專利名稱：互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請涉及一種節(jié)能減耗的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是一種采用互為逆向轉(zhuǎn)動的雙風(fēng)葉，并且采用全永磁懸浮技術(shù)收集風(fēng)能的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于清潔發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高能效電機(jī)是節(jié)能的“根”，推廣清潔發(fā)電更是節(jié)能的關(guān)鍵。地球上的風(fēng)能資源非常豐富，開發(fā)潛力巨大，可利用的風(fēng)能資源達(dá)到200億千瓦，是地球上可利用的水能20倍， 風(fēng)能也是可再生的清潔能源，不會污染環(huán)境，全球已有不少于70個國家在利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能的主要利用形式，近年來，風(fēng)電裝機(jī)容量增長迅猛。到2008年底，全球風(fēng)電累計裝機(jī)總量已超過12080萬千瓦，中國風(fēng)電累計裝機(jī)總量突破1300萬千瓦。從2003年到2008年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長累計裝機(jī)容量從 2003年末的56. 7萬千瓦增加到了 2008年末的1324. 22萬千瓦，增加了 22. 3倍；年新增裝機(jī)容量從2003年的9. 8萬千瓦增加到了 2008年的719. 02萬千瓦，增加了 72. 4倍。盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)多種多樣，但歸納起來可分為兩類1、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；2、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)向改變的時候無需對風(fēng)，在這點上相對于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一大優(yōu)勢， 它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，而且也減少了風(fēng)輪對風(fēng)時的陀螺力。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(vertical axis wind turbine VAWT)從分類來說，主要分為阻力型和升力型。阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動力的，而升力型則是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動力的。由于葉片在旋轉(zhuǎn)過程中， 隨著轉(zhuǎn)速的增加阻力急劇減小，而升力反而會增大，所以升力型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率要比阻力型的高很多。現(xiàn)有的垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)是由風(fēng)輪通過聯(lián)動軸帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求啟動速度高，要求風(fēng)速在5米每秒以上才可啟動，風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率低，穩(wěn)定性差。另一種是風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動軸相連發(fā)電，但是這種電機(jī)在低速時，發(fā)電機(jī)效率低，不能滿足發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出要求，風(fēng)能利用率低。風(fēng)力發(fā)電的效率與風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速有關(guān)，旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的輸出功率一般可以由下式描述發(fā)電機(jī)的發(fā)電電動勢關(guān)系
ε =( 二分之根號2) NBS ω。其中，ε為發(fā)電的電動勢，N為線圈匝數(shù)，B為磁感，S為線圈面積，ω為線圈轉(zhuǎn)動的角速度(反映線圈的轉(zhuǎn)速)。從中可以推斷，轉(zhuǎn)速提高一倍，發(fā)電及產(chǎn)能也要增大一倍。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的缺陷，本發(fā)明提供一種風(fēng)能收集利用率高、微風(fēng)啟動、采用全永磁懸浮技術(shù)，而且轉(zhuǎn)速高的互為逆向轉(zhuǎn)動的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
3
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明申請采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括立桿和位于立桿頂端的葉片組、連接梁和發(fā)電機(jī)，其中，立桿與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，兩組風(fēng)葉的受力方向相反，每組都具有多個風(fēng)葉，一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，另一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子與地面垂直。進(jìn)一步，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過全永磁懸浮軸承實現(xiàn)支撐。所謂的全永磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。其原理是磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉(zhuǎn)子懸空在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。與傳統(tǒng)的滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實上只是一種輔助功能，并非是獨立的軸承形式，具體應(yīng)用還得配合其它的軸承形式，例如磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等。全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以大大提高風(fēng)能發(fā)電量，做到了 “輕風(fēng)起動，微風(fēng)發(fā)電”， 使啟動風(fēng)速降至為1. 5m/s以下，切入風(fēng)速為3m/s。根據(jù)測算，在占我國面積68%、平均風(fēng)速彡3m/s的風(fēng)能可利用區(qū)和較豐富區(qū)，比傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可增加年發(fā)電時間1000小時/年。