倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)電機，具體設(shè)及倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電機，無論是水平軸還是垂直軸，無論大型機還是小型機，其發(fā)電效率都與 轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。風(fēng)力機轉(zhuǎn)速一般只有幾轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)，因而大型機為了提高轉(zhuǎn)速，采用齒輪增 速裝置。小型機由于考慮成本而無法采用復(fù)雜的齒輪增速裝置。本發(fā)明是針對垂直軸風(fēng)力 發(fā)電機設(shè)計不用齒輪增速裝置而提高轉(zhuǎn)速的一種新型風(fēng)力發(fā)電機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了提供一種通過利用兩個方向相反的風(fēng)力機，實現(xiàn)提高發(fā)電機 轉(zhuǎn)速的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機及其制造方法。
[0004] 為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括旋轉(zhuǎn)方向相反的第一風(fēng)力機和第二風(fēng)力機，所述 第一風(fēng)力機和所述第二風(fēng)力機葉片的安裝方向相反，保證了所述第一風(fēng)力機和所述第二風(fēng) 力機的轉(zhuǎn)向相反;所述第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿套裝于第一風(fēng)力機的第一回轉(zhuǎn)桿內(nèi)，實現(xiàn) 第二回轉(zhuǎn)桿相對于第一回轉(zhuǎn)桿相對運動，固定桿通過軸承設(shè)在第二回轉(zhuǎn)桿內(nèi)實現(xiàn)第二回轉(zhuǎn) 桿相對于固定桿旋轉(zhuǎn)，固定桿的一端固定，另一端與集電環(huán)固連，發(fā)電機內(nèi)轉(zhuǎn)子的電源輸出 線與集電環(huán)連接，由于集電環(huán)允許固定位置和旋轉(zhuǎn)位置之間的電源傳輸，避免了導(dǎo)線纏繞。
[0006] 采用永磁盤式發(fā)電機或其他類型的發(fā)電機與兩個風(fēng)力機進行配合，本發(fā)明W盤式 電機為例進行說明，由兩個風(fēng)力機分別帶動轉(zhuǎn)子電樞盤和勵磁磁鐵盤相向旋轉(zhuǎn)。
[0007] 第一回轉(zhuǎn)桿與發(fā)電機外殼連接，勵磁磁鐵固定在發(fā)電機外殼上，通過葉片不同的 安裝布置使兩個風(fēng)力機的旋轉(zhuǎn)方向相反，使得第一風(fēng)力機相對于第二風(fēng)力機來說正好是兩 者轉(zhuǎn)速之和，第一風(fēng)力機帶動發(fā)電機殼旋轉(zhuǎn)亦即帶動勵磁磁鐵旋轉(zhuǎn)，第二風(fēng)力機帶動轉(zhuǎn)子 電樞盤旋轉(zhuǎn)，提高了兩個風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。
[000引進一步地，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)子為電樞盤，定子為勵磁磁鐵。
[0009] 進一步地，所述電樞盤與設(shè)于所述固定桿端部的集電環(huán)通過導(dǎo)線連接。
[0010] 進一步地，所述轉(zhuǎn)子電樞盤與所述第二回轉(zhuǎn)桿連接并相互垂直設(shè)置。
[0011] 進一步地，所述電機上下端蓋各設(shè)有勵磁磁鐵，磁鐵與電樞盤間隔設(shè)定的距離。
[0012] 進一步地，所述發(fā)電機上下端蓋上的勵磁磁鐵，磁鐵固定在發(fā)電機上下端蓋上，磁 鐵與電樞盤間隔設(shè)定的距離。
[0013] 進一步地，所述第一回轉(zhuǎn)桿通過軸承固定于所述第二回轉(zhuǎn)桿的外部。
[0014] 進一步地，所述第一風(fēng)力機和第二風(fēng)力機的葉片數(shù)量相同。
[0015] 進一步地，所述第二回轉(zhuǎn)桿的頂部穿過第一回轉(zhuǎn)桿的頂部。
