CN108288907A - 水平轴极大负荷可调风热器 - Google Patents

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    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

水平轴极大负荷可调风热器包括极大负荷可调磁力耦合制热系统、水平轴风力驱动系统,为了使极大负荷可调磁力耦合制热系统在最佳转速范围内工作,水平轴风力驱动系统中可以加装动力传动变速系统。极大负荷可调磁力耦合制热系统由转子和定子组成,转子和定子一个上装有磁块,另一个上装有感应盘或感应筒,依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化,将机械能转化为热能,机械能由风力驱动产生。水平轴极大负荷可调风热器可用于加热水或空气,从而用来供热供暖。例如:水平轴极大负荷可调风热器配以保温水箱可以形成风能热水器,而将水平轴极大负荷可调风热器的加热介质换为空气,可直接对室内进行供暖,形成风能取暖器。

Description

水平轴极大负荷可调风热器
技术领域
[0001] 风能利用、供热供暖、新能源、节能减排。
背景技术
[0002]北方供热供暖,耗费大量煤炭、油气等资源,排放污染严重。南方阴雨连绵,太阳能 热水器无阳光不起作用。北极圈、南极圈及其周边,寒冷异常,夜长昼短,有时几个月不见阳 光。而在地球上,风无处不在,风能清洁无污染。
[0003]磁力耦合技术的发展,使能量转化变得简单而高效,水平轴极大负荷可调风热器 正是利用磁力耦合技术和风力驱动技术相结合将风能最终转化为热能。
[0004] 本人先前曾提出磁力缓速器的发明申请,可供参考。
发明内容
[0005]本发明针对供热供暖和清洁能源利用,提出了水平轴极大负荷可调风热器的解决 方案。
[0006]水平轴极大负荷可调风热器包括极大负荷可调磁力耦合制热系统和水平轴风力 驱动系统,为了使极大负荷可调磁力耦合制热系统在最佳转速范围内工作,水平轴风力驱 动系统还可以加装动力传动变速系统。极大负荷可调磁力耦合制热系统由转子和定子组 成,转子和定子一个上装有磁块,另一个上装有感应盘或感应筒,依靠转子和定子产生磁力 耦合实现能量转化,将机械能转化为热能,机械能由风力驱动产生。水平轴极大负荷可调风 热器可用于加热水或空气,从而用来供热供暖。
[0007] 根据极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同,水平轴极大负荷 可调风热器可分为盘式水平轴极大负荷可调风热器、筒式水平轴极大负荷可调风热器和混 合式水平轴极大负荷可调风热器。
[0008] 磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面,磁力耦合面 位于磁块固定盘组件和感应盘组件之间或磁块固定筒组件和感应筒组件之间,磁块固定盘 组件或磁块固定筒组件用于产生相对旋转磁场,感应盘组件或感应筒组件用于产生感应磁 场,相对旋转磁场和感应磁场相互耦合进行能量转化,水平轴极大负荷可调风热器的极大 负荷可调磁力耦合制热系统的转子和定子中一个装有磁块固定盘组件或磁块固定筒组件, 另一个装有感应盘组件或感应筒组件,转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感 应磁场的相互作用。
附图说明
[0009] 图1、图2、图3、图4所示为盘式水平轴极大负荷可调风热器的几种基本的结构类 型,其极大负荷可调磁力耦合制热系统1的转子采用磁块固定盘组件1-2,而定子采用感应 盘组件1-1,其水平轴风力驱动系统2的中间轴2-12和高速轴2-3之间增加了变速箱,并增加 了风扇1-3,以增强通风散热扰流效果,增强通风散热扰流效果的风扇1-3可以去除不用。图 1、图2所示方案的中间轴2-12和高速轴2-3为平行轴,图3、图4所示方案的中间轴2-12和高 速轴2-3为交错轴。图1、图3所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦 合制热系统采用一组磁力耦合面,即一个感应盘组件和磁块固定盘组件的匹配组合。图2、 图4所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统采用两组磁 力耦合面。图1、图2、图3、图4所示盘式水平轴极大负荷可调风热器的几种基本形式的极大 负荷可调磁力耦合制热系统可以串联使用,即使用两组以上的磁力耦合面,在调节机构驱 动电机扭矩允许的情况下可以用一组调节机构同时调节多组磁力稱合面。图3、图4所示的 盘式水平轴极大负荷可调风热器的水平轴风力驱动系统的传动齿轮2-5、2-6和制动轮2-4 等可以集成到变速箱内。