全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，包括有外層繞組轉(zhuǎn)子，內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子，繞組與磁鋼間有一氣隙，所述外層繞組轉(zhuǎn)子通過自己的兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上外層轉(zhuǎn)子輪轂連接，所述內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子通過自己的內(nèi)部內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂連接，所述外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。風葉裝置至少四十個以上，風能利用效率極高。本發(fā)明提出了水平軸風力發(fā)電機低風速低轉(zhuǎn)速高發(fā)電新的技術(shù)方案，全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機的效率是前所未有的，感應電動勢是半徑增加的倍數(shù)再乘以二，E1＝E0*(R1/R0)*2，從而使低風速低轉(zhuǎn)速高發(fā)電全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機重量減輕、造價下降，應用范圍更加廣泛、經(jīng)濟效益更高。
【專利說明】全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機
[0001]所屬領(lǐng)域:
[0002]本發(fā)明涉及水平軸式風力發(fā)電機，尤其是涉及全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機。
技術(shù)背景:
[0003]現(xiàn)有的水平軸風力發(fā)電機一般采用定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。中小型水平軸風力發(fā)電機均采用直驅(qū)方法，由風葉裝置直接驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)電，這種發(fā)電機對風速要求高，額定風速均在12米/秒左右。大型水平軸風力發(fā)電機均采用齒輪箱升速后驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)電，額定風速也在12米/秒左右。我國絕大部分地區(qū)風速在12米/秒以下，甚至更低。以上兩種風力發(fā)電機就發(fā)電機本身來說，技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但是，當它們與現(xiàn)有技術(shù)下的三葉片風輪配合發(fā)電時，因為風輪轉(zhuǎn)速低，發(fā)電效率極其低下。
[0004]目前技術(shù)條件下，三葉片水平軸風力發(fā)電機越造越大，由于風輪的結(jié)構(gòu)關(guān)系，葉片越長越細，葉片迎風面積與風輪迎風面積之比越小，風能的利用率越低，風輪的轉(zhuǎn)速更是越低，而且質(zhì)量大造價高。根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，設備發(fā)電效率只有30%，是巨大的浪費。
[0005]一般情況是，人們?yōu)榱颂岣唢L能利用率會增加葉片數(shù)量，由三片增加至六片甚至更多，然而風輪轉(zhuǎn)速卻逐步下降，發(fā)電效率仍然得不到提高。如何實現(xiàn)水平軸風力發(fā)電機低轉(zhuǎn)速而又能高發(fā)電，是本領(lǐng)域技術(shù)人員共同面對的一個技術(shù)問題。
[0006]申請?zhí)枮?00710130878.7發(fā)明提出了高效率小型風力發(fā)電機的技術(shù)方案，將風力發(fā)電機的定子置于整流罩中，擴大發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子直徑，并且用風葉片與輪輻結(jié)合或輪輻支撐磁鋼轉(zhuǎn)子。該發(fā)電機對定子的支撐方法只能適用微小型風力發(fā)電機，而且對風葉片數(shù)量也沒有要求，不能更好的解決低轉(zhuǎn)速高發(fā)電的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]本發(fā)明目的是要更好的解決低轉(zhuǎn)速高發(fā)電的技術(shù)要求，提供一種低轉(zhuǎn)速高發(fā)電全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機。在該風力發(fā)電機中，賦予風葉裝置、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)全新的意義和功能，從而獲得諸多新的技術(shù)效果，進一步提高風力發(fā)電機的整體效能。本發(fā)明的風葉裝置和轉(zhuǎn)子繞組使風力發(fā)電機的優(yōu)勢更加突出，使風力發(fā)電機經(jīng)濟效益顯著提高，為水平軸風力發(fā)電機低轉(zhuǎn)速高發(fā)電提出了一個新的技術(shù)方案。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，包括有外層繞組轉(zhuǎn)子，內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子，繞組與磁鋼間有一氣隙；
[0009]所述外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0010]所述外層繞組轉(zhuǎn)子通過自己的兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上外層轉(zhuǎn)子輪轂連接;
[0011]所述內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子通過自己的內(nèi)部內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂連接；
[0012]所述內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子采用自行車輪輪輻支撐結(jié)構(gòu)，風葉固定在斜對的兩個輪輻上，風葉與輪輻集成為內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置，所述內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置自然形成一定的扭角；[0013]所述外層繞組轉(zhuǎn)子采用自行車輪輪輻支撐結(jié)構(gòu)的單側(cè)進行雙排雙側(cè)支撐結(jié)構(gòu)，每側(cè)的風葉固定在雙排斜對的兩個輪輻上，風葉與輪輻集成為外層轉(zhuǎn)子風葉裝置，所述外層轉(zhuǎn)子風葉裝置自然形成一定的扭角；
[0014]所述外層繞組轉(zhuǎn)子兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置扭角相反；
