專利名稱：一種新型碳纖維風力發(fā)電機及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電領域，特別適合為電信基站、活動營房、路燈照明等常規(guī)電力難以抵達的場合提供電力供應的新型碳纖維風力發(fā)電機及其制備方法。
背景技術：
風力發(fā)電是目前廣為各國青睞的綠色能源。目前風力發(fā)電機的種類很多，其主要結構為水平軸形式，葉片與電機軸垂直安裝，葉片材質為玻璃纖維增強樹脂基復合材料。該類風力發(fā)電機的功率一般較大,多安裝在風力強大的風口上或山頂上，固定發(fā)電。當風力較小時，葉片轉動困難，發(fā)電效率極低，因其葉片材質為玻璃纖維復合材料，長期 戶外使用后，易于老化失效。目前，我國多處邊疆地區(qū)，野外活動營地，通訊基塔，高速公路照明等，常規(guī)電力很難送達，電力難以供應，并且諸多地區(qū)風力不大，無法驅動大功率風力發(fā)電機。碳纖維本身為含炭量93%以上的纖維材料，具有高強度，高模量，耐高溫，重量輕，耐腐蝕等諸多優(yōu)異性能，碳纖維復合材料在戶外使用壽命可達100年，特備適合制備風力發(fā)電機葉片。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種新型碳纖維風力發(fā)電機及其制備方法，它結構緊湊，安裝方便，重量輕。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種新型碳纖維風力發(fā)電機，它包括支架，在支架上部安裝盤式永磁發(fā)電機，盤式永磁發(fā)電機的主軸與地面垂直，為單盤或多盤組合；盤式永磁發(fā)電機主軸通過中心安裝套筒與水平的支撐臂連接，支撐臂通過連接器與葉片垂直連接，葉片與支撐臂間的夾角可調，所述支撐臂和葉片為纖維增強樹脂基復合材料；在支撐臂下部與支架頂部設有相配合的磁懸浮葉片支撐裝置；支架底部設有風力發(fā)電機安裝套筒。所述磁懸浮葉片支撐裝置為設置在支撐臂下部與支架頂部相應位置的極性相同的環(huán)狀上永磁體和下永磁體。本發(fā)明葉片芯部為纖維增強樹脂基復合材料制成，所用樹脂為環(huán)氧、酚醛或有機硅等熱固性樹脂，確保葉片具有高強剛性。本發(fā)明葉片表層為纖維編織體增強熱塑性樹脂復合材料，所用樹脂為乙烯基樹月旨、尼龍、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚氨酯樹脂、PPS樹脂、PEEK樹脂等熱塑性樹脂，確保葉片具有高強韌性。所述增強纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的其中一種、兩種或多種纖維的組合體。一種新型碳纖維風力發(fā)電機的制備方法，它的步驟為
I)將纖維浸潰樹脂后，制備寬度為150mm-300mm的連續(xù)纖維增強樹脂復合材料板材，板材芯部為單向連續(xù)纖維增強樹熱固性樹脂，板材表層為連續(xù)編織纖維增強熱塑性樹月旨，將板材裁剪為每段長度800mm-1000mm的3-7塊，作為風力發(fā)電機葉片備用；2)將纖維浸潰熱固性樹脂后，制備內徑40mm-60mm,外徑80mm-120mm的纖維復合材料管材，將管材截成150mm-200mm長度一個，作為中心安裝套筒備用；3)將纖維浸潰樹脂后，制備寬度50mm-75mm的連續(xù)纖維增強樹脂復合材料板材，板材芯部為單向連續(xù)纖維增強樹熱固性樹脂，板材表層為連續(xù)編織纖維增強熱塑性樹脂，將板材裁剪為每段長度500mm-1200mm的3-7塊，作為支撐臂備用；4)將制備好的葉片、連接器、支撐 臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成；5)利用焊接工藝加工制造支架,將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。更進一步的本發(fā)明的制備方法，它的步驟為I)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為150mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度800mm的3塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與尼龍66混合熱壓成型，作為風力發(fā)電機葉片備用；2)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備內徑40mm，外徑80mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為中心安裝套筒備用；3)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度500mm的3塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與尼龍66混合熱壓成型，作為葉片支撐臂備用；4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成；5)利用焊接工藝加工制造支架,將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。更進一步的本發(fā)明的制備方法，它的步驟為I)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為200mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度IOOOmm的5塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與聚氨酯樹脂混合熱壓成型，作為葉片備用；2)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后,利用拉擠工藝制備內徑50mm,外徑IOOmm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為中心安裝套筒備用；3)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度750mm的5塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與聚氨酯樹脂混合熱壓成型，作為風力發(fā)電機葉片支撐臂備用；4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成；5)利用焊接工藝加工制造支架,將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。更進一步的本發(fā)明的制備方法，它的步驟為
