CN105114249B - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于新能源应用领域，提供了一种风力发电装置，包括集风器模块和发电模块；所述集风器模块开设有导风管，以及与所述导风管相通的集风口；所述发电模块开设有与所述集风口对接的管道，以及处于所述管道中，叶片与内转子连为一体的发电机组件。本发明采用分体式的设计，分离出集风器模块和发电模块，便于安装和维修；利用集风器模块使风速倍增的原理取代增速齿轮箱，提高了发电效率；风叶的叶片与发电机的转子集成在一起位于导风管内，减小了风叶的半径，有利于整个风力发电装置的外观设计。因此既消除了齿轮箱带来的诸多问题，又提高了风能利用率及整个系统的传动效率，还增加了安装和维修的灵活性和便利性。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及新能源应用领域，尤其涉及一种采用分体式的设计，分离出集风器模块和发电模块的风力发电装置。

背景技术

风能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，被广泛地关注并不断合理高效地开发利用。最常见的应用就是利用自然风带动风力发电机发电。风力发电机按照主轴的方向可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

无论是哪一种风力发电装置，承受风力的风车翼都裸露在机舱外。风力发电机则位于立柱上的机舱内，其内设有：安装有风车翼的转子头、与该转子头连结成一体而旋转的主轴、与风车翼承受风力而旋转的主轴连结的增速机、由增速机的轴输出驱动的发电机。由于风的随机性，时而大时而小，方向也不确定，因此当风速太大时，需要发电机停止工作，这就是所谓的“弃风”现象，降低了发电效率；当风速太小时，需要提高风机的转速，这就是风力发电装置中需要增速机的原因，所谓的增速机通常采用的是体积庞大质量笨重的齿轮箱，将如此笨重的齿轮箱装到几十米甚至是上百米高的立柱上需要消耗很大的能量，显然紧靠人工是没有办法实现的，因此必须通过辅助工具如吊车等将齿轮箱吊到机舱内，无疑增加了安装难度。此外，齿轮箱或多或少存在着机械损耗，降低了整个系统的传动效率且为保证齿轮箱长久工作，需要定期润滑，无疑增加了检修的成本。

为提高风力发电装置的效率，人们对其作了一些改进，有对风车翼转子的叶片形状进行改装，增大受风面积，提高转子输出扭矩；还有一些设有偏航系统，使风轮一直对准风向进行运转。再有一些是对机舱内电机布置位置或者安装结构做些调整，旨在提高传动效率。

然而，现有的风力发电装置，无法消除齿轮箱带来的诸多问题，难以提高风能利用率及整个系统的传动效率，安装、维修灵活性低，导致使用场合受限。其原因在于以下几个限制因素：

1.改进叶片形状虽说是增大了受风面积，但是对风能的利用率还是比较低，若是增加叶片数，则又对整体机械强度要求进一步提高；

2.偏航系统必然存在单旋向的死角；

3.由于传动链的存在，即使改善其结构，在多级效率的叠加下，整体输出效率还是有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电装置，旨在解决现有的风力发电装置，无法消除齿轮箱带来的诸多问题，难以提高风能利用率及整个系统的传动效率，安装和维修的灵活性和便利性低，导致使用场合受限的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电装置，包括集风器模块和发电模块；