[0016] 所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的制造方法，具體步驟如下：
[0017] 1)在第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿的下半段外圍對稱布置若干個葉片；
[0018] 2)將固定桿的底部固定，頂部固定集電環(huán)，并套裝在第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿內(nèi)；
[0019] 3)在第一風(fēng)力機的第一回轉(zhuǎn)桿的外圍對稱布置若干個葉片；
[0020] 4)將第二回轉(zhuǎn)桿的上半段穿過第一回轉(zhuǎn)桿的中屯、；
[0021] 5)在第二回轉(zhuǎn)桿的外側(cè)固定轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過輸出線與集電環(huán)連接；
[0022] 6)固定發(fā)電機的外殼，使得轉(zhuǎn)子的位置設(shè)在上下磁鐵之間。
[0023] 進一步地，所述步驟1)和步驟3)能同時進行，或者步驟1)和步驟3)的順序可更換。
[0024] 本發(fā)明的工作原理是：
[0025] 根據(jù)發(fā)電機基本公式可推導(dǎo)出功率P的公式：
[0026] P=mEJ。
[0027] m-相數(shù)。電動勢馬和電流V分別為：
[0030] 其中，kd為繞組因數(shù)，kp為節(jié)距因數(shù)，Nc為每相線圈應(yīng)數(shù)，f是盤式電機額定頻率，
[0031] P為電機極對數(shù)，η為電機轉(zhuǎn)速，Βν為氣隙磁通最大值，Sc為線圈的面積。
[0032]
[0033] 其中K為電機結(jié)構(gòu)系數(shù)，由W上公式可知，發(fā)電機輸出功率與發(fā)電機轉(zhuǎn)速平方成正 比關(guān)系。
[0034] 由兩個風(fēng)力機分別帶動轉(zhuǎn)子電樞盤和勵磁磁鐵盤相對旋轉(zhuǎn)，兩個風(fēng)力機由于旋轉(zhuǎn) 方向相向，相對轉(zhuǎn)速增加1倍，從而發(fā)電機切割磁力線的速度得到了增加，發(fā)電機的發(fā)電量 隨著相對轉(zhuǎn)速的增加而增加，同時提高了發(fā)電效率。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 1)通過上下設(shè)置的兩個風(fēng)力機，一個風(fēng)力機帶動電樞盤旋轉(zhuǎn)，另一個風(fēng)力機帶動 磁鐵沿另一個方向旋轉(zhuǎn)，充分利用了勵磁磁鐵與電樞盤的相對運動而提高了發(fā)電機的轉(zhuǎn) 速。
[0037] 2)整個發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，不需要同步反向機構(gòu)，平衡了扭矩，提高了發(fā)電機的轉(zhuǎn) 速，進而提高了發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖2是第一風(fēng)力機的俯視圖；
[0040]圖3是第二風(fēng)力機的俯視圖；
[0041] 其中：1.第一風(fēng)力機2.第一回轉(zhuǎn)桿3.第二回轉(zhuǎn)桿4.發(fā)電機外殼5.電樞盤6. 磁鐵7.第二風(fēng)力機8.固定桿9.集電環(huán)10.第一風(fēng)力機葉片，11.第二風(fēng)力機葉片。
【具體實施方式】
[0042] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整的描述。
[0043] W采用永磁盤式發(fā)電機為例，配合兩個軸向相反的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)向 相反的豎直設(shè)置的、能水平方向旋轉(zhuǎn)的第一風(fēng)力機1和第二風(fēng)力機7,所述第二風(fēng)力機7的第 二回轉(zhuǎn)桿3套裝于第一風(fēng)力機1的第一回轉(zhuǎn)桿2內(nèi)，固定桿8通過底部法蘭固連后固定不動， 通過軸承與第二回轉(zhuǎn)桿3連接，固定桿8的一端設(shè)有集電環(huán)9,集電環(huán)9通過導(dǎo)線與電樞盤5連 接，第二回轉(zhuǎn)桿3與第二風(fēng)力機7通過輪臂固連在一起;電樞盤5與第二回轉(zhuǎn)桿3固連在一起； 在所述電樞盤5對立的兩側(cè)面上各設(shè)有磁鐵6,磁鐵6與電樞盤5間隔設(shè)定的距離;所述磁鐵6 設(shè)在發(fā)電機外殼4上，發(fā)電機外殼4與所述第一風(fēng)力機1固定，實現(xiàn)電樞盤5和磁鐵6由兩個風(fēng) 力機分別帶動;兩個風(fēng)力機的方向相反，使得第一風(fēng)力機1相對于第二風(fēng)力機7來說正好是 兩者轉(zhuǎn)速之和，提高了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。
