CN2222814Y - 电磁感应式风能-热能转换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电磁感应式风能-热能转换装置，它是在圆筒形外壳(1)内装设由环形隔板(10)、衬环(11)构成隔板组；该装置的内筒兼铁芯(5)中安放导体(6)，各导体两端与短路环(7)相接构成鼠笼式绕组：两端盖(13、14)将外壳(1)与铁芯兼内筒(5)用螺栓连结成环形筒状罐体(15)，其中充以工作介质(16)；在内筒(5)形成的空腔内装有轴(3)、转子轭(17)及永磁式磁极(4)构成的转子(2)，轴的一端与风机的轴连接，本装置有立式/卧式两种安装形式。盖上有进出口(18、19)。

Description

电磁感应式风能--热能转换装置
本实用新型专利涉及一种电磁感应式风能--热能转换装置，尤其是一种能直接与风力机连接的风力发热机。
当前，世界各地对风能的开发利用十分活跃。风能不仅是一种重要的新能源，而且它又是一种清洁的、无污染、无公害的能源。但是，由于风能的载体--大气流动的不稳定性及时空变化高度频繁的特点，所以风能的利用在技术上和实际应用上，其难度是相当大的。
人们对能源有严格的质量指标，即要求能源及其载体的流动过程应具有稳定性、连续性和可调节性和便于储存，并且要求有相对稳定的技术状态参数。风能--其特性完全是随机的、多变的、完全不符合上述对能源特性的要求。为要开发利用风能这一重要能源，人们只能也仅仅能根据风能的这些十分不利的特性去探索风能利用的方案。众所周知，风能利用的领域主要是风力发电、风力提水、还有公知的风能--热能转换。但是，公知的风能--热能转换装置--热泵，在结构上和运行上还存在一定的缺陷，以致它的推广应用还是比较困难的，目前尚未达到商品化的程度。
本实用新型的目的是，提供一种可直接与风能机械--风力发动机连接的，将风能转换为热能的，其工作介质--热能载体可以连续循环使用的，具有简单的构造和便于操作管理的风能--热能转换装置。该装置有一个随同风力机转子一起转动的装有磁极的转子；它还有一个其上装有绕组的铁芯组成的静子，静子上装有导热元件，该静子构成一个密封的壳体，其中充以流动的介质，当转子旋转时，由于电磁感应产生电流并转化成热能和加热介质经管道输出至供热网络，构成一个闭环循环热力系统。
本实用新型的目的是这样实现的：在圆筒形静子外壳内装设由环形隔板、衬环构成隔板组；该装置的内筒兼铁芯内设置导体，各导体两端与短路环连接构成鼠笼式绕组，在铁芯外周装有导热片；两端盖将静子外壳和铁芯兼内筒用螺栓紧固连接成环形筒状罐体，其中充以工作介质；在铁芯兼内筒形成的空腔内装有轴、转子轭和永磁式磁极构成的转子；轴的一端与风机输出轴相接，本装置有水平和立式两种形式，在两端盖上设置进出口。
由于采用上述电磁式风能--热能转换装置的方案，可以用风机的转子输出轴直接拖动本装置的转子转动建立旋转磁场，使之在鼠笼式绕组中产生电流，用此电流产生热能，从而建立风能--机械能--电能--热能的连续转换系统，它可以一步完成从风能到热能的转换，并且可以构成立式和卧式不同形式；它有比较简单的构造，其工作介质可以输送到热力网或储存备用，它是一种完全能够适应风能的随机多变的特点，可以实现工业化生产和应用的风能--热能转换装置。它适用于近海、沿边地区、海岛、高山等缺少煤炭、水力等常用能源的地区，作为支持农牧业生产和城乡农村供热以及工业和生活供热的需求，对于多能互补，节省常规能源等方面具有重大意义和现实意义。它将成为集团式大面积、大规模风能--热能转换，实现大容量风力供热的重要装备。
本实用新型给出的实施例和附图如下：
图1是本实用新型第1实施例电磁感应式风能--热能装置A--A剖面图。
图2是本装置专用三相链式绕组分布展开图。
图3是图1的A向剖视图。
图4是第2实施例--具水平接合面的风能--热能转换装置构造图。
图5是第3实施例--装有绕线式链式绕组的该装置的局部剖面图。
图6是风能--热能转换装置中他励式转子剖面图。
图7是第4实施例--具有旋转式导热板其隔板上装永磁式磁极的构造图。
图8是隔板上磁极分布图。
图9是隔板上磁极空间磁场与导热板上建立的涡流分布示意图。
图10是隔板上磁极安装方式图。
图11是图10的侧视图。
图12是转子导热板开孔位置图。