進(jìn)一步，所述的葉片組的多個風(fēng)葉為板式葉片，與地面垂直。更進(jìn)一步，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括制動手柄，所述的制動手柄位于立桿的下方， 用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制動。更進(jìn)一步，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了降低電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，微風(fēng)啟動，發(fā)電效率增加，電機(jī)的外殼材料將用玻璃鋼材質(zhì)取代普通鋼材制造，玻璃鋼的密度是鐵的20%，采用玻璃鋼將可減輕電機(jī)重量80%可達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊合理、精度高、故障率低、使用壽命長、制造費(fèi)用低的目的。更進(jìn)一步，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括整流器、逆變器，分別連接在發(fā)電機(jī)與負(fù)載之間。整流器是一個將交流(AC)轉(zhuǎn)化為直流(DC)的裝置，它有兩個主要功能第一，將交流電(AC)變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓，因此，它同時又起到一個充電器的作用。逆變器(inverter)是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)化為交流電(AC)的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行存儲，并轉(zhuǎn)化為交流電供負(fù)載使用。將風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶有磁鐵的法蘭盤(定子)與發(fā)電線圈盤(轉(zhuǎn)子)分別裝在上下不同的互為逆轉(zhuǎn)的風(fēng)葉上，定子與轉(zhuǎn)子的相對速度將是上下互為逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動速度之和。由于轉(zhuǎn)動速度的增加，電機(jī)的輸出功率也增加，如轉(zhuǎn)速提高一倍，發(fā)電增大一倍。 發(fā)電機(jī)盤的上、下安裝浮力式螺旋狀的風(fēng)葉，上風(fēng)葉與電機(jī)法蘭盤外殼固定為一體，下風(fēng)葉與發(fā)電線圈盤固定為一體。上，下風(fēng)葉與固定在各自的空心套軸上為一整體，在軸套內(nèi)有軸承與中心軸連接，當(dāng)有微風(fēng)吹動時，上風(fēng)葉帶動帶有磁鐵的法蘭盤，下風(fēng)葉帶動線圈逆向轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子切割磁場增加，導(dǎo)致發(fā)電流增加。
本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具有以下的優(yōu)點；
1、完全消除了垂直軸風(fēng)機(jī)軸承的摩擦問題，大大降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件的耗損狀況，同時提高了風(fēng)能向電能的收集與轉(zhuǎn)化效率，達(dá)到最大利用風(fēng)能提高產(chǎn)能的目的；
2、它普遍適用于風(fēng)能條件好，遠(yuǎn)離電網(wǎng)，或電網(wǎng)不正常的地區(qū)，供給照明、電視機(jī)、探照燈、放像、通訊設(shè)備和系統(tǒng)本身所需；
3、低風(fēng)速啟動，無噪音，為靜音式風(fēng)力發(fā)電機(jī)；
4、比同類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率高于10-30%。
圖1是本發(fā)明申請一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明申請另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明申請另一個實施例的葉片組的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，1為立桿、2為連接梁、31為上葉片組、32為下葉片組、41為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、42為發(fā)電機(jī)的定子、5為制動手柄、6為整流器、7為逆變器、8為負(fù)載。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行描述，目的是為了公眾更好的理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而不是對所述技術(shù)內(nèi)容的限制，在以與本發(fā)明相同或近似的原理，對所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)作出的改進(jìn)，包括對相應(yīng)結(jié)構(gòu)的增減和替換，對各部分結(jié)構(gòu)大小、形狀、質(zhì)地的改變，都在本發(fā)明申請所要求保護(hù)的技術(shù)方案之內(nèi)。實施例一
如圖1所示，本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 包括立桿1和位于立桿1頂端的葉片組、連接梁和發(fā)電機(jī)，其中，立桿1與地面垂直，葉片組分為上葉片組31和下葉片組32，每組都具有多個風(fēng)葉，優(yōu)選的，風(fēng)葉采取立式葉片結(jié)構(gòu)，具有較大的受風(fēng)面積，在本實施例中，上葉片組31的風(fēng)葉通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子41， 下葉片組32的風(fēng)葉通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的定子42，轉(zhuǎn)子41與地面垂直，構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直，因此為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步的，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過磁懸浮軸承實現(xiàn)支撐，以達(dá)到降低摩擦力的作用，還可以在立桿1下部安裝制動手柄5，用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制動。當(dāng)然，上、下組葉片組與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的連接，并不限于本實施例中所描述的，事實上，上葉片組31的風(fēng)葉也可以通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的定子42，下葉片組32的風(fēng)葉也可以通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子41。實施例二
