

发明内容

本发明目的在于克服现有同类发电机的种种不足，提供一种高效、实用的风力发电和磁能发电相结合的风力发电机。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种风力发电机，包括风力发电装置及磁力发电装置，

所述风力发电装置包括至少一片风叶，与所述至少一片风叶固定连接的圆盘形上盖，以及与上盖连接的至少一个电机；

所述磁力发电装置包括立体磁场部分，定子部分以及转子部分：

所述立体磁场部分包括固定于所述上盖内侧的第一永磁铁组，以及固定于圆盘形底座内侧的第二永磁铁组，所述底座通过轴承连接于上盖的轴承套上，使所述上盖与底座相扣合并形成空腔体，所述第一永磁铁组和第二永磁铁组磁极相对在所述上盖与底座构成的空腔体内形成立体磁场；

所述定子部分包括所述底座以及固定于所述底座圆周壁的第三永磁铁组；

所述转子部分包括上盖以及固定于所述上盖与底座构成的空腔内的电磁铁，所述电磁铁线圈根据右手定律绕制，其磁极方向与所述底座圆周壁的第三永磁铁组的永磁铁磁极方向相反，所述上盖与至少一个电机相连接；

所述第三永磁铁组中的永磁铁数目与所述电磁铁的数目相等，且第三永磁铁组中各永磁铁与各电磁铁一一相对应固定。

根据以上结构的本发明，其进一步的技术特征在于，所述风叶为单向型风叶，其迎风面为平面，背风面为流线形。

根据以上结构的本发明，其进一步的技术特征在于，所述风叶一端固定于所述上盖的圆心位置，风叶另一端分别与固定于所述上盖圆周上的风叶固定柱连接，且所述全部风叶的迎风面朝向同一方向。

根据以上结构的本发明，其进一步的技术特征在于，所述上盖圆心位置处固定有轴承套，所述底座圆心位置处开孔，轴承卡装固定于所述底座圆心位置处的孔内并插装于轴承套上，将所述上盖与底座相扣合并形成空腔体。

根据以上结构的本发明，其进一步的技术特征在于，所述第一永磁铁组以上盖的圆心为中心环设于上盖内侧，所述第二永磁铁组以底座的圆心为中心环设于底座内侧，且所述第一永磁铁组的永磁铁的数目与第二永磁铁组的永磁铁数目相等，并一一相对应固定。

根据以上结构的本发明，其进一步的技术特征在于，所述第一永磁铁组表面固定有铜线圈，所述上盖内侧固定有与所述铜线圈数目相同的铁块，所述铜线圈两端缠绕于所述铁块表面构成电磁铁。

更进一步的，所述上盖内侧圆周壁上固定内齿盘，所述底座背部固定有至少一个齿轮，所述齿轮侧壁与内齿盘啮合，齿轮的轴心与所述电机的电机轴固定相连。

本发明所述一种风力发电机，采用将风力发电与磁能发电相结合的结构，风力发电部分，将单向型风叶通过由上盖形成的转子与电机连接，磁能发电装置部分，由上盖形成的转子与由底座形成的定子内数组相对应设置的永磁铁形成立体磁场，在立体磁场内，采用将电磁铁固定于转子上，并将永磁铁做为定子的磁体结构，转子旋转使电磁铁正处于一对永磁铁形成的立体磁场磁力线上时，电磁铁的铜线圈切割磁力线产生磁性，该磁性与固定于底座外圆周壁上的永磁铁磁性相同，从而推动转子旋转，当电磁铁旋转至两对永磁铁的空隙之间时，电磁铁的磁性消失，永磁铁对其的推力及阻力全部消失，转子依靠惯性继续旋转，直至转到下一对永磁铁之间再次切割磁力线产生磁性，如此往复，使得转子在不用外力的情况下可以持续转动，同时转子带动电机轴转动，使电机发电。本发明通过将风力发电与磁能发电相结合，既解决了风力发电由于受风力影响而效率低的问题，又解决了磁能发电量的大小受限于磁场强度的问题，具有结构简便，一物多用的优点，可直接将其安装于楼顶进行发电，解决楼内用户生活用电、照明、取暖等电力消耗，是一种持续的清洁、高效的能源产生装置。

附图说明

图1为本发明结构分解图；

图2为本发明立体结构图；

图3为本发明俯视结构图；

图4为本发明风叶立体结构图；

图5为本发明上盖仰视图；

图6为本发明底座俯视图；

图7为本发明仰视结构图。

图例中，

1.风叶，11风叶固定柱；

2.上盖，21.轴承套，22.轴承，23.第一永磁铁组，24.铁块，25.铜线圈，26.内齿盘；

3.底座，31.第二永磁铁组，32.第三永磁铁组；

4.第一电机，41.第一齿轮，42.第二齿轮，43.第一电机座，44.第二电机座，45.第二电机；

5.护罩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所述一种风力发电机，包括风力发电装置及磁力发电装置两部分。