I)裁剪碳纖維預浸布，多層鋪設在模具里，利用熱壓成型工藝制備寬度為300_，長度1500mm的異型葉片7塊備用；2)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用纏繞工藝制備內徑60mm，外徑120mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成200mm長度一個，作為中心安裝套筒備用；3)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度75mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度1200mm的7塊，作為葉片支撐臂備用；4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成；5)利用焊接工藝加工制造支架,將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。本發(fā)明的新型風力發(fā)電機，由四部分組成風力發(fā)電機支架，復合材料葉片總成，盤片式發(fā)電機總成，磁懸浮葉片支撐體系。其結構特征為盤片式發(fā)電機固定安放在支架上，發(fā)電機主軸與地面垂直，葉片總成軸心與發(fā)電機主軸端部連接，所有葉片與主軸平行，葉片總成水平旋轉，風力發(fā)電機支架上安放有環(huán)狀永磁體，與復合材料葉片總成的支撐臂上安放的環(huán)狀永磁體同極性相對，在同極性斥力作用下使得葉片總成處于懸浮狀態(tài)。本發(fā)明的新型風力發(fā)電機支架特征為組合件，頂部設有安裝盤，用于固定發(fā)電機和安裝環(huán)狀永磁體，下部設有與風力發(fā)電機桿連接的安裝套筒。本發(fā)明的新型風力發(fā)電機復合材料葉片總成特征為組合件，由中心安裝套筒，葉片支撐臂和復合材料葉片組成。安裝套筒用于與電機軸固定連接，支撐臂一端與中心安裝套筒連接，另一端與葉片連接，與葉片連接部位設有連接器，為可轉動式活動連接，在風力作用下可以自動調節(jié)葉片與風向夾角，在支撐臂上安裝有環(huán)狀永磁體。支撐臂和復合材料葉片為纖維增強樹脂基復合材料。所用樹脂為環(huán)氧、酚醛、有機硅等熱固性樹脂體系或乙烯基樹脂、尼龍、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚氨酯樹脂、PPS樹脂、PEEK樹脂等熱塑性樹脂體系，所用增強纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的其中一種、兩種或多種纖維的組合體。本發(fā)明的新型風力發(fā)電機的發(fā)電機特征為永磁發(fā)電機，結構為盤式，既可單盤使用，也可以多盤組合使用，電機功率可根據(jù)盤片數(shù)量靈活調整。本發(fā)明的風力發(fā)電機結構緊湊，葉片材質剛柔結合性強，體積小，重量輕，安裝使用方便，特別適合電信基站、活動營房、路燈照明等常規(guī)電力難以抵達的場合。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖。其中，I葉片，2.連接器，3.支撐臂，4.上永磁體，5.固定螺母，6.中心安裝套筒， 7.下永磁體，8.固定螺栓，9.盤式永磁發(fā)電機，10.風力發(fā)電機安裝套筒，11.支架。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖I中，它包括支架11，盤式永磁發(fā)電機9通過發(fā)電機固定螺栓8固定在支架11上；盤式永磁發(fā)電機9的主軸與地面垂直，為單盤或多盤組合；盤式永磁發(fā)電機9主軸通過中心安裝套筒6與水平的支撐臂3連接，支架11底部設有風力發(fā)電機安裝套筒10，中心安裝套筒10利用葉片總成固定螺母5固定在盤式永磁發(fā)電機9的電機軸上，風力發(fā)電機安裝套筒10可以與風力發(fā)電機支撐桿連接固定；支撐臂3通過連接器2與葉片I垂直連接，葉片I與支撐臂3間的夾角可調，所述支撐臂3和葉片I為纖維增強樹脂基復合材料；在支撐臂3下部與支架11頂部設有相配合的磁懸浮葉片支撐裝置；。磁懸浮葉片支撐裝置為設置在支撐臂3下部與支架11頂部相應位置的極性相同的環(huán)狀上永磁體4和下永磁體7。所用樹脂為環(huán)氧、酚醛或有機硅等熱固性樹脂。所用樹脂為乙烯基樹脂、尼龍、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚氨酯樹脂、PPS樹脂、PEEK樹脂等熱塑性樹脂。所述增強纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的其中一種、兩種或多種纖維的組合體。 本發(fā)明的制備方法如下[實施例I]將多束碳纖維浸潰乙烯基樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為150mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度800mm的3塊，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片備用。