積木式風力發電機的製作方法

2023-12-09 14:16:36 1

專利名稱：積木式風力發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電機，具體涉及一種可用於風力發電和三峽發電，並且風能利用率高、發電能力強，在使用時可以根據風力大小加載或卸載而且成本低廉的積木式 風力發電機。
背景技術：
目前，在節約能源和保護環境以及發展創新型經濟的大趨勢下，同時在各級政府 的大力支持下，風力發電事業得到高度重視和迅速發展。在風力發電的過程中，風能帶動風 力發電機的槳葉旋轉，進而帶動轉子旋轉，使線圈切割磁力線產生電流。現有的風力發電 機，其線圈繞組和磁場強度都固定，風力發電機的電壓頻率與轉子的轉動速率成正比，只要 轉速恆定，風力發電機的電壓頻率就能維持不變。但是，大自然中的風能大小是不確定的， 風能對槳葉的推動力也會隨之發生變化，從而影響轉子的轉速，最終導致發電機的電壓頻 率發生變化，輸出電壓並不穩定。而且，現有的發電機還存在風能浪費的問題當風能過小時，發電機不工作；當風 能過大時，發電機也不能充分利用全部風能進行發電。現在，世界範圍內的發電廠對風能的 利用率最高不超過20%。現有的發電機是一個整體，其負載不能跟隨風力大小變化而變化。現有發電機採 用矽鋼片，渦流損耗大，體積大而重，不能用於高頻發電機。三峽的升壓變壓器有幾層樓高， 電機尺寸過大，重量大、佔地面積大，搬運不便，設計和製造工藝複雜，成本極高。在現在的 發電機中，『轉子』的『爪子』的磁力線方向是順著『爪子』的方向。它與工作時需要磁力線 方向是相互垂直的，實際上『爪子』表面的磁力線是在空中轉了一個90度的彎，對N、S極都 一樣，而『爪子』中的磁力線大多都沒有發揮作用。這是一個很大的浪費。據調查數據顯示， 現有的風力發電廠在三級至四級以下風力時有高達60%發電機停轉不發電，導致全年的風 能利用率大大降低。

實用新型內容發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種風能利用率高 和發電能力強、在使用時可以根據風力大小加載或卸載並且成本低廉的積木式風力發電 機。技術方案為實現上述目的，本實用新型的積木式風力發電機，包括一組圍成一圈 的小發電機，每個小發電機包括定子和轉子，每個小發電機的線圈繞組可加載或卸載。幾百 個小發電機作為一組，當用於風力發電時，每個小發電機可跟隨風力大小加載或卸載，風能 的大部分轉化為電能。本實用新型是利用計算機開關電源的高頻工作原理，把發電機的工 作頻率提高一定倍數。因為電壓U = df(x)/dt，頻率與時間成反比，在公式中頻率擴大一定 倍數，電壓就擴大同樣的倍數；我們不要求電壓加大，而是電壓不變，線圈繞組的圈數縮小 同樣倍數。這樣提高頻率後就可以加大變化率，最終提高磁場變化效率。[0007]所述轉子為U形永磁鐵，所述U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構成整個電機的 轉子；每個U形永磁鐵的中心線都通過所圍成的圓圈的中心；與每個U形永磁鐵對應的位 置設有定子，所述定子排布成一圈圍繞在整個電機的轉子外圍構成整個電機的定子。U形永 磁鐵的N、S極爪子的外形不是方形，而更像大寫英文字母「U」，很多個U形永磁鐵疊加成一 對N、S 「爪子」條，幾百條圍成一圈構成整個電機的轉子，U形永磁鐵的磁力線幾乎全部用 於發電。所述定子為鐵氧體軟磁鐵，所述轉子的N、S極爪子為鐵氧體永磁鐵。鐵氧體是絕 緣體，渦流損耗小，適合於高頻工作。所述定子為凹字形，定子上設有用於纏繞線圈繞組的凹口，相鄰兩凹口間的距離 為5 20毫米。凹口較小，只要放幾十圈線圈繞組即可，線圈寬度大大變窄，幾乎能節省一 半的銅線，發熱量也隨之降低。所述定子和轉子之間的間隙為1 5毫米。所述定子和轉子之間的間隙為1毫米。所述的一組小發電機的個數為100 800個。小發電機的個數要根據風機的變速 輸出來決定，當轉速為1500r/min時，小發電機的個數為200個，整個積木式風力發電機的 直徑小一些；當轉速為500r/min時，小發電機的個數為600個，整個積木式風力發電機的直 徑大一些。又如，當轉速為3000r/min時，小發電機的個數為100個；當轉速為375r/min時， 小發電機的個數為800個。每一組圍成一圈的小發電機的個數越多，總發電機的工作頻率 越高。用積木發電繞組排列組合方法，可以在低轉速下繼續發電，從理論上講，甚至於0. 5r/ min(齒輪箱輸出)都能發電。在低風速情況下，可對發電機的繞組用串聯的方式提高輸出電壓。