所述集风器模块开设有导风管，以及与所述导风管相通的集风口；

所述发电模块开设有与所述集风口对接的管道，以及处于所述管道中，叶片与内转子连为一体的发电机组件。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述的风力发电装置还包括排风模块和支撑模块，所述集风器模块、所述发电机模块、所述排风模块以及所述支撑模块，通过法兰连接成一个整体。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述导风管包括外层导风管和内层导风管，所述外层导风管和所述内层导风管之间通过肋板连接，所述外层导风管和内层导风管之间的空间被肋板分割形成多个外层风道，内层导风管中形成内层风道。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述外层导风管和内层导风管均呈喇叭状，所述外层导风管的开口角度大于内层导风管的开口角度。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述集风器模块还包括位于顶部的端盖，所述内层导风管和所述端盖之间通过肋板固定连接。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述发电机模块包括上层薄壁圆筒、下层薄壁圆筒以及发电机组件，所述发电机组件固定在由所述上层薄壁圆筒和所述下层薄壁圆筒固定连接而成的管道中，所述管道与所述集风口对接。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述上层薄壁圆筒的长于所述下层薄壁圆筒，且所述薄壁圆筒内具有弧线内壁。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述发电机组件包括支撑架、轴承组、轴、内圈和外圈通过叶片相连的内转子、位于所述内转子外圈表面的若干个磁极、及其定子。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述定子和所述支撑架分别固定在所述下层薄壁圆筒的内壁上。

进一步地，在所述的风力发电装置中，所述磁极由永磁体构成。

在本发明实施例中，所述集风器模块开设有导风管，以及与所述导风管相通的集风口；所述发电模块开设有与所述集风口对接的管道，以及处于所述管道中，叶片与内转子连为一体的发电机组件。其中，风力发电装置的有益效果在于以下三方面，详述如下：

第一方面，采用分体式的设计，分离出集风器模块和发电模块，便于安装和维修，解决了安装和维修的灵活性和便利性低，导致使用场合受限的问题；

第二方面，利用集风器模块使风速倍增的原理取代增速齿轮箱，提高了发电效率，并消除了齿轮箱带来的诸多问题；

第三方面，风叶的叶片与发电机的转子集成在一起位于导风管内，减小了风叶的半径，有利于整个风力发电装置的外观设计，在风力发电装置正常使用的前提下，解决了难以提高风能利用率及整个系统的传动效率的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的风力发电装置的整体机构示意图；

图2为本发明实施例提供的集风器模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的发电机模块的全剖示意图；

图4为本发明实施例提供的发电机模块的分解示意图；

图5为本发明实施例提供的排风模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的支撑模块结构示意图；

图7为本发明实施例提供的集风器功能原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的风力发电装置的整体机构示意图，图2为本发明实施例提供的集风器模块的结构示意图，详述如下：

风力发电装置由4个模块组成，包括集风器模块1、发电机模块2、排风模块3和支撑模块4；

所述集风器模块开设有导风管，以及与所述导风管相通的集风口14；

所述发电模块开设有与所述集风口14对接的管道，以及处于所述管道中，叶片与内转子连为一体的发电机组件。

其中，所述集风器模块的内壁或者外壁上有安装结构，所述发电模块通过一个连接部件可拆卸地连接在所述安装结构上。

其中，所述安装结构位于所述集风口的出风方向上。

其中，集风器模块1、发电机模块2、排风模块3和支撑模块4，按照从高到低的顺序，依次通过法兰连接成一个整体。

为便于说明，工作原理如下：

所述导风管促使导入的空气在上下端口处形成压力差，利用所述压力差，导入的空气流入集风口14，同时增加了空气的流速，集风口14向对接的管道送风，通过所述管道的风，控制所述叶片转动，由于叶片与内转子连为一体，因此可驱动发电机组件发电。

在本发明实施例中，采用分体式的设计，分离出集风器模块和发电模块的风力发电装置，通过最底下支撑模块4可树立在适合风力发电的地方，随时随地将风能转化为电能。

实施例二

参考图1和图2，本实施例主要描述了集风器模块1中各部件的用途，详述如下：

集风器模块1顶部为薄壁端盖11，用来防雨水。端盖11通过肋板12同内层导风管131连接。内层导风管131与外层导风管132也是通过肋板12连接。由于肋板12的存在，从各个进风口导入的空气对其他进风口影响很小，也不会从其他进风口流出，使得导入的空气流向集风口14。

在本发明实施例中，通过进风口导入的空气会带动内层导风管下端口处的空气向下流动，从而使此处的风压减小，使内层导风管道上下端口处形成压差，在压力的作用下，上端口的空气沿第一层导风管流入集风口14内。从而由此增加了风能的采集效果。