图13是第5实施例--转子1/2纵剖面图。
图14是图13的侧视图。
图15是第5实施例--转子侧视图。
图16是转子两侧安装的叶轮正视图。
以下结合实施例和附图对本实用新型进一步说明：图1中：1、圆筒形静子外壳；2、转子；3、轴；4、磁极；5、内筒兼铁芯；6、导体；7、短路环(图3)；8，11、衬板；9、导热板；10、隔板；12、间隙；13，14、端盖(图3)；17、轭；18，19、进出孔。
本实用新型第1实施例的横断面图如图1，本装置有一个圆筒形静子外壳(1)，在它的内面装有环形隔板(10)，它的数量取决于风能--热能转换装置的功率及其尺寸，各隔板之间由衬环(11)支持使之保持相同的距离并被压紧在外壳中；内筒兼铁芯(5)与外壳(1)共同形成了一个圆环筒形的罐体(15)(如图3)；在铁芯(5)沿轴向均匀设置导体(6)，该导体经短路环(7)构成一个鼠笼式绕组，在本实施例中，铁芯(5)被制成实体结构并且用铸铁等廉价材料制成。在铁芯的外表面上，均匀设置圆盘形导热板(9)；在环形铁芯(5)筒形空间的内部设置转子(2)，它由轴(3)、轭(17)及磁极(4)构成，磁极(4)的对数为P，总数为2P，本实用新型采用多极式结构，以便直接与风力机的叶轮连接而不必在两者之间设置变速箱。
本装置的风力机部分(图中未面出)可采用公知的专利/非专利方案。
图3是图1的A向剖面图，本视图清晰的示出本装置内部各元件的位置状况，从图中可以看出，在静子筒体(15)内，环形隔板(10)与导热板(9)相间布置，整个筒体内充有工作介质(16)，它的成份是水，水和防冻液的混合物或水和油的混和物或油类液体或气体。
本实用新型的工作原理如下：当轴(3)在原动机--风力机的拖动下旋转时，转子磁极在间隙(12)中建立旋转磁场，在该磁场作用下，在导体(6)上产生感应电势，此电势建立起感应电流经过短路环形成闭合回路，由于电流回路中存在电阻，故直接产生热能其值为QαI2R，由于这些元件是安放在装有液体(16)的罐体(15)中的，所以其热量Q直接通过导热板传递到液体中去；另外由于本装置中有由隔板(10)和导热板(9)构成的迷宫式流道可提高热交换效率；另外，在铁芯(5)中亦有涡流产生的热量也一同传递给液体，所以本装置的热交换的效率是比较高的。工作介质从孔(19)排出，经放热后在水泵压送下重新经孔(18)进入本装置完成一个循环，如此不间断的进行下去，便可源源不断的实现风能-热能的转换。
本实用新型第2实施例如图4所示，它的特征在于，其隔板(10)、导热板(9)是分别焊接在外壳(1)和铁芯(5)上的，因此它具有沿轴向水平面分开的上、下两个半圆筒状静子壳体及其附件，它的两半的筒体用螺栓紧固在一起(图中未画出)。
本实用新型的第3实施例如图5所示，它的铁芯(5)装有三相链式分布的线圈如图2，它的转子上装有励磁线圈如图6之(21)，它同极身(20)和极(22)共同构成它励式磁极。在铁芯装有其分布如图2示出的三相线圈(31-33)，它们在铁芯(5)槽中的分布与普通电机中三相线圈的分布规律是相同的，如图所示为链式分布，其不同之处在于，各线圈不串联，各线圈的两个引出端直接短接；并且各线圈的匝数较少同时要求导体具有较高的电阻率，它可以采用铜合金，铝合金等金属制成，其绝缘层应具有耐水、耐油性能，如玻纤及环氧树脂等绝缘材料。
本实用新型第4实施例如图7所示，其特征是它的隔板(10)的两侧面装有永磁式磁极(24)，它们在隔板(10)平面上的分布状态如图8这里的磁极是扇形，也可用长方形、圆形等形式，要求其极性能在两隔板间形成的间隙中建立垂直于板面的平行磁场；本实施例的导热板(9)是直接固定在轴(3)上的，互相间用环板(8)隔开，它们刚好被安放在隔板(10)的间隙中，当风机带动转子旋转时，由导热板(9)与磁场的相对作用，在板上产生涡流的方向在不同极间是不同的，因此它们形成闭合流线，其电流强度与空间磁场强度及旋转速率的乖积成正比，因而它产生的功率与电流的平方成正比并与风速的立方成正比，磁极的固定方式如图(10、11)所示，各磁极按“N”，“S”相对，用铆钉(25)安装在隔板(10)上面。导热板(9)靠近圆心处，设导流孔(32)，它一方可以平衡板前后压差；一方面增加液流的冲击，产生涡流、产生热量以提高整体效率，它的分布如图12所示，其尺寸和数量由该装置的功率等参数通过实验确定。图13表示本实施例的转子图、图14表示孔(26)位于圆板的中间位置，它比图12有更高的效率，因该处的圆周速率比圆心附近大的原故。图15给出在导热板上制成间隙(30)，使之成为扇形(27)，它更有利于对液体形成更大的冲击作用。