[0044] 所述電樞盤5與所述第二回轉(zhuǎn)桿3連接并垂直設(shè)置，所述第一風(fēng)力機1和第二風(fēng)力 機7的葉片數(shù)量相同，各有Ξ個(或多個)葉片，第一風(fēng)力機葉片10和第二風(fēng)力機葉片11的橫 截面為采用了翼型的葉片，一邊厚一邊薄并且逐漸過渡。
[0045] 第一回轉(zhuǎn)桿2與第一風(fēng)力機1通過輪臂固連在一起，同時第一回轉(zhuǎn)桿2與發(fā)電機外 殼4連接在一起，如圖1所示的結(jié)構(gòu)是發(fā)電機在兩個風(fēng)力機的中間，運種結(jié)構(gòu)簡潔;因固定桿 8的底部固定，第二回轉(zhuǎn)桿3貫通整個風(fēng)力發(fā)電機的整體，保證了整個風(fēng)力發(fā)電機的穩(wěn)定性， 第一風(fēng)力機1和所述第二風(fēng)力機7葉片的安裝方向相反，保證了所述第一風(fēng)力機1和所述第 二風(fēng)力機7的轉(zhuǎn)向相反;此外，發(fā)電機也可W安裝在兩個風(fēng)力機的下面或者兩個風(fēng)力機的上 面，利用兩個轉(zhuǎn)向相向的風(fēng)力機提高轉(zhuǎn)速的原理是一樣的；磁鐵6固定在發(fā)電機外殼4的上 下兩面，第一風(fēng)力機1通過第一回轉(zhuǎn)桿2內(nèi)部的軸承與第二回轉(zhuǎn)桿3相連。
[0046] 當(dāng)受到來風(fēng)時，如果葉片如圖2、圖3安裝，從新式風(fēng)力機上部觀察，第一風(fēng)力機1受 風(fēng)圍繞第二回轉(zhuǎn)桿3順時針回轉(zhuǎn)，第二風(fēng)力機7受風(fēng)作用圍繞固定桿8逆時針回轉(zhuǎn)。電樞盤發(fā) 出的Ξ相電通過集電環(huán)9輸出。
[0047] 倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的制造方法，具體步驟如下：
[0048] 1)在第二風(fēng)力機7的第二回轉(zhuǎn)桿3的下半段外圍對稱布置若干個葉片；
[0049] 2)將固定桿8的底部固定，頂部固定集電環(huán)9,并套裝在第二風(fēng)力機7的第二回轉(zhuǎn)桿 3內(nèi)；
[0050] 3)在第一風(fēng)力機1的第一回轉(zhuǎn)桿2的外圍對稱布置若干個葉片；
[0051] 4)將第二回轉(zhuǎn)桿3的上半段穿過第一回轉(zhuǎn)桿2的中屯、；
[0052] 5)在第二回轉(zhuǎn)桿3的外側(cè)固定電樞盤，電樞盤通過導(dǎo)線與集電環(huán)9連接；
[0053] 6)固定發(fā)電機的外殼4,使得電樞盤5的位置設(shè)在上下勵磁磁鐵6之間。
[0054] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，包括旋轉(zhuǎn)方向相反的第一風(fēng)力機和第二風(fēng) 力機，所述第一風(fēng)力機和所述第二風(fēng)力機葉片的安裝方向相反;第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿 套裝于第一風(fēng)力機的第一回轉(zhuǎn)桿內(nèi)，實現(xiàn)第二回轉(zhuǎn)桿相對于第一回轉(zhuǎn)桿相對運動，固定桿 通過軸承設(shè)在第二回轉(zhuǎn)桿內(nèi)實現(xiàn)第二回轉(zhuǎn)桿相對于固定桿旋轉(zhuǎn)，固定桿的一端固定，另一 端與集電環(huán)固連，發(fā)電機內(nèi)轉(zhuǎn)子的電源輸出線與集電環(huán)連接。2. 如權(quán)利要求1所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)子為電 樞盤，定子為勵磁磁鐵。3. 