图1、图2、图3、图4所示的盘式水平轴风热器的水平轴风力驱动系 统的变速箱也可以置于顶端,和齿轮2-13集成为一体。图1、图2所示的盘式水平轴极大负荷 可调风热器的水平轴风力驱动系统将制动装置集成到变速箱内,盘式水平轴极大负荷可调 风热器的水平轴风力驱动系统的制动装置既可置于低速轴2-2上,也可置于高速轴2-3上, 或置于其它中间轴上。制动装置可采用钳式制动器、带式制动器或其它类型的制动器。各种 结构形式的盘式水平轴极大负荷可调风热器的水平轴风力驱动系统也可以不使用变速箱, 使用变速箱的目的主要是为了使盘式水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦 合制热系统处于最佳转速范围内。图1、图2、图3、图4所示的盘式水平轴风热器的水平轴风 力驱动系统,为使风轮叶片与风向保持合理的角度,须增加偏航系统,叶片2-1、低速轴2-2、 齿轮2-13等组成一个部件总成,此部件总成和塔架之间依靠回转支承(又名转盘轴承、偏航 轴承)联结到一起,根据风向的检测信号利用偏航电机或液压马达通过齿轮传动来驱动其 旋转作适应性调整。此外,为了得到稳定的功率输出,还可以增加变桨系统,实时改变叶片 的角度。对于小型水平轴风力驱动系统可不要变桨系统、偏航系统,直接利用简单的尾翼 (又名偏航器)依靠风力作自适应旋转调整。
[0010]图5所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器是图4所示的盘式水平轴极大负荷可 调风热器的一种变形,其水平轴风力驱动系统增加了带传动或链传动,2-7、2-9为带轮或链 轮,2-8为传动带或传动链。 图6所示方案是图1所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器的一种变形,图6所示 方案中将感应盘组件1-1置于极大负荷可调磁力耦合制热系统1的转子中。
[0012] 图7所示方案是图2所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器的一种变形,图7所示 方案中将感应盘组件1-1置于极大负荷可调磁力耦合制热系统1的转子中,其调节机构采用 一个电机驱动一对滑动丝杠组件,也可以采用两个电机各驱动一个滑动丝杠组件,而将磁 块固定盘组件合二为一。
[0013] 图8所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器为图6所示的盘式水平轴极大负荷可 调风热器的一种变形,图8采用定子调节,1-8为止转滑动支承筒,调节机构以电机驱动滑动 丝杠组件带动定子沿轴向滑动,从而调节磁场耦合间隙以改变极大负荷可调磁力耦合制热 系统的热负荷。
[0014]图9所示的盘式水平轴极大负荷可调风热器为图8所示的盘式水平轴极大负荷可 调风热器的一种变形,调节机构以手动驱动,1-9为手轮。对于图9所示的盘式水平轴极大负 荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统可以去除零件1-4,然后利用齿轮齿条来 驱动磁块固定盘组件1-2,或者利用摇杆滑块机构来调节磁场耦合间隙,磁块固定盘组件1- 2即为摇杆滑块机构中的滑块。
[0015]图10所示为筒式水平轴极大负荷可调风热器的一种结构形式,其极大负荷可调磁 力耦合制热系统的磁力耦合面平行于高速轴2-3的轴向。筒式水平轴极大负荷可调风热器 的各种结构形式类似于盘式水平轴极大负荷可调风热器的各种结构形式,仅仅是其极大负 荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同而己。盘式水平轴极大负荷可调风热器 和筒式水平轴极大负荷可调风热器也可融合形成混合式水平轴极大负荷可调风热器,混合 式水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面同时置于 平行和垂直于高速轴2-3的轴向。
[0016]图11所示为盘式水平轴极大负荷可调风热器用于供热的一种形式,加热介质为 水。图12所示为盘式水平轴极大负荷可调风热器用于供暖的一种形式,加热介质为空气。各 种结构类型的水平轴极大负荷可调风热器都可用来供热供暖,形成风能热水器(增加了保 温水箱)或风能取暖器(增加了防护罩)等装置,用于独立或集中供热供暖。
[0017]图13所示为盘式水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统 的磁块固定盘组件的示意图,N极和S极永磁体交替排列,磁极方向平行于轴向。筒式水平轴 极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁块固定筒组件中的N极和S极 永磁体同样交替排列,但其磁极方向垂直于轴向。