所述风力发电装置包括至少一片风叶1，与所述至少一片风叶1固定连接的圆盘形上盖2，以及与上盖2连接的至少一个电机。本实施例以六片风叶为例进行说明，如图2及图3所示，所述风叶1一端固定于所述上盖2的圆心位置处，风叶1另一端均设有螺孔，通过螺钉分别与固定于所述上盖2圆周上的风叶固定柱11连接。且所述风叶1为单向型风叶，如图4，其形状类似于船的形状，在迎风面设为平面，而背风面为流线形，将风叶1固定于上盖2上时，将全部风叶1的迎风面朝向同一方向，因此，当有朝向迎风面方向的气流时，风叶1旋转进而带动上盖2旋转，当气流方向朝向风叶1的背风面方向时，风叶1静止不动。由于上盖2内侧圆周壁上固定有内齿盘26，所述内齿盘26与固定有电机轴的至少一个齿轮啮合，当上盖2旋转时，带动与其啮合的齿轮旋转，齿轮使固定于其轴心的电机轴旋转使电机进行发电。

所述磁力发电装置包括立体磁场部分，定子部分以及转子部分。

所述立体磁场部分包括固定于所述圆盘形上盖2内侧的第一永磁铁组23，以及固定于圆盘形底座3内侧的第二永磁铁组31。所述上盖2圆心位置处固定有轴承套21，所述底座3圆心位置处开孔，轴承22卡装固定于所述底座3圆心位置处的孔内并插装于轴承套21上，将所述上盖2与底座3相扣合并形成空腔体，并且使所述上盖2与底座3可相互转动。所述第一永磁铁组23以上盖2的圆心为中心环设于上盖2内侧，如图5，所述第二永磁铁组31以底座3的圆心为中心环设于底座3内侧，如图6，则，当上盖2与底座3扣合时，第一永磁铁组23与第二永磁铁组31在上盖2与底座3的空腔体内形成一个立体的磁场。

为增强立体磁场的磁通量，以达到增强磁力的目的，所述第一永磁铁组23与第二永磁铁组31的永磁铁数目相同，并一一相对应固定，本实施例为将第一永磁铁组23和第二永磁铁组31各设置八块永磁铁，且该八块永磁铁分别成一一对应关系。且，若所述第一永磁铁组23中的永磁铁朝向底座3一侧为S磁极，如图5，则第二永磁铁组31中的永磁铁朝向上盖2的一侧即为N磁极，如图6，如此，各第一永磁铁组23中的永磁铁与第二永磁铁组31中的永磁铁分别一一相对应，并在各对永磁铁之间产生最大化的磁通量。

所述定子部分包括所述底座3以及固定于所述底座3圆周壁的第三永磁铁组32，所述底座3通过轴承22与上盖2扣合连接，底座3的外圆周壁上间隔设置第三永磁铁组32。所述第三永磁铁组32的永磁铁数目为至少一个，本实施例为设置八块永磁铁，且该八块永磁铁以底座3的圆心为中心固定于底座3的外圆周壁上，如图6。

所述转子部分包括上盖2以及固定于所述上盖2与底座3构成的空腔内的电磁铁。为保证所述电磁铁的铜线圈能最大化的切割立体磁场内的磁力线，则应将铜线圈设置于第一永磁铁组23与第二永磁铁组31的一对永磁铁之间。因此，本发明在所述第一永磁铁组23的表面固定铜线圈25，所述上盖2内侧固定有与所述铜线圈25数目相同的铁块24，所述铜线圈25两端缠绕于所述铁块24表面构成电磁铁，如图5所示。所述电磁铁线圈根据右手定律绕制，其磁极方向与所述底座3圆周壁的第三永磁铁组32的永磁铁磁极方向相反。如，若将第三永磁铁组32永磁铁的磁极方向设为朝向底座3的圆心方向为N磁极，则当电磁铁产生磁性时，各电磁铁朝向上盖2圆周的方向也为N磁极。所述第三永磁铁组32中的永磁铁数目与所述电磁铁的数目相等，则，当上盖2固定时，上盖2内侧固定的电磁铁与底座3外圆周壁上固定的第三永磁铁组32的永磁铁成一一对应，如图7。则当电磁铁产生磁性时，由于第三永磁铁组32的永磁铁磁极与该电磁铁的磁极相同，同性相斥的作用力，推动电磁铁，由于电磁铁固定于上盖2内侧，因此使得上盖2进行旋转，此时底座3保持静止，作为磁力发电装置的定子部分，而上盖2旋转，作为磁力发电装置的转子部分。

上盖2的内侧下部圆周壁上固定内齿盘26，所述底座3背部固定有至少一个齿轮，本实施例中以第一齿轮41和第二齿轮42为例，如图1，第一电机座43及第二电机座44分别通过螺钉固定于底座3背部，第一电机4和第二电机45分别通过螺钉固定于第一电机座43及第二电机座44上。所述第一电机座43及第二电机座44开有孔，所述第一电机4和第二电机45的电机轴分别穿过第一电机座43和第二电机座44的孔固定于第一齿轮41和第二齿轮42的圆心处。所述第一齿轮41和第二齿轮42侧壁均与内齿盘26啮合，当上盖2旋转时，带动与其啮合的第一齿轮41和第二齿轮42旋转，第一齿轮41和第二齿轮42分别使第一电机4和第二电机45的电机轴旋转使电机进行发电。

