CN104566171A - 中心点避雷的风力发电路灯 - Google Patents

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Abstract

一种中心点避雷的风力发电路灯，属于风电清洁能源技术领域；包括灯座、灯柱外侧的灯具、控制箱、避雷针、或网络摄像头，灯柱顶端安装发电机，转子与风轮连接，导线连接控制箱输出与灯具或网络摄像头连接，特征是：灯柱上设出风口，利用内通风拔风力，促使地面气流通过机座和灯柱从出风口排出，推动涡轮式球形第三风轮和第二风轮、连动第风轮、第四风轮旋转，引导自然风源从上、中、下和内部全方位推动风轮旋转发电，使发电能力倍增，设置中心点避雷装置有效保护了风轮中发电机的定子绕组不受雷电冲击，控制箱中的网络摄像头接口，可与计算机或智能手机联网，自动摄像保存或随时监视外界以及发电机运行情况，成为物联网安全体系路灯。

Description

中心点避雷的风力发电路灯
技术领域
本发明涉及一种中心点避雷的风力发电路灯，属于风电清洁能源技术领域。
背景技术
现有技术中的风力发电路灯，由于没有中心点避雷装置，风力发电机的定子绕组容易被雷电冲击，存在运行不够安全的缺陷，特别在南方雷雨季节，露天风雨中潮湿的发电机绝缘电阻降低，一但雷电所至，轻则定子绕组绝缘击穿短路或轴承电弧卡死，重则引暴自燃，为此目前多采用设立独立避雷针来解决，不足之处是独立避雷针不仅设置麻烦成本提高，而且独立避雷针与发电机之间有一定的间隔距离，难以解决万无一失的防雷保护效果。
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：
一种中心点避雷的风力发电路灯，包括：灯座10上设置灯柱6，灯柱6外侧分别设灯具8、控制箱9，灯柱6的顶端设置发电机5，发电机的外转子依次与第三风轮4、第二风轮3、第一风轮2连接，导线7连接发电机5的定子绕组5041后引至控制箱9，经电源调制后由控制箱9的输出接口连接灯具8或网络摄像头，特征是：风轮2顶端设有中心点避雷装置1，由：金属管104或不锈圆钢制成避雷针101，上端设绝缘轴承103以后穿出金属防雨罩102顶端并焊接固定，避雷针101下端通过第一风轮2、第二风轮3、第三风轮4中的立管205与发电机5的主轴505固定，其中，绝缘轴承103外圆绝缘体与立管205内壁轻微接触利于中心点定位；中心点避雷装置1的高度须大于风轮2的半径，使被保护体处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机主轴505与灯柱6金属管直接固定以后的良好导电性能，直接连接灯座10下按照国家标准规范的接地线或接地网；设置成功后的中心点避雷装置为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机安全运行。
所述发电机5可以是任何外转子发电机，作为优选，最好使用垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机，由：发电机主轴505分别通过轴承连接第一端盖501、第二端盖502和第三端盖503，设在第二端盖502和第三端盖503中间的定子绕组5041与第一永磁块5022、第二永磁块5032之间留有气隙，第二端盖502外圆设防尘套5023、内圆设太阳齿轮，太阳齿轮与固定在主轴505上的行星架5011下端设置的2h个行星齿轮5012齿合，行星齿轮5012另一侧与设在第一端盖501下端的齿圈齿合构成，导线7连接发电机5的定子绕组5041后通过主轴505中的管路引至控制箱9，由控制箱9上的输出接口连接灯具8或网络摄像头，上述垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的优点是：第二端盖502与防尘套5023连接以后构成储液器，使行星齿轮系统直接浸置在润滑油5013中运行，降低齿轮摩擦噪声，提高冷却系数和使用寿命，同时将外转子发电机与行星齿轮增速器融于一体，不仅减少发电机的重量和体积，提高发电机转速，增强发电效果，而且在发电机5的主轴505上端可供设置中心点避雷装置1，其中，h为自然数。
所述第一风轮2由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，当X设为两层配置时：第一层的第1风斗201和对称的第2风斗202，第二层的第3风斗203和对称第4风斗204，各自固定在立管205上，其中第一定位盘206通过立管205设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘207通过立管设置在第一层风斗的弧形静片的和第二层风斗的弧形静片的中间，第三定位盘208通过立管与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在立管205的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与立管205固定，其中，底端的第三定位盘208中设若干螺孔供连接第二风轮3时使用。
所述定位盘为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸子供与立管205焊接或螺丝、拉铆钉固定。