[0018]水平轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的感应盘组件从 原理上讲至少应包括感应盘和屏蔽板两部分,当两部分采用相同的材料时,可直接融为一 体,适当控制板的厚度即可。
[0019]图14所示是极大负荷可调磁力耦合制热系统用的一种调节机构,电机经齿轮传动 驱动周向布置的多组滑动丝杠组件1-4。极大负荷可调磁力耦合制热系统用的调节机构中 的滑动丝杠组件可以用滚珠丝杠组件或沟槽凸轮组件替代。
[0020]图15所示是极大负荷可调磁力耦合制热系统用的一种滚珠丝杠型调节机构,用滚 珠丝杠组件使旋转运动转变为直线运动。图中标号1-5为滚珠丝杠组件。
[0021]图16所示是极大负荷可调磁力耦合制热系统用的一种沟槽凸轮型调节机构,用沟 槽凸轮组件使旋转运动转变为直线运动。图中标号1-6为沟槽凸轮组件。
[0022]图17所示为高速回转导电接头,采用模块化结构,滑环的数量根据需要确定,图中 所示为三个滑环(可为六个或任意个),连通三根导线,中间环1-33、防护层1-32、防护层1-34、防护层1-37采用电绝缘材料,1-35为电刷,l-3e为滑环(镶嵌于防护层1-37内),1-38为 微调弹簧(用来平衡接触压力),1-39为导线,1-42为轴承。图20中滑环内接电刷,外接外部 电源。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触,也可以将电刷和滑环反装,由电刷内 接滑环,外接外部电源。
[0023]图18、图19、图2〇、图21所示为电动调速专用高速回转接头,采用模块化串联结构, 可串联任意通道,其外转子静止不动,以连接外部电源,其内转子用于连接电动调节机构的 驱动电机。两端密封环1_7〇、1_71可采用碳化钨、石墨等材料,中间有电线进出部分的丨-55、 1-57、1-5S、W4、1-75可采用电绝缘材料,1-72采用电接触材料,1_73采用电绝缘材料镶嵌 电接触材料的组合结构,1-G4为弹簧,用来平衡接触压力,弹簧处的导向销1-65对弹簧起导 向限位作用,防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。
[0024]电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头,其比高速回转导电接 头具有更好的防水、防尘和防爆性能,但其结构复杂,制造困难,经济性差。
具体实施方式
[0025] 水平轴极大负荷可调风热器所包含的各组成零部件,现代工业制造技术均可加工 制造。磁块、轴承、滚珠丝杠、电机等均可由专业厂商配套生产,其它零部件机加工、模具成 形、焊接即可。
[0026]水平轴极大负荷可调风热器要想成功应用,必须具备以下两个条件:Q)功率标 定--建立完备的测试台架,以芫成系列化产品的标定。(2)动平衡检测--旋转部件必须 达到相关标准规定的动平衡要求,以达到必要的安全可靠性。(¾防雷一一水平轴极大负荷 可调风热器的水平轴风力驱动系统必须安装防雷装置,以防止雷电危害44)控制一一水‘ 轴极大负荷可调风热器为便于使用,其控制系统可设计为闭环控制或开环控闭坏炉制 系统便于远程自动控制。 ’

Claims (9)

1.水平轴极大负荷可调风热器的技术方案 其特征是包含极大负荷可调磁力耦合 制热系统和水平轴风力驱动系统,极大负荷可调磁力親合制热系统由转子、定子和调节机 构组成,转子和定子一个上装有磁块,另一个上装有感应盘或感应筒,依靠转子和定子产生 磁力耦合实现能量转化,将机械能转化为热能,机械能由风力驱动产生,调节机构用来调节 磁场耦合间隙或磁场耦合面积以改变极大负荷可调磁力耦合制热系统的热负荷,水平轴极 大负荷可调风热器可用于加热水或空气,从而用来供热供暖,根据极大负荷可调磁力耦合 制热系统的磁力耦合面的位置不同,水平轴极大负荷可调风热器可分为盘式水平轴极大负 荷可调风热器、筒式水平轴极大负荷可调风热器和混合式水平轴极大负荷可调风热器。
2. 根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 力耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁 场,相对旋转磁场由转子或定子上交替排列的N极磁块和S极磁块产生,感应磁场由定子或 转子上的感应盘或感应筒中产生的感应电流产生,感应盘或感应筒采用具有优良导电性能 的导体板或导体筒。
