CN202493381U - 双气流风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双气流风力发电机，属于风力发电设备领域，包括圆形排列的空心定子，所述空心定子外圈设有空心转子，空心转子和空心定子之间有间隙，空心转子固定于可绕心轴转动的扭球下端，并通过球支撑固定于扭球对称轴处的心轴上，空心定子通过支架与心轴固定。本实用新型在底部设有缩口法兰引导热空气上升，利用上升废温空气所产生的上升的浮力与大气的合力，极其突出的是扭球由若干弧形片组成，可360°接受风力，提高风能利用系数，实现自起动、直接发电，结构简单，造价低，拓宽适应环境和应用领域，有利于普及和两大效益的实现。

Description

双气流风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电设备，属于风力发电设备领域，尤其是一种双气流风力发电机。

背景技术

世界风力发电发展飞速。大气污染、水环境恶化、造成的生物退化、植被破坏、矿物质能源逐渐枯竭，给人类社会发展提出了新问题，怎么样开发新能源，解决人类未来和当今生命健康发展以及推动社会前进的基本要素成为新课题，于是研究利用太阳能、风能、沼能、地热能、潮汐能、余热能等揭竿而起。就风力发电来讲，自20世纪70年代以来，风力发电由于能源危机得到了各国支持。从单机功率几百瓦到当今的数兆瓦，风电场从百万千瓦到数百兆瓦，风力发电从内陆向近海发展，人们对于风能的利用迈开了坚实可喜的一步，我国风力资源可分为五个区，一类区为新疆北部、内蒙古，直到广西、云南为第五区，但是风力发电由于地域风源不同机种功能不同、限制了风能利用和风电发展，到2010年世界风力发电发展总体形势是：几百瓦到几千瓦小风电，市场量大面广，解决了电网不能覆盖的部分问题，二是百千瓦级小风电场多为县级，并网有难度，投资方多为县财政或投资商，大的为兆瓦级大风电场，并网有难有易，投资者为政府或国资单位，但受资金和材料困扰时起时落，上网电价高是个大问题。

从小风电造价看，一台200瓦小风电不计防倒伏、3条牵引铁线和水泥底座，售价为3600元（青岛风王产品），其实一台200瓦小发电机只有500元左右，由于浆叶、尾翼、换向整流等复杂传统的部件多，使得整机造价高，该产品额定转速为400转/分、起动风速为3米/秒，额定发电风速8米/秒，受一定环境影响，不适应在四、五类风力资源区普及。当今又涌现出一批“永磁悬浮风力发电、全永磁悬浮发电等等，但都没有脱离转向或换向或复杂的磁机构和传动机构，增加了成本，增加了使用保养难度，市场不乐观。

从兆瓦级风电讲，结构上是小风电结构的扩大和增加，如：风叶、齿轮箱、发电机、偏航系统、雷电保护、控制系统等等，以发电机型式讲，有双馈异步、永磁和电励磁同步、低速多极同步、变速直接驱动，百万千瓦级总重约200吨，5兆瓦风电的塔架重量为750吨，塔顶重量为410吨，转子的直径就有126米，扫掠面积12469平米，体大笨重，结构复杂造价太高，要求风速又高，近年来由于浆叶连连发生问题，故障多，有的已停产调整结构，有的厂商采用了863-005稀土永磁发电机开发的产业化课题中，取消齿轮箱、变速装置，但还是没有脱离其它直轴传动等笨重的机械发电装备。