所述的第二风轮3为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片302，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球围303上，上端按角度均布固定在第一防雨盖301的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第一防雨盖301中设若干螺孔供第三风轮4连接时使用。
所述的第三风轮4设置在第二风轮3的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片402，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球围403上，上端按角度均布固定在第二防雨盖401的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第二防雨盖401中设若干螺孔供发电机外转子或传动机构连接时使用。
所述设置在第二风轮3与内部的第三风轮4两风轮连接时，需要选择好斜度的最佳点，将第三风轮4涡旋角度出风口向着第二风轮3涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，降低风轮旋转速度的缺陷，同时将发电机5安装在第二风轮3和第三风轮4两风轮内部顶端，不仅避免风雨侵蚀而且通风散热传动灵敏。
所述的第四风轮304，设置在第二风轮3下侧加高后的球围303上，将球围的高度均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮1的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为360度/X+F，其中X为第一风轮1的层数，E为第四风轮4的层数，相加的和为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。
所述灯座10为三足鼎立的金属灯座或水泥预制灯座，灯座脚外壁包装金属薄板，制成内部空心上下贯通的圆宝塔形状，金属薄板下端留有空间作为进风口，利用地面暖气向上升腾和拔风原理，使灯座和灯柱管道内空气向上流动，推动风轮旋转，在灯座10上连接符合防雷规范的接地线；需要指出的是，中心点避雷装置1引至接地线之间未通过焊接固定的点位要设辅助跨越金属线以确保良好接地或者将发电机主轴505的螺栓固定处设辅助跨越电线直接与接地网连接。
所述控制箱9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、电压调制电路、输出程序控制电路、光电管控制路灯停开电路，过流保护电路，或自动或手动紧急停止开关，以及蓄电池和快速充电电路的电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动控制发电机按程序发电，确保运行安全；或者在控制箱9中设置网络摄像头接口，可以根据用户需求在灯具旁边设置网络摄像头，与计算机或智能手机联网，可自动摄像、保存或随时监视来往车辆和行人情况以及中心点避雷装置风力发电路灯的运行情况构成物联网安全防护监控体系的网络路灯。
所述灯柱6由钢管一体或分段制作两种方法：一体制作时，钢管顶端设顶盖供安装发电机5，顶盖下侧设出风口，灯柱钢管下端与灯座10固定；分段制作时，由金属材料加工制成上有出风口的空心灯柱头，灯柱头顶端中心开孔固定发电机5的主轴505，发电机主轴505上端与中心点避雷装置1下端的金属管104或圆钢制成避雷针102固定，发电机5的第一端盖501通过第三定位盘208中设若干螺孔与第一风轮、第二风轮、第三风轮固定，灯柱头下端与灯柱钢管上端套接固定；其中所说的出风口为椭圆形或鸭嘴形，出风口口径大小要根据灯柱钢管的进风直径和拔风高度计算而定。
有益效果：
本设计的中心点避雷装置风力发电路灯，包括灯柱6上端设有出风口，利用内通风的拔风力，使得地面气流通过机座10和灯柱6内孔从出风口排出，推动风轮中的涡轮式球形风轮第三风轮4和第二风轮3，连动第一风轮2、第四风轮304旋转，使自然界风源从上、中、下外部和机座10内部全方位推动风轮旋转发电，使发电能力倍增；设有中心点避雷装置以后有效保护了风轮中发电机的定子绕组不受雷电冲击，确保风力发电机的运行安全，可在控制箱9上端设置网络摄像头，与计算机或智能手机联网构成物联网路灯系统，自动摄像或随时监视来往车辆和行人情况，成为物联网安全体系的路灯。
本设计适用于城市、农村、公路、山区、边疆等需要露天照明的地方，如果在全国以致全球都使用，对于缓解目前与日俱增的现代化城镇化建设中的用电量和安全监控来说，具有事半功倍的效果。
附图说明
附图1、一种中心点避雷装置风力发电路灯的结构原理剖视示意图。
附图2、一种第一风轮配置中心点避雷装置的结构示意图。
附图3、一种第一风轮配置中心点避雷装置的结构俯视图。
附图4、一种第二风轮的结构示意图。
附图5、一种第三风轮的结构示意图。
附图6、一种垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图。
具体实施方式
作为优选，实施例一：附图1，一种中心点避雷装置风力发电路灯的结构原理剖视示意图。
