互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機的製作方法
2024-03-20 08:36:05
專利名稱：互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明申請涉及一種節能減耗的風力發電機，尤其是一種採用互為逆向轉動的雙風葉，並且採用全永磁懸浮技術收集風能的垂直軸風力發電機，屬於清潔發電設備技術領域。
背景技術：
高能效電機是節能的「根」，推廣清潔發電更是節能的關鍵。地球上的風能資源非常豐富，開發潛力巨大，可利用的風能資源達到200億千瓦，是地球上可利用的水能20倍， 風能也是可再生的清潔能源，不會汙染環境，全球已有不少於70個國家在利用風能，風力發電是風能的主要利用形式，近年來，風電裝機容量增長迅猛。到2008年底，全球風電累計裝機總量已超過12080萬千瓦，中國風電累計裝機總量突破1300萬千瓦。從2003年到2008年，中國風電裝機容量快速增長累計裝機容量從 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。儘管風力發電機多種多樣，但歸納起來可分為兩類1、水平軸風力發電機，風輪的旋轉軸與風向平行；2、垂直軸風力發電機，風輪的旋轉軸垂直於地面或者氣流方向。垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風，在這點上相對於水平軸風力發電機是一大優勢， 它不僅使結構設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。垂直軸風力發電機(vertical axis wind turbine VAWT)從分類來說，主要分為阻力型和升力型。阻力型垂直軸風力發電機主要是利用空氣流過葉片產生的阻力作為驅動力的，而升力型則是利用空氣流過葉片產生的升力作為驅動力的。由於葉片在旋轉過程中， 隨著轉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力發電機的效率要比阻力型的高很多。現有的垂直風力發電機是由風輪通過聯動軸帶動發電機發電，這種風力發電機要求啟動速度高，要求風速在5米每秒以上才可啟動，風力發電機效率低，穩定性差。另一種是風輪與發電機轉動軸相連發電，但是這種電機在低速時，發電機效率低，不能滿足發電機發電輸出要求，風能利用率低。風力發電的效率與風輪的轉速有關，旋轉發電機的輸出功率一般可以由下式描述發電機的發電電動勢關係
ε =( 二分之根號2) NBS ω。其中，ε為發電的電動勢，N為線圈匝數，B為磁感，S為線圈面積，ω為線圈轉動的角速度(反映線圈的轉速)。從中可以推斷，轉速提高一倍，發電及產能也要增大一倍。
發明內容
為了解決現有垂直風力發電機的缺陷，本發明提供一種風能收集利用率高、微風啟動、採用全永磁懸浮技術，而且轉速高的互為逆向轉動的垂直軸風力發電機。
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為了達到上述目的，本發明申請採用的技術方案是
本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，包括立杆和位於立杆頂端的葉片組、連接梁和發電機，其中，立杆與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，兩組風葉的受力方向相反，每組都具有多個風葉，一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的轉子，另一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的定子，轉子與地面垂直。進一步，所述的發電機轉子通過全永磁懸浮軸承實現支撐。所謂的全永磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用將轉子懸浮於空中，使轉子與定子之間沒有機械接觸。其原理是磁感應線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉子的重量就固定在運轉的軌道上，利用幾乎是無負載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉子懸空在固定運轉軌道上。與傳統的滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉子可以運行到很高的轉速，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油汙染等優點，特別適用於高速、真空、超淨等特殊環境中。磁懸浮事實上只是一種輔助功能，並非是獨立的軸承形式，具體應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。全永磁懸浮風力發電機可以大大提高風能發電量，做到了 「輕風起動，微風發電」， 使啟動風速降至為1. 5m/s以下，切入風速為3m/s。根據測算，在佔我國面積68%、平均風速彡3m/s的風能可利用區和較豐富區，比傳統風力發電機可增加年發電時間1000小時/年。進一步，所述的葉片組的多個風葉為板式葉片，與地面垂直。更進一步，所述的風力發電機還包括制動手柄，所述的制動手柄位於立杆的下方， 用於發電機轉子的制動。更進一步，所述的風力發電機，為了降低電機的轉動慣量，微風啟動，發電效率增加，電機的外殼材料將用玻璃鋼材質取代普通鋼材製造，玻璃鋼的密度是鐵的20%，採用玻璃鋼將可減輕電機重量80%可達到結構緊湊合理、精度高、故障率低、使用壽命長、製造費用低的目的。更進一步，所述的風力發電機還包括整流器、逆變器，分別連接在發電機與負載之間。整流器是一個將交流(AC)轉化為直流(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)，經濾波後供給負載，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，用於將風能轉化的電能進行存儲，並轉化為交流電供負載使用。將風力發電機帶有磁鐵的法蘭盤(定子)與發電線圈盤(轉子)分別裝在上下不同的互為逆轉的風葉上，定子與轉子的相對速度將是上下互為逆轉的轉動速度之和。由於轉動速度的增加，電機的輸出功率也增加，如轉速提高一倍，發電增大一倍。 發電機盤的上、下安裝浮力式螺旋狀的風葉，上風葉與電機法蘭盤外殼固定為一體，下風葉與發電線圈盤固定為一體。上，下風葉與固定在各自的空心套軸上為一整體，在軸套內有軸承與中心軸連接，當有微風吹動時，上風葉帶動帶有磁鐵的法蘭盤，下風葉帶動線圈逆向轉動，發電機定子與轉子切割磁場增加，導致發電流增加。
本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，具有以下的優點；
1、完全消除了垂直軸風機軸承的摩擦問題，大大降低風力發電機部件的耗損狀況，同時提高了風能向電能的收集與轉化效率，達到最大利用風能提高產能的目的；
2、它普遍適用於風能條件好，遠離電網，或電網不正常的地區，供給照明、電視機、探照燈、放像、通訊設備和系統本身所需；
3、低風速啟動，無噪音，為靜音式風力發電機；