所以有必要进一步加强在空气动力学上、风力发电与杠杆力学上和直接发电与风叶的结构上进行研究。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种双气流风力发电机，该设备能够根据节能减排发展清洁能源的市场需要，提高风力发电风能利用系数，扩大适应环境和应用领域。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种双气流风力发电机，其特征在于包括圆形排列的空心定子，所述空心定子外圈设有空心转子，所述空心转子和空心定子之间有间隙，空心转子固定于可绕心轴转动的扭球下端，并通过球支撑固定于扭球对称轴处的心轴上，所述空心定子通过支架与心轴和空心法兰固定。本实用新型通过设置空心定子、空心转子与扭球配合，形成通过风力驱动扭球，带动空心转子转动，形成发电系统，其区别与传统发电系统中，定子在外、转子在内的特征，从而增大了转子的旋转力臂，可以有效的提高发电效率；本实用新型中空心定子和空心转子采用空心结构，可以与热源配合，形成扭球下端高温气体推动，外部大气流动，两气双流共同实现全方位运转。

对上述结构作进一步限定，所述扭球是由多个弧形片组成的球形体，所述扭球的底圈与空心转子形成一体结构，所述扭球上端通过上轴承支撑于心轴上，扭球中段通过支架和中轴承与心轴连接。本实用新型中扭球由若干条弧形片组成，能够在360°内受风，很容易适应风向改变，增强本实用新型的实用性，从而提高风能利用系数。

对上述结构作进一步限定，所述弧形片为由轻质材料弯折而成的长条形结构，所述弧形片中部长度方向上弯折有凸棱，弧形片之间为依次倾斜交错设置形成圆球形，其交错处留有空隙，所述弧形片中部设有加固用的条间支架。本实用新型中的弧形片其材料为轻质材料弯折而成，一般选用彩钢片弯折，其中间部位设置凸棱，凸棱远离球心向外凸出，一方面可以增强彩钢片的刚度，使其承载风力的能力增强，另一方面也可在风吹到弧形片表面，增加阻力，提高风能利用率；弧形片中部由于凸起比较大，弧形片比较薄，因此在中部增加条间支架，通过条间支架与中轴承连接，以保持扭球形状，提高扭球的刚度。

对上述结构作进一步限定，所述空心定子的上端通过支架与心轴固定连接，空心定子的下端边沿上分布有安装座，所述安装座为缩口的空心法兰，空心定子内设有绕组，所述绕组与电缆线连接，所述电缆线依次与电压调节器、超压保护装置及蓄电池组连接。本实用新型中空心定子与心轴固定，下端设有缩口的空心法兰，可以有缩口收集下部产生的螺旋式上升的温差空气，由于温差空气一般为断续间隔供应，因此该气流可以促进球体转动，达到自起动目的，结合自然风吹扫扭球，带动空心转子转动，进入发电状态，收集的温差空气上升产生的上升浮力与大气水平方向流动的两个流体力学力的合成扩大的风源，两气双流共同实现360°全方位运转。

对上述结构作进一步限定，所述支架与空心定子之间设有绝缘板，所述绝缘板为圆形结构，绝缘板外圈均布有绕组，所述绕组与空心转子上的磁极一一对应。所述空心转子上有数个磁极与扭球同步转动，是力学中杠杆力学在发电机上扩大力距创新、在同样风速下多发电.所述空心定子绕组数目可以与磁极数目对等或不等，由于空心定子内绕组不动，使本实用新型所发出的电压电流直接进入电压调节器、超压保护装置及蓄电池组，供给用户。

对上述结构作进一步限定，所述心轴为空心管。

对上述结构作进一步限定，所述空心法兰下端连接有用于集热的空心机体，所述机体向阳的表面上设有两个以上集光片，所述集光片为收集光线的的凸透镜或玻璃镜片。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）技术创新：克服传统风电正面定向迎风受风面积小取消尾舵，改为360°均可迎风，创新研究建筑物内废热空气上升浮力与大气风力相结合产生合力的新观点，在如何增大力距上将永磁磁场设计成外转子，大大提高了风能利用系数；（2）结构新颖：部件少、重量轻、发电多。本实用新型取消了传统风电的回转体、尾舵、换向器、立杆、变速等装置，通过绕组直接与电压调节器、超压保护装置及蓄电池组连接，大大降低加工工艺和制造成本，按装处所无要求，因此价格只有现行机的三分之一；（3）实用经济：本实用新型结构简单，应用面广，如建筑物屋顶的天窗、电梯间、中央空调出风口、工厂车间、大棚、牛舍、猪舍、简易板房、车船、蒙古包，总之有生命、生活活动的场所都适用，而且维护保养方便，价格好，更有利于普及推广，市场大、前景乐观。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图2中A-A剖面视图；