如圖2所示，本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 包括立桿1和位于立桿1頂端的葉片組、連接梁和發(fā)電機(jī)，其中，立桿1與地面垂直，葉片組分為上葉片組31和下葉片組32，每組都具有多個風(fēng)葉，優(yōu)選的，風(fēng)葉采取立式葉片結(jié)構(gòu)，具有較大的受風(fēng)面積，在本實施例中，上葉片組31的風(fēng)葉通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子41，
5下葉片組32的風(fēng)葉通過連接梁2連接發(fā)電機(jī)的定子42，轉(zhuǎn)子41與地面垂直，構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直，因此為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步的，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過磁懸浮軸承實現(xiàn)支撐，以達(dá)到降低摩擦力的作用，還可以在立桿1下部安裝制動手柄5，用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制動。進(jìn)一步，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括整流器、逆變器，分別連接在發(fā)電機(jī)與負(fù)載之間；整流器是一個將交流(AC)轉(zhuǎn)化為直流(DC)的裝置，它有兩個主要功能第一，將交流電(AC)變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓，因此，它同時又起到一個充電器的作用；逆變器(inverter)是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)化為交流電(AC)的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行存儲，并轉(zhuǎn)化為交流電供負(fù)載使用。如圖3所示，在本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，上葉片組31連接在轉(zhuǎn)子41，下葉片組32連接在定子42，由于上、下葉片組的方向排布相反，接收風(fēng)力的受力面不同，造成上、下葉片組在相同風(fēng)向(圖中直線箭頭)下，其各自的轉(zhuǎn)動方向相反(弧線箭頭)，提高了發(fā)電機(jī)的產(chǎn)能效率。本發(fā)明申請所述的互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，消除了垂直軸風(fēng)機(jī)軸承的摩擦問題，大大降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件的耗損情況，同時提高了風(fēng)能向電能的收集與轉(zhuǎn)化效率，達(dá)到最大利用風(fēng)能提高產(chǎn)能的目的。
權(quán)利要求
1.一種互為逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括立桿和位于立桿頂端的葉片組、連接梁和發(fā)電機(jī)，其特征在于立桿與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，兩組風(fēng)葉的受力方向相反，每組都具有多個風(fēng)葉，一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，另一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子與地面垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過全永磁懸浮軸承實現(xiàn)支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的葉片組的多個風(fēng)葉為板式葉片，與地面垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括制動手柄，所述的制動手柄位于立桿的下方，用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括整流器、 逆變器，分別連接在發(fā)電機(jī)與負(fù)載之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述電機(jī)定子的外殼材料為玻璃鋼材質(zhì)，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，微風(fēng)啟動，發(fā)電效率增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述上葉片組和下葉片組的風(fēng)葉數(shù)目為三個以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述上葉片組和下葉片組的風(fēng)葉數(shù)目為奇數(shù)個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于上葉片組與電機(jī)法蘭盤外殼固定為一體，下葉片組與發(fā)電線圈盤固定為一體，上，下葉片組與固定在各自的空心套軸上為一整體，在軸套內(nèi)有軸承與中心軸連接，當(dāng)有微風(fēng)吹動時，上葉片組帶動帶有磁鐵的法蘭盤， 下葉片組帶動線圈逆向轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子切割磁場增加，導(dǎo)致發(fā)電流增加。
全文摘要
本發(fā)明申請?zhí)峁┮环N逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括立桿和位于立桿頂端的葉片組、連接梁和發(fā)電機(jī)，其中，立桿與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，每組都具有多個風(fēng)葉，一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，另一組葉片組的風(fēng)葉通過連接梁連接發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子與地面垂直，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過磁懸浮軸承實現(xiàn)支撐。所述的逆向轉(zhuǎn)動雙風(fēng)葉全永磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，消除了垂直軸風(fēng)機(jī)軸承的摩擦問題，大大降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件的耗損狀況，同時提高了風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化效率，達(dá)到最大利用風(fēng)能、提高產(chǎn)能的目的。
文檔編號F16C32/04GK102392789SQ20111021375
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者錢峻 申請人:深圳市耐沃克科技有限公司