將多束碳纖維浸潰乙烯基樹脂后，利用拉擠工藝制備內徑40mm，外徑80mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片總成中心安裝套筒備用。將多束碳纖維浸潰乙烯基樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度500_的3塊，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片支撐臂備用。外購可轉動式連接器和環(huán)狀永磁體，將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得本發(fā)明葉片總成。外購盤式永磁發(fā)電機，功率I千瓦，利用焊接工藝加工制造本發(fā)明支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將本發(fā)明葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上。至此，功率為I千瓦的一套本發(fā)明風力發(fā)電機制造完畢。[實施例2]將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為200mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度IOOOmm的5塊，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片備用。將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備內徑50mm，外徑IOOmm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片總成中心安裝套筒備用。將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度750_的5塊，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片支撐臂備用。外購可轉動式連接器和環(huán)狀永磁體，將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得本發(fā)明葉片總成。外購盤式永磁發(fā)電機，功率3千瓦，利用焊接工藝加工制造本發(fā)明支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將本發(fā)明葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上。至此,功率為3千瓦的一套本發(fā)明風力發(fā)電機制造完畢。[實施例3]裁剪碳纖維預浸布，多層鋪設在模具里，利用熱壓成型工藝制備寬度為300mm，長度1500mm的異型葉片7塊備用。將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用纏繞工藝制備內徑60mm,外徑120mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成200mm長度一個,作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片總成中心安裝套筒備用。將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度75mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度1200mm的7塊，作為本發(fā)明風力發(fā)電機葉片支撐臂備用。外購可轉動式連接器和環(huán)狀永磁體，將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得本發(fā)明葉片總成。外購盤式永磁發(fā)電機，功率10千瓦，利用焊接工藝加工制造本發(fā)明支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將本發(fā)明葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主 軸上。至此，功率為10千瓦的一套本發(fā)明風力發(fā)電機制造完畢。
權利要求
1.一種新型碳纖維風力發(fā)電機，其特征是，它包括支架，在支架上部安裝盤式永磁發(fā)電機,盤式永磁發(fā)電機的主軸與地面垂直,為單盤或多盤組合；盤式永磁發(fā)電機主軸通過中心安裝套筒與水平的支撐臂連接，支撐臂通過連接器與葉片垂直連接，葉片與支撐臂間的夾角可調，所述支撐臂和葉片為纖維增強樹脂基復合材料；在支撐臂下部與支架頂部設有相配合的磁懸浮葉片支撐裝置；支架底部設有風力發(fā)電機安裝套筒。
2.如權利要求I所述的新型碳纖維風力發(fā)電機，其特征是，所述磁懸浮葉片支撐裝置為設置在支撐臂下部與支架頂部相應位置的極性相同的環(huán)狀上永磁體和下永磁體。
3.如權利要求I所述的新型碳纖維風力發(fā)電機，其特征是，所述葉片芯部為纖維增強樹脂基復合材料制成，所用樹脂為環(huán)氧、酚醛或有機硅類熱固性樹脂，具有高強剛性。
4.如權利要求I所述的新型碳纖維風力發(fā)電機，其特征是，所述葉片表層為纖維編織體增強熱塑性樹脂復合材料，所用樹脂為乙烯基樹脂、尼龍、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚氨酯樹脂、PPS樹脂、PEEK樹脂類熱塑性樹脂，具有高強韌性。
5.如權利要求I所述的新型碳纖維風力發(fā)電機，其特征是，所述增強纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的其中一種、兩種或多種纖維的組合體。
