CN200996357Y - 风力发电机 - Google Patents

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张大鹏
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Abstract

一种风力发电机，包括风叶、发电机、可充电电池、逆变控制器、以及底架，其中发电机为轮毂式电子换向直流发电机；该发电机转子为低速外转子结构，定子上的每个绕组接四个二极管后形成电子换向控制单元；定子用矽钢片或硅钢片叠压并绕上导电线圈而成；定子和转子极数互为质数；壳体上每间隔60度焊接一条用于固定风叶的钢管，该壳体防锈处理，机壳和端盖连接处使用不锈钢螺钉固定；风叶的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体。本实用新型省去增速箱等多余部件，内置许多二极管整流，输出直接为直流，使控制逆变器的设计变得简单化；制造简单、造价低，性能好，全面更新了风力发电的概念。

Description

风力发电机
【技术领域】
本实用新型涉及一种风力发电机，尤其是涉及到轮毂式电子换向直流式的风力发电机。
【背景技术】
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。近十多年来，将风能转换成电能的风力发电技术日新月异，蓬勃发展，风电市场迅速扩大，已成为对常规能源最具有竞争力的新能源发电方式。
风力发电机组主要由风叶，发电机和逆变控制器，可充电电池四部分组成。目前常见的风力发电机组绝大部分是由水平轴风力机加上传统的同步发电机或异步发电机构成。任何一种传统的风力发电机，其输出功率都会随着风速不断升高而不断增大，如不加以控制，当风速升高到一定程度时，必将导致发电机严重过载而烧毁。为此，所有传统风力发电机组都必须采取功率控制措施；传统的风力发电机都得采用增速箱(除少数微型机组外)，这给维护造成很大麻烦；风力发电机组的工作环境都是条件恶劣的野外，故发电机的防护性能尤其重要，传统风力发电机组由于结构和造价的限制，微小型机组不能采用全密封外壳结构。中大型机组的安全可靠性很重要，不得不采用全密封结构，但同时得采用附加的冷却措施；目前国产风力发电机组几乎全是水平轴型式，叶片为螺旋桨结构，由于技术水平限制，国产叶片质量尚未过关，中大型机组的叶片基本上依靠进口；传统风力发电机组尽管经过许多改进，但目前价格仍十分昂贵，每千瓦将近1万元，大型机组每千瓦也有5、6千元。造成价格昂贵的根本原因是叶片和控制系统费用大，这两项约占机组总价60％。
【发明内容】
本实用新型旨在提供一种方便制造、造价低采用轮毂式电子换向直流发电机的风力发电机。
为实现上述目的，本发明所提出的技术方案是：
风力发电机，包括风叶、发电机、可充电电池、逆变控制器、以及底架，其中风叶与发电机连接，发电机由底架支撑，可充电电池和逆变控制器在发电机外部与发电机电连接，其特征在于：所述的发电机为轮毂式电子换向直流发电机；
所述的轮毂式电子换向直流发电机包括相互固连的机壳和端盖构成的壳体，壳体内部有绕有线圈的定子，外壳及附在外壳内部的永磁材料构成转子，所述轮毂式电子换向直流发电机的中心轴两端设有轴承并固定在两个端盖上，其中所述转子为低速外转子结构，定子上的每个绕组接四个二极管后形成电子换向控制单元；
所述的定子用矽钢片或硅钢片叠压并绕上导电线圈而成；
所述的定子和转子极数互为质数；
所述壳体上每间隔60度焊接一条用于固定风叶的钢管，该壳体防锈处理，机壳和端盖连接处使用不锈钢螺钉固定；
所述的风叶的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体。
本实用新型提供的风力发电机，其中的轮毂式电子换向直流发电机从原理到结构都进行了全面的创新，采用低速外转子结构，省去增速箱等多余部件，内置许多二极管整流，输出直接为直流，使控制逆变器的设计变得简单化。轮毂式电子换向直流发电机既可用于垂直轴型式的风力发电机组又可用于水平轴型式的风力发电机组。本实用新型提供的风力发电机制造简单、造价低，性能好，全面更新了风力发电的概念，预示着风力发电机进入家庭的时代真正来临。
【附图说明】
图1为本实用新型实施例的主要部件结构示意图；
图2为本实用新型发电机的半剖视结构示意图；
图3为本实用新型中电子换向单元的原理图。
【具体实施方式】
本实用新型旨在提供一种方便制造、造价低采用轮毂式电子换向直流发电机的风力发电机。