图18给出叶轮图，叶片(28)为等宽的扭曲叶片，它装在转子的两侧，可起到轴流泵的作用，用于排出被加热的介质，(其安装状态未画出)并实现热力系统的闭环循环工作要求。

Claims (10)

1、一种电磁感应式风能--热能转换装置，其特征是，该装置的圆筒形外壳(1)内装设由环形隔板(10)、衬板(11)构成的隔板组；该装置的内筒兼铁芯(5)内设置导体(6)，各导体(6)两端与短路环(7)构成鼠笼式绕组；两端盖(13、14)将外壳(1)和铸铁制成的铁芯兼内筒(5)用螺栓紧固连接成环形筒状罐体(15)，其中充以工作介质(16)；在铁芯兼内筒(5)形成的空腔内装有轴(3)、转子轭(17)及永磁磁钢制成的磁极4构成的转子(2)，轴的一端与风力机的输出轴相连接；本装置有水平/立式安装形式。
2、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说的静子外壳(1)内装有环形隔板(10)，该隔板用环形衬垫(11)固定在外壳(1)内壁上；在该外壳内还装有铁芯兼内筒(5)，该铁芯为整体式铸铁件，其中设置导体(6)的安装孔，其中安放铸铝导体(6)该导体经短路环(7)构成鼠笼式绕组结构，在其铁芯圆柱形外表面上，用环形衬垫(8)固定圆形导热板(9)，在外壳(1)和内筒(5)、端盖(13、14)构成圆环筒形空间(15)内，装有工作介质(16)，该介质由水或油类及其混和物或其它液体/气体或空气组成；在端盖(13、14)上设有进出孔(18、19)。
3、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，该装置的转子(2)由轴(3)、轭铁(17)及安装在它上面的永磁式磁极(4)构成；轴的一端与风力机的输出轴连接，磁极的数量由风力机的转数确定。
4、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说外壳(1)是沿转子轴(3)水平面分成上、下两部分，在外壳(1)内壁上固定安放隔板(10)，在铁芯圆柱表面固定安装有导热片(9)。
5、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说该转换装置的铁芯(5)外缘上面装有高、低两种尺寸的环形导热板(9、23)，两者相间安置。
6、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说该转换装置的转子(2)，是由在极身(20)上装有励磁线圈(21)及极靴(22)的凸板式他励式线圈和磁极构成。
7、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说该装置的外壳(1)内装有经环形衬板(11)间隔安装的环形隔板(10)，在它的两侧面上均匀设置扇形磁钢(24)，该磁钢用铆钉(25)或螺栓(25)安装在隔板两侧；在隔板之间的环形空间中安放装在转子轴(3)上面的经衬板(8)固定的导热板(9)。
8、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于所说该装置的外壳(1)内安装由安装在铁芯(5)上的其圆盘上开有导流孔(26)，或在圆盘上开有放射状间隙(30)的扇形(27)的导热板(9)组成的转子(2)，与权利要求7的带有磁板的隔板(10)构成。
9、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于，所说的该装置的转子(2)的两端还装有轴流式叶片(29)。
10、根据权利要求1所述的电磁感应式风能--热能转换装置，其特征在于所说该装置的铁芯(5)内装有由线圈(31-33)按3相规则构成链式结构，各个线圈的首尾端互相短接成短路绕组；各绕组用铜合金或铝合金漆包线制成，再外加绝缘保护层，该保护层可用塑料或玻纤及环氧树脂等绝缘材料。
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