如權(quán)利要求2所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述電樞盤與設(shè)于所述 固定桿端部的集電環(huán)連接。4. 如權(quán)利要求1或3所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子與所述第 二回轉(zhuǎn)桿連接并相互垂直設(shè)置。5. 如權(quán)利要求2所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述電機上下端蓋各設(shè) 有勵磁磁鐵，磁鐵與電樞盤間隔設(shè)定的距離。6. 如權(quán)利要求5所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述第一回轉(zhuǎn)桿通過軸 承固定于所述第二回轉(zhuǎn)桿的外部。7. 如權(quán)利要求1-3中任一項所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述第一風(fēng) 力機和第二風(fēng)力機的葉片數(shù)量相同。8. 如權(quán)利要求1所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于，所述第二回轉(zhuǎn)桿的頂部 穿過第一回轉(zhuǎn)桿的頂部。9. 如權(quán)利要求1-8中任一項所述的倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的制造方法，其特征在于， 具體步驟如下： 1) 在第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿的下半段外圍對稱布置若干個葉片； 2) 將固定桿的底部固定，頂部固定集電環(huán)，并套裝在第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿內(nèi)； 3) 在第一風(fēng)力機的第一回轉(zhuǎn)桿的外圍對稱布置若干個葉片； 4) 將第二回轉(zhuǎn)桿的上半段穿過第一回轉(zhuǎn)桿的中心； 5) 在第二回轉(zhuǎn)桿的外側(cè)固定轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過輸出線與集電環(huán)連接； 6) 固定發(fā)電機的外殼，使得轉(zhuǎn)子的位置設(shè)在上下磁鐵之間。10. 如權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步驟1)和步驟3)能同時進行，或者 步驟1)和步驟3)的順序可更換。
【專利摘要】本發(fā)明公開了倍轉(zhuǎn)速垂直軸風(fēng)力發(fā)電機及其制造方法，包括旋轉(zhuǎn)方向相反的第一風(fēng)力機和第二風(fēng)力機，所述第一風(fēng)力機和所述第二風(fēng)力機葉片的安裝方向相反，保證了第一風(fēng)力機和第二風(fēng)力機的轉(zhuǎn)向相反；第二風(fēng)力機的第二回轉(zhuǎn)桿套裝于第一風(fēng)力機的第一回轉(zhuǎn)桿內(nèi)，實現(xiàn)第二回轉(zhuǎn)桿相對于第一回轉(zhuǎn)桿相對運動，固定桿通過軸承設(shè)在第二回轉(zhuǎn)桿內(nèi)實現(xiàn)第二回轉(zhuǎn)桿相對于固定桿旋轉(zhuǎn)，固定桿的一端固定，另一端與集電環(huán)固連，發(fā)電機內(nèi)轉(zhuǎn)子的電源輸出線與集電環(huán)連接；本發(fā)明通過上下設(shè)置的兩個風(fēng)力機，一個風(fēng)力機帶動電樞盤旋轉(zhuǎn)，另一個風(fēng)力機帶動磁鐵沿另一個方向旋轉(zhuǎn)，充分利用了勵磁磁鐵與電樞盤的相對運動而提高了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速；整個發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，效率高。
【IPC分類】F03D9/25
【公開號】CN105569926
【申請?zhí)枴緾N201610024049
【發(fā)明人】劉淑琴, 邊忠國, 張川
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月14日