如图1所示，本实用新型提供的风力发电机，包括风叶1、发电机2、可充电电池、控制逆变器(其中可充电电池，控制逆变器为风力发电机外部结构，而且为公知内容，所以本实施例以及附图无这些部件及其详细介绍)，风叶1的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机2上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体，发电机2由底架3支撑，所述的发电机2为轮毂式电子换向直流发电机，其中所述的电子换向单元在该轮毂式电子换向直流发电机内部(图2)。
如图2所示，轮毂式电子换向直流发电机包括相互固连的机壳4和端盖5构成的壳体，壳体内部有定子6和转子7，所述轮毂式电子换向直流发电机的中心轴孔内设有两端以轴承8支撑的主轴9，其中所述转子7为低速外转子结构，省去了传统发电机上的增速箱等多余部件，定子6上的每个集中绕组10接四个二极管11后形成了上电子换向单元，与直流有刷发电机比为无机械换向装置，换向可靠，寿命长，内置的这些二极管11对电机旋转产生的交流电整流，输出直接为直流，使外部的控制逆变器的设计变得简单化；该电子换向单元的工作原理如图3所示，内定子绕组上连接很多的二极管整流后并联输出，由DC输出线12直接输出为直流。其中上述的转子7采用稀土磁钢Na-Fe-B制造，定子6用矽钢片或硅钢片叠压而成，同时为了降低力矩波动和电磁噪声，提高功率密度，定子6和转子7极数互为质数，壳体上每间隔60度焊接一条钢管，用于固定风叶，壳体防锈处理，连接处使用不锈钢螺钉固定。
本实用新型提供的风能发电机的简要工作流程如下：风能由轮毂式电子换向直流发电机转化成电能后经过稳压处理再经过蓄电池储蓄，最后经过逆变器逆变后即可输出为负载使用。
了解了本实用新型提供的发电机结构，再来看本实用新型的特点和优点：1.轮毂式电子换向直流发电机自身具有恒功率输出特性
任何一种传统的风力发电机，其输出功率都会随着风速不断升高而不断增大，如不加以控制，当风速升高到一定程度时，必将导致发电机严重过载而烧毁。为此，所有传统风力发电机组都必须采取功率控制措施。轮毂式电子换向直流发电机由于原理特殊，致使输出功率随风速增大到一定程度后不再继续增大，在超风速的情况下仍能保持恒定的功率输出，无需采取任何功率控制措施。
2.输出电压平滑
轮毂式电子换向直流发电机输出电压平滑，与直流有刷电机一样。
3.不需增速箱
传统的风力发电机都得采用增速箱(除少数微型机组外)，这给维护造成很大麻烦。轮毂式电子换向直流发电机可以设计成超低速外转子发电机，风叶直接安装在外转子上，使风力机和发电机合二为一，这不仅节省了增速箱及相应的连接件，而且改进了机组的风力作用效果。
4.优异的防护性能
风力发电机组的工作环境都是条件恶劣的野外，故发电机的防护性能尤其重要。传统风力发电机组由于结构和造价的限制，微小型机组不能采用全密封外壳结构。中大型机组的安全可靠性很重要，不得不采用全密封结构，但同时得采用附加的冷却措施。轮毂式电子换向直流发电机是外转子全密封结构，转子直接接受强风冷却，无需采取另外的冷却措施，可完子全密封结构，转子直接接受强风冷却，无需采取另外的冷却措施，可完全防止野外的腐蚀性气体侵入发电机内部。
5.优异的承受强风的能力
目前国产风力发电机组几乎全是水平轴型式，叶片为螺旋桨结构，由于技术水平限制，国产叶片质量尚未过关，中大型机组的叶片基本上依靠进口。轮毂式电子换向直流发电机既可为垂直轴型式也可为水平轴型式，垂直轴型式的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体，不存在单个叶片被强风折断的可能性，故无需采取超速保护措施。
6.方便制造
轮毂式电子换向直流发电机的主要原材料是稀土材料，硅钢片，整流二极管和漆包线，无任何特殊和贵重材料，任何一个电机生产企业在其现有的条件下都可以立即投入批量生产。
7.造价低
传统风力发电机组尽管经过许多改进，但目前价格仍十分昂贵，每千瓦将近1万元，大型机组每千瓦也有5、6千元。造成价格昂贵的根本原因是叶片和控制系统费用大，这两项约占机组总价60％。轮毂式电子换向直流发电机省去了功率控制，转速控制和转向控制，叶片的设计技术和制造工艺以及原材料都很普通，叶片和控制系统这两项费用与前者相比几乎可以忽略不计，所以可以大幅度降低整套风力发电机组的造价。
综上所述本实用新型提供发电机的诸多特点以及优点，正是风电界长期追求的目标，现已完全实现。因此，这种新型的风力发电设备必将成为传统风力发电机组的更新换代产品。
同时应当注意的是，上述针对各具体实施例的描述较为具体和详细，并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，本实用新型保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1、风力发电机，包括风叶、发电机、可充电电池、逆变控制器、以及底架，其中风叶与发电机连接，发电机由底架支撑，可充电电池和逆变控制器在发电机外部与发电机电连接，其特征在于：所述的发电机为轮毂式电子换向直流发电机。