图中：1.中心点避雷装置，2.第一风轮，3.第二风轮，4.第三风轮，5.发电机，6.灯柱，7.导线，8.灯具，9.控制箱，10.灯座。
实施例二：附图2，一种第一风轮配置中心点避雷装置的结构示意图。
作为优选，图中：中心点避雷装置1由：101.避雷针，用不锈圆钢制成，焊接在不锈钢防雨罩102的顶端，避雷针下端与设有绝缘轴承103的不锈钢金属管104焊接固定，金属管104通过第一风轮2中的不锈钢立管205与发电机5的主轴505固定，其中绝缘轴承103外圆与立管205内壁轻微接触；在立管205上外壁第一层设置第1风斗201和对称的第2风斗202，第二层设置第3风斗203和对称的第4风斗204，其中第一定位盘206通过不锈钢立管205设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘207设置在第一层风斗的弧形静片的下端和第二层风斗的弧形静片的上端，第三定位盘208与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在立管205的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与金属管205固定，底端的第三定位盘208中设连接若干孔供第二风轮3连接。
附图3，一种第一风轮配置中心点避雷装置的结构俯视图；是上述附图2，的俯视图。其中，所述的风斗由铝合金薄板制成弧形静片和弧形动片以及软幕通过活动装置构成的顺风向自动开合的半月形立式风斗。
实施例三：附图4、一种第二风轮的结构示意图。
图中：301.第一防雨盖，302.涡旋角度的弧形叶片，303.球围，304.第四风轮。
实施例四：附图5、一种第三风轮的结构示意图。
图中：401.第二防雨盖，402.涡旋角度的弧形叶片，403.球围。
实施例五：作为优选，附图6、一种垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图。
图中：501.第一端盖，5011.行星架，5012.行星齿轮，5013.润滑油，502.第二端盖，5021.第一导磁盘，5022.第一永磁块，5023.防尘套，503.第三端盖，5031.第二导磁盘，5032.第二永磁块，504.定子，5041.定子绕组，505.主轴，7.导线。

Claims (10)

1.一种中心点避雷的风力发电路灯，包括：灯座(10)上设置灯柱(6)，灯柱外侧分别设灯具(8)、控制箱(9)，灯柱顶端设置发电机(5)，发电机的外转子依次与第三风轮(4)、第二风轮(3)、第一风轮(2)连接，导线(7)连接发电机(5)的定子绕组(5041)后引至控制箱(9)，经电源调制后由控制箱的输出接口连接灯具(8)或网络摄像头，特征是：风轮顶端设有中心点避雷装置(1)，由：金属管或圆钢制成避雷针(101)，上端设置绝缘轴承(103)以后穿出金属防雨罩(102)顶端并焊接固定，避雷针下端通过第一风轮(2)、第二风轮(3)、第三风轮(4)中的立管(205)与发电机(5)的主轴(505)固定，其中，绝缘轴承(103)的外圆绝缘体与立管(205)内壁轻微接触；中心点避雷装置(1)的高度须大于风轮的半径，使被保护体处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机主轴(505)与灯柱(6)金属管直接固定以后的良好导电性能，直接连接灯座(10)下的地线或接地网；设置成功后的中心点避雷装置为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机安全运行。
2.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述发电机(5)可以是任何外转子发电机，作为优选，使用垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机，由：发电机主轴(505)分别通过轴承连接第一端盖(501)、第二端盖(502)和第三端盖(503)，设在第二端盖和第三端盖中间的定子绕组(5041)与第一永磁块(5022)、第二永磁块(5032)之间留有气隙，第二端盖(502)外圆设防尘套(5023)、内圆设太阳齿轮，太阳齿轮与固定在主轴(505)上的行星架(5011)下端设置的2h个行星齿轮(5012)齿合，行星齿轮另一侧与设在第一端盖(501)下端的齿圈齿合构成，导线(7)连接定子绕组(5041)后通过主轴(505)内的管路引至控制箱(9)，由控制箱上的输出接口连接灯具(8)或网络摄像头，上述垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的优点是：第二端盖(502)与防尘套(5023)连接以后构成储液器，使行星齿轮系统直接浸置在润滑油(5013)中运行，降低齿轮摩擦噪声，提高冷却系数和使用寿命，同时将外转子发电机与行星齿轮增速器融于一体，不仅减少发电机的重量和体积，提高发电机转速，增强发电效果，而且在发电机的主轴(505)上端可供设置中心点避雷装置(1)，其中，h为自然数。