4、比同類型風力發電機效率高於10-30%。
圖1是本發明申請一個實施例的結構示意圖； 圖2是本發明申請另一個實施例的結構示意圖3是本發明申請另一個實施例的葉片組的剖面結構示意圖； 其中，1為立杆、2為連接梁、31為上葉片組、32為下葉片組、41為發電機的轉子、42為發電機的定子、5為制動手柄、6為整流器、7為逆變器、8為負載。
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機進行描述，目的是為了公眾更好的理解本發明的技術內容，而不是對所述技術內容的限制，在以與本發明相同或近似的原理，對所述風力發電機作出的改進，包括對相應結構的增減和替換，對各部分結構大小、形狀、質地的改變，都在本發明申請所要求保護的技術方案之內。實施例一
如圖1所示，本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機， 包括立杆1和位於立杆1頂端的葉片組、連接梁和發電機，其中，立杆1與地面垂直，葉片組分為上葉片組31和下葉片組32，每組都具有多個風葉，優選的，風葉採取立式葉片結構，具有較大的受風面積，在本實施例中，上葉片組31的風葉通過連接梁2連接發電機的轉子41， 下葉片組32的風葉通過連接梁2連接發電機的定子42，轉子41與地面垂直，構成風力發電機的轉軸，轉軸與風向垂直，因此為垂直軸風力發電機，進一步的，所述的發電機轉子通過磁懸浮軸承實現支撐，以達到降低摩擦力的作用，還可以在立杆1下部安裝制動手柄5，用於發電機轉子的制動。當然，上、下組葉片組與發電機轉子與定子的連接，並不限於本實施例中所描述的，事實上，上葉片組31的風葉也可以通過連接梁2連接發電機的定子42，下葉片組32的風葉也可以通過連接梁2連接發電機的轉子41。實施例二
如圖2所示，本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機， 包括立杆1和位於立杆1頂端的葉片組、連接梁和發電機，其中，立杆1與地面垂直，葉片組分為上葉片組31和下葉片組32，每組都具有多個風葉，優選的，風葉採取立式葉片結構，具有較大的受風面積，在本實施例中，上葉片組31的風葉通過連接梁2連接發電機的轉子41，
5下葉片組32的風葉通過連接梁2連接發電機的定子42，轉子41與地面垂直，構成風力發電機的轉軸，轉軸與風向垂直，因此為垂直軸風力發電機，進一步的，所述的發電機轉子通過磁懸浮軸承實現支撐，以達到降低摩擦力的作用，還可以在立杆1下部安裝制動手柄5，用於發電機轉子的制動。進一步，所述的風力發電機還包括整流器、逆變器，分別連接在發電機與負載之間；整流器是一個將交流(AC)轉化為直流(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)，經濾波後供給負載，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，用於將風能轉化的電能進行存儲，並轉化為交流電供負載使用。如圖3所示，在本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機中，上葉片組31連接在轉子41，下葉片組32連接在定子42，由於上、下葉片組的方向排布相反，接收風力的受力面不同，造成上、下葉片組在相同風向(圖中直線箭頭)下，其各自的轉動方向相反(弧線箭頭)，提高了發電機的產能效率。本發明申請所述的互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，消除了垂直軸風機軸承的摩擦問題，大大降低風力發電機部件的耗損情況，同時提高了風能向電能的收集與轉化效率，達到最大利用風能提高產能的目的。
權利要求
1.一種互為逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，包括立杆和位於立杆頂端的葉片組、連接梁和發電機，其特徵在於立杆與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，兩組風葉的受力方向相反，每組都具有多個風葉，一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的轉子，另一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的定子，轉子與地面垂直。
2.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述的發電機的轉子通過全永磁懸浮軸承實現支撐。
3.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述的葉片組的多個風葉為板式葉片，與地面垂直。
4.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述的風力發電機還包括制動手柄，所述的制動手柄位於立杆的下方，用於發電機轉子的制動。
5.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述的風力發電機還包括整流器、 逆變器，分別連接在發電機與負載之間。
6.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述電機定子的外殼材料為玻璃鋼材質，降低電機的轉動慣量，微風啟動，發電效率增加。
7.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述上葉片組和下葉片組的風葉數目為三個以上。
8.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於所述上葉片組和下葉片組的風葉數目為奇數個。
9.根據權利要求1所述的風力發電機，其特徵在於上葉片組與電機法蘭盤外殼固定為一體，下葉片組與發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，在軸套內有軸承與中心軸連接，當有微風吹動時，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動，發電機定子與轉子切割磁場增加，導致發電流增加。
全文摘要
本發明申請提供一種逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，包括立杆和位於立杆頂端的葉片組、連接梁和發電機，其中，立杆與地面垂直，葉片組分為上葉片組和下葉片組，每組都具有多個風葉，一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的轉子，另一組葉片組的風葉通過連接梁連接發電機的定子，轉子與地面垂直，所述的發電機轉子通過磁懸浮軸承實現支撐。所述的逆向轉動雙風葉全永磁懸浮垂直軸風力發電機，消除了垂直軸風機軸承的摩擦問題，大大降低風力發電機部件的耗損狀況，同時提高了風能向電能的轉化效率，達到最大利用風能、提高產能的目的。
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 優先權日2011年7月28日
發明者錢峻 申請人:深圳市耐沃克科技有限公司