2、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：所述的轮毂式电子换向直流发电机包括相互固连的机壳和端盖构成的壳体，壳体内部有绕有线圈的定子，外壳及附在外壳内部的永磁材料构成转子，所述轮毂式电子换向直流发电机的中心轴两端设有轴承并固定在两个端盖上。
3、根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于：所述转子为低速外转子结构，所述定子上的每个绕组接四个二极管后形成电子换向控制单元。
4、根据权利要求2或3所述的风力发电机，其特征在于：所述的定子用矽钢片或硅钢片叠压并绕上导电线圈而成。
5、根据权利要求2或3所述的风力发电机，其特征在于：所述的定子和转子极数互为质数。
6、根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于：所述壳体上每间隔60度焊接一条用于固定风叶的钢管，该壳体防锈处理，机壳和端盖连接处使用不锈钢螺钉固定。
7、根据权利要求1或2或3或6所述的风力发电机，其特征在于：所述的风叶的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体。
8、根据权利要求4所述的风力发电机，其特征在于：所述的风叶的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体。
9、根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于：所述的风叶的叶片为S型或水滴形柱状的结构，发电机上的转子和叶片以及叶片相互之间连接成整体。
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US8610321B2 (en) 2010-06-29 2013-12-17 Siemens Aktiengesellschaft Generator, wind turbine, method of assembling a generator and use of a generator in a wind turbine

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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Shenzhen Dong Fang Hua Lian Technology Co., Ltd.

Assignor: Zhang Dapeng

Contract record no.: 2010440020204

Denomination of utility model: Method for high efficient utilizing of wind power and full rotor double wind wheel wind generator

Granted publication date: 20071226

License type: Exclusive License

Record date: 20100930

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: JIANGSU NEWHOPE RENEWABLE ENERGY S+T CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: ZHANG DAPENG

Effective date: 20121107

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COR Change of bibliographic data

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Address before: 518029, 5, building 1815, Nantian building, Baihua two road, Guangdong, Shenzhen

Patentee before: Zhang Dapeng

CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20071226

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