图4是图2中B-B剖面放大视图；

图5是本实用新型中增设机身的结构示意图；

其中：1、空心定子，2、空心转子，3、扭球，4、电压调节器，5超压保护装置,6、蓄电池组，7、集光片，8、机体，9、检查门，10、空心法兰，11、电缆线，12、上轴承，13、心轴，14、下轴承，15、球支架，16、支架，17、绕组，18、底圈，19、磁极，20、绝缘板，21、中轴承，22、条间支架，23、安装座，23、弧形片。

具体实施方式

根据附图1-4可知，本实用新型具体涉及一种双气流风力发电机，包括圆形排列的空心定子1，所述空心定子1外圈设有空心转子2，所述空心转子2和空心定子1之间有间隙，空心转子2固定于可绕心轴13转动的扭球3下端，并通过球支架15固定于扭球3对称轴处的心轴13上，所述空心定子2通过支架16与心轴13固定。扭球3是由多个弧形片23组成的球形体，扭球3的底圈18与空心转子2形成一体结构，所述扭球3上端通过上轴承12支撑于心轴13上，扭球3中段通过支架16和中轴承21与心轴13连接。

图5是本实用新型在旷野无建筑物情况下增设机身的结构形式，该结构设有检查门9、带有凸透镜或玻璃的集光片7，该集光片7布置在机体8的向阳面，收集产生的温差空气上升。所述机体8为水泥或砖瓦的空心柱，在机体8内部有电器系统，其包括电压调节器4、超压保护装置5和蓄电池组6。该结构若安装在建筑物，如楼房顶部或电梯间顶部，这个机体8可以不用，直接把安装座23与建筑物连接即可。动力发电系统中扭球3是可以转动的部分，弧形片23上端全部铆接在上轴承12四周，弧形片23中部与条间支架22与中轴承21镶接，在下轴承14的三面设有球支架15，球支架15的上方与下轴承14镶接，球支架15的下斜45度后与扭球3的底圈18镶接，按设计互相有间距的扭条组成了一个圆形或椭圆形球体。这最突出的是在底圈18的内侧镶嵌有多个磁极19，此时底圈18与磁极19共同组成了“双气流风力发电机”外部空心转子2。能大量收集温差空气的缩口空心法兰10分别由3个安装座23固定在建筑物顶部或机体8上，在空心法兰10的四周镶嵌有绝缘板20，在绝缘板20上镶嵌有电磁线制成的绕组17和发电引出电缆线11，此时它们共同组成了“双气流风力发电机”内部空心定子1。在空心法兰10的中部有心轴13插接，并用3条支架16将心轴13与空心法兰10固定为一体成为不动部分。安装时，固定的空心法兰10顶着心轴13穿过下轴承14，又穿过中轴21，再穿过上轴承12，检查平衡，检查转子与定子间隙无误后即可投入商业运行。