实施例三

参考图3和图4，图3为本发明实施例提供的发电机模块的全剖示意图，图4为本发明实施例提供的发电机模块的分解示意图，详述如下：

发电机模块2外壁由上层薄壁圆筒211和下层薄壁圆筒212通过法兰连接，支撑架27固定在下层薄壁圆筒212的内壁，电机内转子24通过轴25和轴承组26安装在支撑架27的上方。电机内转子24的内外圈通过叶片式的薄壁连接，轴25一端做成整流罩形式，用于调整风向，使空气更多的经过连于内转子的叶片部分。磁极23以表贴式装在内转子24的外圈。

电机定子22同样固定在下层薄壁圆筒212内壁，并保证与内转子24的同轴度和水平度一致。

上层薄壁圆筒211相对于下层薄壁圆筒212较长，是为进入管内的空气提供一段加速距离。

其中，圆筒内壁的弧线薄壁，是为了减小风道内径，提高风速，更有效的带动内转子24的转动，提高风能转化率。

在本发明实施例中，由于承受风的叶片从舱外转移到集风口道内，通过集风器增加的风速的方法可以减小叶片的半径，一方面，易于美观设计，另一方面，可用于城市风力发电又不影响市容市貌。

实施例四

参考图5，图5为本发明实施例提供的排风模块的结构示意图，详述如下：

排风模块3由孔径逐渐增大的薄壁管31和端部带有整流罩的圆筒32通过肋板33连接。薄壁管31逐渐增大的孔径和圆筒32上的整流罩都是为了减小出风口阻力，更有效的促使空气的流出。

实施例五

参考图6，图6为本发明实施例提供的支撑模块结构示意图，详述如下：

支撑模块4由一长段薄壁圆柱41和底板43连接而成。

其中，在底板43的四个方向上，焊上板筋42增加其支撑强度。

实施例六

参考图7，图7为本发明实施例提供的集风器功能原理图，详述如下：

对集风器模块1的功能作简单的说明。当周围的环境有风时，空气从外层导风管、内层导风管及肋板形成的导风口①流入管道内。流入管道内的空气带动②处空气的流动使②处风压减小，使内层导风管两端形成压差，在压力作用下，空气从③处经过内层导风管流入集风口内，由此加大了风能的采集效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种风力发电装置，其特征在于，包括集风器模块和发电机模块；

所述集风器模块开设有导风管，以及与所述导风管相通的集风口；

所述发电机模块开设有与所述集风口对接的管道，以及处于所述管道中，叶片与内转子连为一体的发电机组件，所述导风管包括外层导风管和内层导风管，所述外层导风管和所述内层导风管之间通过肋板连接，所述外层导风管和内层导风管之间的空间被肋板分割形成多个外层风道，内层导风管中形成内层风道；

所述外层导风管和内层导风管均呈喇叭状，所述外层导风管的开口角度大于内层导风管的开口角度，所述集风器模块顶部为薄壁端盖，所述端盖通过所述肋板与所述内层导风管相连。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述的风力发电装置还包括排风模块和支撑模块，所述集风器模块、所述发电机模块、所述排风模块以及所述支撑模块，通过法兰连接成一个整体。

3.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述发电机模块包括上层薄壁圆筒、下层薄壁圆筒以及发电机组件，所述发电机组件固定在由所述上层薄壁圆筒和所述下层薄壁圆筒固定连接而成的管道中，所述管道与所述集风口对接。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述上层薄壁圆筒的长度长于所述下层薄壁圆筒的长度，且所述上层薄壁圆筒与所述下层薄壁圆筒内均具有弧线内壁。

5.根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述发电机组件包括支撑架、轴承组、轴、内圈和外圈通过叶片相连的内转子、位于所述内转子外圈表面的若干个磁极及其定子。

6.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，所述定子和所述支撑架分别固定在所述下层薄壁圆筒的内壁上。

7.根据权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述磁极由永磁体构成。