6.一種權利要求I所述的新型碳纖維風力發(fā)電機的制備方法，其特征是，它的步驟為 1)將纖維浸潰樹脂后，制備寬度為150mm-300mm的連續(xù)纖維增強樹脂復合材料板材，板材芯部為單向連續(xù)纖維增強樹熱固性樹脂，板材表層為連續(xù)編織纖維增強熱塑性樹脂，將板材裁剪為每段長度800mm-1000mm的3-7塊，作為風力發(fā)電機葉片備用； 2)將纖維浸潰熱固性樹脂后，制備內徑40mm-60mm,外徑80mm-120mm的纖維復合材料管材，將管材截成150mm-200mm長度一個，作為中心安裝套筒備用； 3)將纖維浸潰樹脂后，制備寬度50mm-75mm的連續(xù)纖維增強樹脂復合材料板材，板材芯部為單向連續(xù)纖維增強樹熱固性樹脂，板材表層為連續(xù)編織纖維增強熱塑性樹脂，將板材裁剪為每段長度500mm-1200mm的3-7塊，作為支撐臂備用； 4)將制備好的葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成； 5)利用焊接工藝加工制造支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。
7.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，它的步驟為 1)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為150mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度800mm的3塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與尼龍66混合熱壓成型，作為風力發(fā)電機葉片備用； 2)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備內徑40mm，外徑80mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為中心安裝套筒備用； 3)將多束碳纖維浸潰酚醛樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度500mm的3塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與尼龍66混合熱壓成型，作為葉片支撐臂備用； 4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成；5)利用焊接工藝加工制造支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。
8.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，它的步驟為 1)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度為200mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度IOOOmm的5塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與聚氨酯樹脂混合熱壓成型，作為葉片備用； 2)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備內徑50mm，外徑IOOmm的碳纖維復合材料管材，將管材截成150mm長度一個，作為中心安裝套筒備用； 3)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度50mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度750mm的5塊，每塊板兩側面利用碳纖維編織布與聚氨酯樹脂混合熱壓成型，作為風力發(fā)電機葉片支撐臂備用； 4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成； 5)利用焊接工藝加工制造支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。
9.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，它的步驟為 1)裁剪碳纖維預浸布，多層鋪設在模具里，利用熱壓成型工藝制備寬度為300mm，長度1500mm的異型葉片7塊備用； 2)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用纏繞工藝制備內徑60mm，外徑120mm的碳纖維復合材料管材，將管材截成200mm長度一個，作為中心安裝套筒備用； 3)將多束碳纖維浸潰環(huán)氧樹脂后，利用拉擠工藝制備寬度75mm的連續(xù)碳纖維復合材料板材，將板材裁剪為每段長度1200mm的7塊，作為葉片支撐臂備用； 4)將葉片、連接器、支撐臂、上環(huán)狀永磁體和中心安裝套筒利用機械和膠結組合工藝裝配在一起，制得葉片總成； 5)利用焊接工藝加工制造支架，將盤式永磁發(fā)電機和下環(huán)狀永磁體安裝固定在支架上，再將葉片總成安裝固定在盤式永磁發(fā)電機的主軸上，風力發(fā)電機制造完畢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型碳纖維風力發(fā)電機及其制備方法。由風力發(fā)電機支架，復合材料葉片總成，盤片式發(fā)電機和磁懸浮葉片支撐體系組成。盤片式發(fā)電機固定安放在支架上，發(fā)電機主軸與地面垂直，葉片總成中心安裝套筒與發(fā)電機主軸端部連接，所有葉片與主軸平行，風力發(fā)電機支架和復合材料葉片總成的支撐臂上安放的環(huán)狀永磁體，同極性相對，在同極性斥力作用下使得葉片總成處于懸浮狀態(tài)。本發(fā)明的風力發(fā)電機結構簡單，葉片材質剛柔結合性能好，使用方便，特別適合電信基站、活動營房、路燈照明等常規(guī)電力難以送達的場合。
文檔編號C08L61/06GK102644554SQ20121013953
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權日2012年5月8日
發(fā)明者朱波, 王成國, 蔡珣 申請人:山東大學