可將兩個或多 個小發電機的繞組串聯。從理論上講，有多少個小發電機繞組，都能串成一個大繞組，這些 都由計算機來控制。可通過繼電器或雙向可控矽控制。所述的一組圍成一圈的可控小發電機作為一個模塊，在該模塊的軸向可以疊加若 幹同樣的模塊。模塊的數量越多，總發電機的發電功率越高。每個小發電機的線圈繞組由計算機控制加載或卸載。當用於風力發電的時候，運 用計算機根據風力大小進行控制。有益效果本實用新型的積木式風力發電機，與現有技術相比，具有以下優點1、本實用新型的積木式風力發電機突破傳統思維，將一臺發電機轉化為幾百個發 電繞組(小發電機)，在機械不發生變化的前提下，每個小發電機都能自由加載或卸載，可 以根據風能大小而改變，能夠大大提高發電量，對風能的利用率也超過公認的20%，發電成 本大大降低；2、本實用新型的積木式風力發電機的體積大大變小，而且可以實現模塊化疊加組 裝，能夠像堆積木塊一樣將多臺疊加組合，安裝方便，一、二拾臺模塊結構都可疊加在一起， 可以節省設計成本；3、本實用新型的積木式風力發電機基本上是由一臺發電機的原材料，製造出幾百 臺同功率的小發電機組，發電效率極大提高的同時發電機成本大大下降，本實用新型的造 價不到原有發電機的十分之一；4、本實用新型的積木式風力發電機用作三峽的發電機時，升壓變壓器的體積可以
4大大變小，渦流損耗大大減少，能夠降低重量，安裝成本也隨之降低；5、本實用新型的積木式風力發電機，操作簡單、安裝方便、組裝靈活，有利於擴大 生產和推廣使用。

圖1為本實用新型的積木式風力發電機的結構示意圖；圖2為圖1中每個小發電機的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1和圖2所示，本實用新型的積木式風力發電機，包括一組圍成一圈的小發電 機，每個小發電機包括定子1和轉子2，每個小發電機的線圈繞組可加載或卸載。幾百個小 發電機作為一組，當用於風力發電時，每個小發電機可跟隨風力大小加載或卸載，風能的大 部分轉化為電能。轉子2為U形永磁鐵，U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構成整個電機 的轉子；U形永磁鐵固定在圓筒上時，可以用卡子固定；每個U形永磁鐵的中心線都通過所 圍成的圓圈的中心；與每個U形永磁鐵對應的位置設有定 子1，定子1排布成一圈圍繞在整 個電機的轉子外圍構成整個電機的定子。定子1為鐵氧體軟磁鐵，轉子2的N、S極爪子為 鐵氧體永磁鐵。鐵氧體是絕緣體，渦流損耗小，適合於高頻工作。U形永磁鐵的參數與大小， 要通過工作中的實際情況進行校正，一般來說是越小越好。而磁鐵的不同配方比和加工工 藝，也會對該參數產生較大的影響。通常，為了節省銅線和降低熱量，將定子1設計為為凹字形，定子1上設有用於纏 繞線圈繞組的凹口 3，相鄰兩凹口 3間的距離為5 20毫米。凹口 3較小，只要放幾十圈線 圈繞組即可，線圈寬度大大變窄，幾乎能節省一半的銅線，發熱量也隨之降低。定子1和轉 子2之間的間隙為1 5毫米，如果技術允許，最好將定子1和轉子2之間的間隙為設置為 1毫米。本實用新型的積木式風力發電機是利用計算機開關電源的高頻工作原理，把發電 機的工作頻率擴大一定倍數。因為電壓U = df(X)/dt，頻率與時間成反比，在公式中頻率擴 大一定倍數，電壓就擴大同樣的倍數；我們不要求電壓加大，而是電壓不變，線圈繞組的圈 數縮小同樣倍數。這樣提高頻率後就可以加大變化率，最終提高磁場變化效率。U形永磁鐵的N、S極爪子的外形不是方形，而更像大寫英文字母「U」，很多個U形 永磁鐵疊加成一對N、S 「爪子」條，幾百條圍成一圈構成整個電機的轉子，U形永磁鐵的磁 力線幾乎全部用於發電。本實用新型的積木式風力發電機在使用時，圍成圓圈的一組小發電機的個數為 100 800個。小發電機的個數要根據風機的變速輸出來決定。例如，當轉速為15001·/ min時，小發電機的個數為200個，整個積木式風力發電機的直徑小一些；當轉速為500r/ min時，小發電機的個數為600個，整個積木式風力發電機的直徑大一些。又如，當轉速為 3000r/min時，小發電機的個數為100個；當轉速為375r/min時，小發電機的個數為800個。 圍成圓圈的一組小發電機的個數越多，總發電機的工作頻率越高。用積木發電繞組排列組 合方法，可以在低轉速下繼續發電，從理論上講，甚至於0. 5r/min (齒輪箱輸出)都能發電。[0030]在低風速情況下，可對發電機的繞組用串聯的方式提高輸出電壓。可將兩個或多 個小發電機的繞組串聯。