[0015]所述外層轉(zhuǎn)子繞組由工程塑料固定于外層轉(zhuǎn)子輪輞內(nèi)側(cè)凹槽中，凹槽深度略大于內(nèi)層轉(zhuǎn)子厚度，寬度略大于內(nèi)層轉(zhuǎn)子磁鋼，轉(zhuǎn)子磁鋼在凹槽中運轉(zhuǎn)，兩轉(zhuǎn)子按裝好以后的組合體正好形成軸向流線型形狀；
[0016]所述內(nèi)層轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)相同于傳統(tǒng)發(fā)電機，或雙磁鋼；
[0017]所述外層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在輪軸上，內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在外層轉(zhuǎn)子輪轂中間部位，輪軸一端或兩端直接固定于支撐架上；
[0018]所述外層轉(zhuǎn)子輪轂也可以通過鍵銷固定在輪軸上，內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在輪軸上，輪軸一端或兩端通過軸承按裝于支撐架上；
[0019]所述風葉裝置至少四十個以上，兩邊風葉寬度約為內(nèi)部風葉寬度的二分之一。
[0020]所術(shù)風葉裝置為輕質(zhì)薄型結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案的六大有益效果:
[0022]其一是全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機采用外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反發(fā)電，使繞組線圈磁通變化速率提高一倍，感應電動勢相應也提高一倍，顯著提高風力發(fā)電機的發(fā)電效率。
[0023]其二是全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機擴大了發(fā)電部分的直徑，相同角速度條件下線圈感應電動勢(El)等于原半徑(RO)時電動勢(EO)乘以半徑增加的倍數(shù)(R1/R0)。即:
[0024]El = E0*(R1/R0)。
[0025]其中Rl是增加后的半徑。
[0026]感應電動勢成倍數(shù)增加，使風力發(fā)電機效率更高。
[0027]其三是全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機外層繞組轉(zhuǎn)子和內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子是兩個獨立的高效率風輪系統(tǒng)，其中外層繞組轉(zhuǎn)子兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置有四十個以上，內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置有二十個以上，風能利用率極高，從而使低風速低轉(zhuǎn)速高發(fā)電全轉(zhuǎn)子風力發(fā)電機應用的經(jīng)濟效益更趨合理。
[0028]其四是以上三個效果相合，全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機的效率是前所未有的，感應電動勢是半徑增加的倍數(shù)再乘以二。即:
[0029]El = E0*(R1/R0)*2
[0030]從而使低風速低轉(zhuǎn)速高發(fā)電全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機應用范圍更加廣泛。
[0031]其五是采用自行車輪輪輻支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)外風葉裝置是輕質(zhì)薄型結(jié)構(gòu)，減輕了風力發(fā)電機的質(zhì)量，降低了造價。
[0032]其六是為發(fā)展低風速低轉(zhuǎn)速高效率風力發(fā)電開辟出一條新的技術(shù)途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】；
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)下的三葉片風力發(fā)電機示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的剖視示意圖；[0035]圖3為本發(fā)明外層繞組轉(zhuǎn)子單側(cè)外層轉(zhuǎn)子風葉裝置示意圖，圖中只畫兩個風葉裝置；
[0036]圖4為本發(fā)明內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置示意圖，圖中少畫了部分風葉裝置；
[0037]圖5為本發(fā)明實施例三小型加裝整流罩的全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機示意圖，圖中轉(zhuǎn)子部分簡化；
[0038]圖6為外層轉(zhuǎn)子輪轂和內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂剖面圖；
[0039]圖7為本發(fā)明實施例二雙支撐全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，圖中發(fā)電機部分簡化；
[0040]圖8為機翼俯視圖；
[0041]圖9為本發(fā)明實施例五繞組與外層轉(zhuǎn)子輪輞間襯有導磁體，外層繞組轉(zhuǎn)子截面示意圖，圖中其他部分省略；
[0042]圖10為內(nèi)層轉(zhuǎn)子雙磁鋼夾外層轉(zhuǎn)子繞組截面示意圖，外層轉(zhuǎn)子部分簡化，其他部分省略。
[0043]附圖中涉及的標記如下:
[0044]I風葉裝置 2發(fā)電機3風舵4回旋體支架 5外層轉(zhuǎn)子輪輞
[0045]6外層轉(zhuǎn)子繞組7整流罩8外層轉(zhuǎn)子風葉裝置9外層轉(zhuǎn)子輪輻10外層轉(zhuǎn)子輪轂
[0046]11輪軸12內(nèi) 層轉(zhuǎn)子磁鋼13內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪輞 14內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置15內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪輻
[0047]16內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂 17集電環(huán)18氣隙19軸承20導磁體
【具體實施方式】；
[0048]實施例一:
[0049]基本全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機。