3. 根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 力耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁场 的相互耦合作用,磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面,磁 力耦合面位于磁块和感应盘之间或磁块和感应筒之间,盘式水平轴极大负荷可调风热器的 极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面垂直于转子中心轴,筒式水平轴极大负荷可 调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面平行于转子中心轴,混合式水平 轴极大负荷可调风热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面同时布置于平行 和垂直于转子中心轴的方向上,极大负荷可调磁力耦合制热系统可以采用一组磁力耦合面 或多组磁力耦合面串联,在调节机构驱动电机扭矩允许的情况下可以用一组调节机构同时 调节多组磁力耦合面。
4.根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 力耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统使用调节机构来调节它的热负荷,此调 节机构可以用滚珠丝杠型调节机构或滑动丝杠型调节机构或沟槽凸轮型调节机构,滚珠丝 杠型调节机构的工作原理是其调节机构以滚珠丝杠组件使旋转运动转化为直线运动,从而 调节磁力耦合间隙或磁力耦合面积以达到改变极大负荷可调磁力耦合制热系统的热负荷 的目的,使用滑动丝杠组件取代滚珠丝杠型调节机构中的滚珠丝杠组件便形成滑动丝杠型 调节机构,使用沟槽凸轮组件取代滚珠丝杠型调节机构中的滚珠丝杠组件便形成沟槽凸轮 型调节机构。 / 5 _根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 =耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统使用调节机构来调节它的热负荷,此调 节机构可以用齿轮齿条型调节机构,由手动或电动驱动齿轮,齿轮驱动齿条,带动极大负荷 可调磁力耦合制热系统的定子作直线运动,从而调节磁力耦合间隙或磁力耦合面积以达到 改变极大负荷可调磁力耦合制热系统的热负荷的目的。
6.根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 $耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统使用调节机构来调节它的热负荷,此调 节机构可以用摇杆滑块型调节机构,极大负荷可调磁力耦合制热系统的定子即为调节机构 中的滑块,由手动或电动驱动摇杆,经连杆带动极大负荷可调磁力親合制热系统的定子作 直线运动,从而调节磁力耦合间隙或磁力耦合面积以达到改变极大负荷可^磁力親合制热 系统的热负荷的目的。 n M
7. 根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用水平轴风力驱动 系统,水平轴风力驱动系统的风轮的旋转面垂直于风轮的旋转轴,水平轴风力驱动系统依 靠风力产生机械能从而驱动极大负荷可调磁力親合制热系统,为了使极大负荷可调磁力親 合制热系统在最佳转速范围内工作,水平轴风力驱动系统还可以加装动力传动变速系统, 水平轴风力驱动系统的制动装置可置于低速轴、高速轴或其它中间轴上,制动装置可以选 用钳式制动器、带式制动器等多种形式,为使风轮叶片与风向保持合理的角度,须增加偏航 系统,此外,为了得到稳定的功率输出,还可以增加变桨系统,实时改变叶片的角度,对于小 型水平轴风力驱动系统可不要变桨系统、偏航系统,直接利用简单的尾翼(又名偏航器)依 靠风力作自适应旋转调整。
8. 根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 力耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统可以使用高速回转导电接头,高速回转 导电接头以电刷和滑环作为动态接触,滑环内接电刷,外接外部电源,电刷连接电机中引出 的电线,滑环镶嵌在绝缘材料内部形成静止部件,也可以将电刷和滑环反装,由电刷内接滑 环,外接外部电源,滑环连接电机中引出的电线。
9. 根据权利要求1所述的水平轴极大负荷可调风热器,其特征是使用极大负荷可调磁 力耦合制热系统,极大负荷可调磁力耦合制热系统可以使用电动调速专用高速回转接头, 电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成,外转子静止不动,用于连接 外部电源,内转子高速转动,内外转子的电流通路按电接触理论的原理。
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