3.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述第一风轮(2)由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，当X设为两层配置时：第一层的第1风斗(201)和对称的第2风斗(202)，第二层的第3风斗(203)和对称第4风斗(204)，各自固定在立管(205)上，其中第一定位盘(206)通过立管设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘(207)通过立管设置在第一层风斗的弧形静片的和第二层风斗的弧形静片的中间，第三定位盘(208)与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在立管(205)的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与立管205固定，其中，底端的第三定位盘(208)中设若干螺孔供连接第二风轮(3)时使用。
4.根据权利要求1或3所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述定位盘为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸子供与立管(205)焊接或螺丝、拉铆钉固定。
5.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述的第二风轮(3)为涡轮式球形风轮，由金属板材压制成涡旋角度的弧形叶片(302)，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球围(303)上，上端按角度均布固定在第一防雨盖(301)的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第一防雨盖(301)中设若干螺孔供第三风轮(4)连接时使用。
6.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述的第三风轮(4)设置在第二风轮(3)的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属板材压制成涡旋角度的弧形叶片(402)，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球围(403)上，上端按角度均布固定在第二防雨盖(401)的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第二防雨盖(401)中设若干螺孔供发电机外转子或传动机构连接时使用。
7.根据权利要求1或5或6所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述设置在第二风轮(3)与内部的第三风轮(4)两风轮连接时，需要选择好斜度的最佳点，将第三风轮(4)涡旋角度出风口向着第二风轮(3)涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，降低风轮旋转速度的缺陷，同时将发电机(5)安装在第二风轮(3)和第三风轮(4)两风轮内部顶端，不仅避免风雨侵蚀而且通风散热传动灵敏。
8.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述灯座(10)为三足鼎立的金属灯座或水泥预制灯座，灯座脚外壁包装金属薄板，制成内部空心上下贯通的圆宝塔形状，金属薄板下端留有空间作为进风口，利用地面暖气向上升腾和拔风原理，使灯座和灯柱管道内空气向上流动，推动风轮旋转，在灯座(10)上连接符合防雷规范的接地线。
9.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述控制箱(9)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、电压调制电路、输出程序控制电路、光电管控制路灯停开电路，过流保护电路，或自动或手动紧急停止开关，以及蓄电池和快速充电电路的电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动控制发电机按程序发电，确保运行安全；或者在控制箱(9)中设置网络摄像头接口，可根据需求在灯具旁边设置网络摄像头，使与计算机或智能手机联网，自动摄像、保存或随时监视来往车辆和行人情况以及风力发电路灯的运行情况，构成物联网安全防护监控体系的网络路灯。
10.根据权利要求1所述的中心点避雷的风力发电路灯，特征是：所述灯柱(6)由钢管一体或分段制作两种方法：一体制作时，钢管顶端设顶盖供安装发电机(5)，顶盖下侧钢管设出风口，钢管下端与灯座(10)固定；分段制作时，由金属材料加工制成上有出风口的空心灯柱头，灯柱头顶端中心开孔固定发电机(5)的主轴(505)，发电机主轴(505)上端与中心点避雷装置(1)下端的金属管或圆钢制成的避雷针(101)固定，发电机(5)的第一端盖(501)通过第三定位盘(208)中设若干螺孔与第一风轮、第二风轮、第三风轮固定，灯柱头下端与灯柱钢管上端套接固定；其中所说的出风口为椭圆形或鸭嘴形，出风口口径大小要根据灯柱钢管的进风直径和拔风高度计算而定。
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