[0050]見圖2、圖3、圖4、圖6、圖7及圖8，全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機包括有兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)子，即外層繞組6轉(zhuǎn)子和內(nèi)層磁鋼12轉(zhuǎn)子，外層繞組6轉(zhuǎn)子通過自己的兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置8和輪軸11上外層轉(zhuǎn)子輪轂10連接，內(nèi)層磁鋼12轉(zhuǎn)子通過自己的內(nèi)部內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置14和輪軸11上內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂16連接，兩轉(zhuǎn)子通過外層轉(zhuǎn)子輪轂10和內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂16按裝于輪軸11上，繞組6與磁鋼12間有一氣隙18。內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂16兩端各裝有軸承19套裝于外層轉(zhuǎn)子輪轂10上，外層轉(zhuǎn)子輪轂10兩端各裝有軸承19，輪軸11 一端固定在回轉(zhuǎn)體支架4上。集電環(huán)17按裝在靠近回轉(zhuǎn)體支架4的輪軸11上，風舵3按裝于回轉(zhuǎn)體支架4的一端，與輪軸持平呈飛機翼型。
[0051]實施例二:
[0052]有優(yōu)化整流罩的全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機。
[0053]見圖2、圖3、圖4、圖6及圖5,全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機應用于小型化時,可以將外層轉(zhuǎn)子一邊的整流罩7做成擴散形或集中形，其他部分與例一或例二相同。按裝整流罩7后的全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，它的適用風速更加低，適用范圍也更加廣泛。[0054]實施例三；
[0055]有導磁體的全轉(zhuǎn)子風力發(fā)電機。
[0056]見圖9，繞組6與外層轉(zhuǎn)子輪輞5之間襯有導磁體20，其他部分相同于以上任意一例。
[0057]實施例四:
[0058]雙磁鋼全轉(zhuǎn)子風力發(fā)電機。
[0059]見圖10，內(nèi)層轉(zhuǎn)子雙磁鋼12夾外層轉(zhuǎn)子繞組6，雙磁鋼12分別在繞組6的兩邊，雙磁鋼S-N極相對，其他部分相同于以上任意一例。
[0060]上述僅是本發(fā)明的部分實施例，本發(fā)明技術(shù)方案下的實施形式是多樣的，在外層轉(zhuǎn)子的外面還可以再增加一些短葉片，還可以引入控制器控制發(fā)電量，控制轉(zhuǎn)速。
【權(quán)利要求】
1.全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，包括有外層繞組轉(zhuǎn)子，內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子，繞組與磁鋼間有一氣隙，其特征是: 所述外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子是徑向外內(nèi)按裝，它們的旋轉(zhuǎn)方向相反； 所述外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子也可以是軸向并列按裝，但它們的旋轉(zhuǎn)方向相反； 所述外層繞組轉(zhuǎn)子與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子可以互調(diào)位置，它們的旋轉(zhuǎn)方向相反；所述外層繞組轉(zhuǎn)子通過自己的兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上外層轉(zhuǎn)子輪轂連接；所述內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子通過自己的內(nèi)部內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置和輪軸上內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂連接；所述內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子采用自行車輪輪輻支撐結(jié)構(gòu)，風葉固定在兩側(cè)輪輻斜對的兩個輪輻上，風葉與輪輻集成為內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置，所述內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置自然形成一定的扭角；所述外層繞組轉(zhuǎn)子采用自行車輪輪輻支撐結(jié)構(gòu)的單側(cè)進行雙排雙側(cè)支撐結(jié)構(gòu)，每側(cè)的風葉固定在雙排輪輻斜對的兩個輪輻上，風葉與輪輻集成為外層轉(zhuǎn)子風葉裝置，所述外層轉(zhuǎn)子風葉裝置自然形成一定的扭角； 所述外層繞組轉(zhuǎn)子兩邊外層轉(zhuǎn)子風葉裝置與內(nèi)層磁鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)層轉(zhuǎn)子風葉裝置扭角相反； 所述外層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在輪軸上，內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在外層轉(zhuǎn)子輪轂中間部位，輪軸一端或兩端直接固定于支撐架上； 所述外層轉(zhuǎn)子輪轂也可以通過鍵銷固定在輪軸上，內(nèi)層轉(zhuǎn)子輪轂通過軸承套裝在輪軸上，輪軸一端或兩端通過軸承按裝于支撐架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，其特征是所述外層轉(zhuǎn)子繞組由工程塑料固定于外層轉(zhuǎn)子輪輞內(nèi)側(cè)凹槽中，凹槽深度等于內(nèi)層轉(zhuǎn)子厚度，寬度略大于內(nèi)層轉(zhuǎn)子磁鋼，轉(zhuǎn)子磁鋼在凹槽中運轉(zhuǎn)，兩轉(zhuǎn)子按裝好以后的組合體正好形成軸向流線型形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，其特征是所述內(nèi)層轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)相同于傳統(tǒng)發(fā)電機，或雙磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，其特征是所述風葉裝置至少四十片以上，兩邊風葉寬度約為內(nèi)部風葉寬度的二分之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述全轉(zhuǎn)子直驅(qū)風力發(fā)電機，其特征是所述風葉裝置為輕質(zhì)薄型結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】F03D1/06GK103590976SQ201210288347
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】張金官 申請人:張金官