本实用新型通过双气流发电的具体实现过程：利用热空气上升、冷空气进来补充的对流产生的空气力，即由空心法兰10的空心部分上来的温差气体进入扭球3，对扭球3产生上升浮动力，而这此时扭球3内与大气有温差的气体则要从一条一条弧形片23的缝隙中挤出，但这些温差空气又是不均匀的一股一股呈螺旋式上升，从弧形片23缝隙中挤出上升的力也是时大时小，从而使扭球产生微小转动，温差空气少扭球转动小，温差空气多扭球转动快。在温差空气从扭球3中挤出排入大气使扭球3转动的同时，大气中的“风”吹扫球体表面，使球体由弧形片23条间挤出的温差空气挤出量增加，挤出速度加快，使扭球转的更快，此时大气的空气吹扫扭球3约四分之一的球形面积，因为扭球3的表面不是一个平滑的球体，扭球3的弧形片23表面是由一条一条表面又压有凸凹的凸棱，起到平和刮风作用，而风由水平方向延切线方向吹向扭球时，风的第一吹扫点就是扭球直径最大的中部，而后是上下分开，这样一来造成扭球3表面四分之一受风部位，而又不同时施加，因此吹动的力也不一致，但是增加了风的刮扫面积，提高了风能利用系数。在扭球3转动的同时，其镶嵌在底圈18上的磁极19也随之转动，使静止的磁场转为运动磁场，因为空心法兰10和心轴13不动，绕组17也不动，扭球3只好以心轴13为圆心转动，磁力线被电磁线绕组17切割产生电压电流由电缆引出线11送向超压保护4、电压调节装置5，进入蓄电池组6。

本实用新型中，空心法兰10的缩口直径大小与高低根据机型大小而定，缩口收集温差空气，缩口可以制定身高几米几十米，并有检查口和自产温差气流装置。

本实用新型空心转子2同球体转动，空心定子1中的绕组17在内不动，同时可把空心转子2和空心定子1进行换位，将绕组17置于外圈不动，而磁极19与扭球3下沿在绕组17内侧转动。

本实用新型打破传统风力发电旋转复杂的设计结构和风能利用系数低，利用温差空气上升，旋转浮力与大气流结合，实现360度任何方向来风都可以分上、中、下三个受力点，使球体受风力面积提高。尤其是空心转子2和空心定子1的设计、杠杆力学基础理论创新可行，其结构简单，造价低，可实现直接发电，拓宽了适应环境和普及领域，在能源领域可替代中小太阳能和中小风电、可促进中小风电换代，对我国即是一个资源大国又是一个人均小国有十分重要战略意义。

Claims (8)

1.一种双气流风力发电机，其特征在于包括圆形排列的空心定子，所述空心定子外圈设有空心转子，所述空心转子和空心定子之间有间隙，空心转子固定于可绕心轴转动的扭球下端，并通过球支撑固定于扭球对称轴处的心轴上，所述空心定子通过支架与心轴和空心法兰固定。

2.根据权利要求１所述的双气流风力发电机，其特征在于所述扭球是由多个弧形片组成的球形体，所述扭球的底圈与空心转子形成一体结构，所述扭球上端通过上轴承支撑于心轴上，扭球中段通过支架和中轴承与心轴连接。

3.根据权利要求2所述的双气流风力发电机，其特征在于所述弧形片为由轻质材料弯折而成的长条形结构，所述弧形片中部长度方向上弯折有凸棱，弧形片之间为依次倾斜交错设置形成圆球形，其交错处留有空隙，所述弧形片中部设有加固用的条间支架。

4.根据权利要求１所述的双气流风力发电机，其特征在于所述空心定子的上端通过支架与心轴固定连接，空心定子的下端边沿上分布有安装座，所述安装座为缩口的空心法兰，空心定子内设有绕组，所述绕组与电缆线连接，所述电缆线依次与电压调节器、超压保护装置及蓄电池组连接。

5.根据权利要求１所述的双气流风力发电机，其特征在于所述支架与空心定子之间设有绝缘板，所述绝缘板为圆形结构，绝缘板外圈均布有绕组，所述绕组与空心转子上的磁极一一对应。

6.根据权利要求2所述的双气流风力发电机，其特征在于所述心轴为空心管。

7.根据权利要求１—6中任意一项所述的双气流风力发电机，其特征在于所述空心法兰下端连接有用于集热的空心机体，所述机体向阳的表面上设有两个以上集光片，所述集光片为收集光线的的凸透镜或玻璃镜片。

8.根据权利要求7所述的双气流风力发电机，其特征在于所述机体的底部设有检查门，所述电压调节器、超压保护装置及蓄电池组置于机体内部。

Images