從理論上講，有多少個小發電機繞組，都能串成一個大繞組，這些 都由計算機來控制。可通過繼電器或雙向可控矽控制。本實用新型的積木式風力發電機在使用時，圍成一圈的可控小發電機作為一個模 塊，在該模塊的軸向可以疊加若干同樣的模塊。模塊的數量越多，總發電機的發電功率越 高。根據工作需要而定，可以像堆積木塊一樣將多個模塊疊加組合，一、二拾個模塊都可疊 加在一起，安裝方便，可以節省設計成本。本實用新型的積木式風力發電機在使用時，每個小發電機的線圈繞組由計算機控 制加載或卸載。當用於風力發電的時候，運用計算機根據風力大小進行控制。當整個發電 機在工作時，如果風力發生變化，則其對發電機槳葉的推動力也將不斷發生變化。為了保證 發電機的輸出電壓頻率恆定，就要求轉子時刻保持恆定的轉速。就要求發電機的總的阻力 矩必須時刻隨風力的變化進行調整當風力變大時，發電機的阻力矩應該相應變大；反之， 發電機的阻力矩隨風力的變小而減小。當風力變大時，可以通過計算機發出增大電機阻力 矩的命令，進而增多開通的小發電機的定子繞組的數量，使發電機的力矩增大，轉子的轉速 降低。當用於三峽發電的時候，不需要每個小發電機由計算機控制其加載或卸載，而主 要是為了提高發電機頻率和降低發電機重量，發電機重量可降到原來的發電機重量的百分 之一；同時，變壓器的體積和整流電容也大大降低。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種積木式風力發電機，其特徵在於包括一組圍成一圈的小發電機，每個小發電機包括定子(1)和轉子(2)，每個小發電機的線圈繞組可加載或卸載。
2.根據權利要求1所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述轉子(2)為U形永磁 鐵，所述U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構成整個電機的轉子；每個U形永磁鐵的中心線 都通過所圍成的圓圈的中心；與每個U形永磁鐵對應的位置設有定子(1)，所述定子(1)排 布成一圈圍繞在整個電機的轉子外圍構成整個電機的定子。
3.根據權利要求2所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述定子(1)為鐵氧體軟 磁鐵，所述轉子(2)的N、S極爪子為鐵氧體永磁鐵。
4.根據權利要求3所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述定子(1)為凹字形，定 子(1)上設有用於纏繞線圈繞組的凹口(3)，相鄰兩凹口(3)間的距離為5 20毫米。
5.根據權利要求3所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述定子⑴和轉子(2)之 間的間隙為1 5毫米。
6.根據權利要求5所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述定子⑴和轉子(2)之 間的間隙為1毫米。
7.根據權利要求1至6任一項所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述的一組小 發電機的個數為100 800個。
8.根據權利要求1至6任一項所述的積木式風力發電機，其特徵在於所述的一組圍 成一圈的可控小發電機作為一個模塊，在該模塊的軸向可以疊加若干同樣的模塊。
9.根據權利要求1至6任一項所述的積木式風力發電機，其特徵在於每個小發電機 的線圈繞組由計算機控制加載或卸載。
專利摘要本實用新型公開了一種積木式風力發電機，包括一組圍成一圈的小發電機，每個小發電機包括定子和轉子，每個小發電機的線圈繞組可加載或卸載，轉子為U形永磁鐵，U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構成整個電機的轉子；與每個U形永磁鐵對應的位置設有定子，定子排布成一圈圍繞在整個電機的轉子外圍構成整個電機的定子。本實用新型的積木式風力發電機突破傳統思維，將一臺發電機轉化為幾百個發電繞組(小發電機)，在機械不發生變化的前提下，每個小發電機都能自由加載或卸載，可以根據風能大小而改變，能夠大大提高風能利用率和發電量，同時能夠降低重量，在使用過程中，操作簡單、組裝靈活、安裝方便，有利於擴大生產和推廣使用。
文檔編號H02K21/12GK201699560SQ20102022648
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者張國光 申請人:張國光