本发明所述一种风力发电机，采用将风力发电与磁能发电相结合的结构，可将本发明固定于办公或居住的楼顶，当有气流流过时，吹动风叶1朝固定的方向旋转，风叶1带动上盖2同步旋转，上盖2通过齿轮使电机轴旋转进行风力发电。当上盖2转动时，固定于上盖2内壁的电磁铁同步旋转，由上盖形成的转子与由底座形成的定子内数组相对应设置的永磁铁形成立体磁场，电磁铁旋转正处于一对永磁铁形成的立体磁场磁力线上时，电磁铁的铜线圈切割磁力线产生磁性，该磁性与固定于底座外圆周壁上的永磁铁磁性相同，从而推动转子旋转，当电磁铁旋转至两对永磁铁的空隙之间时，电磁铁的磁性消失，永磁铁对其的推力及阻力全部消失，转子依靠惯性继续旋转，直至转到下一对永磁铁之间再次切割磁力线产生磁性，如此往复，使得转子在不用外力的情况下可以持续转动，同时转子带动电机轴转动，使电机发电供外部使用。如果风向是朝向风叶1的背风面，或者是风力太大存在损坏风叶1的危险时，可将护罩5向上升起将所述风叶1挡在护罩5内，对本发明装置进行保护。

本发明通过将风力发电与磁能发电相结合，解决了风力发电由于受风力影响而效率低的问题，同时所述的第一永磁铁组、第二永磁铁组以及第三永磁铁组中的永磁铁均采用磁性强度大的钕铁硼磁铁，以产生较强的立体磁场环境，并对转子产生强有力的推力，增大其转速以提高磁能发电量，具有结构简便，一物多用的优点，可直接将其安装于楼顶进行发电，解决楼内用户生活用电、照明、取暖等电力消耗，是一种持续的清洁、高效的能源产生装置。

Claims (7)

1.一种风力发电机，包括风力发电装置及磁力发电装置，其特征在于，

所述风力发电装置包括至少一片风叶(1)，与所述至少一片风叶(1)固定连接的圆盘形上盖(2)，以及与上盖(2)连接的至少一个电机；

所述磁力发电装置包括立体磁场部分，定子部分以及转子部分：

所述立体磁场部分包括固定于所述上盖(2)内侧的第一永磁铁组(23)，以及固定于圆盘形底座(3)内侧的第二永磁铁组(31)，所述底座(3)通过轴承(22)连接于上盖(2)的轴承套(21)上，使所述上盖(2)与底座(3)相扣合并形成空腔体，所述第一永磁铁组(23)和第二永磁铁组(31)磁极相对在所述上盖(2)与底座(3)构成的空腔体内形成立体磁场；

所述定子部分包括所述底座(3)以及固定于所述底座(3)圆周壁的第三永磁铁组(32)；

所述转子部分包括上盖(2)以及固定于所述上盖(2)与底座(3)构成的空腔内的电磁铁，所述电磁铁线圈根据右手定律绕制，其磁极方向与所述底座(3)圆周壁的第三永磁铁组(32)的永磁铁磁极方向相反，所述上盖(2)与至少一个电机相连接；

所述第三永磁铁组(32)中的永磁铁数目与所述电磁铁的数目相等，且第三永磁铁组(32)中各永磁铁与各电磁铁一一相对应固定。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述风叶(1)为单向型风叶，其迎风面为平面，背风面为流线形。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机，其特征在于，所述风叶(1)一端固定于所述上盖(2)的圆心位置，风叶(1)另一端分别与固定于所述上盖(2)圆周上的风叶固定柱(11)连接，且所述全部风叶(1)的迎风面朝向同一方向。

4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述上盖(2)圆心位置处固定有轴承套(21)，所述底座(3)圆心位置处开孔，轴承(22)卡装固定于所述底座(3)圆心位置处的孔内并插装于轴承套(21)上，将所述上盖(2)与底座(3)相扣合并形成空腔体。

5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述第一永磁铁组(23)以上盖(2)的圆心为中心环设于上盖(2)内侧，所述第二永磁铁组(31)以底座(3)的圆心为中心环设于底座(3)内侧，且所述第一永磁铁组(23)的永磁铁的数目与第二永磁铁组(31)的永磁铁数目相等，并一一相对应固定。

6.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述第一永磁铁组(23)表面固定有铜线圈(25)，所述上盖(2)内侧固定有与所述铜线圈(25)数目相同的铁块(24)，所述铜线圈(25)两端缠绕于所述铁块(24)表面构成电磁铁。

7.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述上盖(2)内侧圆周壁上固定内齿盘(26)，所述底座(3)背部固定有至少一个齿轮，所述齿轮侧壁与内齿盘(26)啮合，齿轮的轴心与所述电机的电机轴固定相连。

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