專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是涉及到采用柔性葉片和雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。近十多年來，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日新月異，蓬勃發(fā)展，風(fēng)電市場迅速擴(kuò)大，已成為對常規(guī)能源最具有競爭力的新能源發(fā)電方式。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由葉片，發(fā)電機(jī)和逆變控制器，可充電電池四部分組成。目前常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組絕大部分是由水平軸風(fēng)力機(jī)加上傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)構(gòu)成。目前幾乎所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)都采用鋼性結(jié)構(gòu)的葉片，重量大，強(qiáng)度差，噪音高，安全性能不好，微風(fēng)啟動(dòng)困難，且葉片為螺旋槳結(jié)構(gòu)，由于技術(shù)水平限制，國產(chǎn)葉片質(zhì)量尚未過關(guān)，大量葉片基本上依靠進(jìn)口，而且因?yàn)殇撔匀~片界結(jié)構(gòu)的限制，葉片后的機(jī)頭上都有一個(gè)方向舵，來平衡引導(dǎo)風(fēng)向；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增大而無限增快，很容易將風(fēng)力發(fā)電機(jī)燒壞；并且任何一種傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其輸出功率都會(huì)隨著風(fēng)速不斷升高而不斷增大，如不加以控制，當(dāng)風(fēng)速升高到一定程度時(shí)，必將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過載而燒毀。為此，所有傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都必須采取功率控制措施；傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都得采用增速箱(除少數(shù)微型機(jī)組外)，這給維護(hù)造成很大麻煩；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境都是條件惡劣的野外，故發(fā)電機(jī)的防護(hù)性能尤其重要，傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于結(jié)構(gòu)和造價(jià)的限制，微小型機(jī)組不能采用全密封外殼結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組盡管經(jīng)過許多改進(jìn)，但目前價(jià)格仍十分昂貴，每千瓦將近1萬元，大型機(jī)組每千瓦也有5、6干元。造成價(jià)格昂貴的根本原因是葉片和控制系統(tǒng)費(fèi)用大，這兩項(xiàng)約占機(jī)組總價(jià)60％。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種方便制造、成本低的采用柔性葉片和雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)的無方向舵風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它能夠解決目前傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率不能控制等問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括葉片、發(fā)電機(jī)、可充電電池、逆變控制器、以及底架，其中葉片通過葉片固定單元固定后與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)由底架支撐，可充電電池和逆變控制器在發(fā)電機(jī)外部與發(fā)電機(jī)電連接，其特征在于所述的葉片為柔性葉片，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)；所述的柔性葉片采用高分子碳?xì)浠衔锊牧辖?jīng)模具加工而成，形狀為機(jī)翼狀；所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)包括相互固連的機(jī)殼和端蓋構(gòu)成的殼體，殼體內(nèi)側(cè)由矽鋼片或硅鋼片疊壓并繞上導(dǎo)電線圈構(gòu)成電機(jī)定子；電機(jī)軸及附在軸上的矽鋼片或硅鋼片加稀土磁性材料構(gòu)成轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)的中心軸兩端設(shè)有軸承并固定在兩個(gè)端蓋上；所述轉(zhuǎn)子為低速內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述定子上的繞組接六個(gè)二極管后形成整流單元；所述的定子和轉(zhuǎn)子極數(shù)互為質(zhì)數(shù)；所述的發(fā)電機(jī)上罩有一起方向舵作用的導(dǎo)向外罩；所述導(dǎo)向外罩采用玻璃鋼或鋁合金經(jīng)模具加工成型。
本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中的雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)從原理到結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了全面的創(chuàng)新，采用低速內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，省去增速箱等多余部件，內(nèi)置二極管整流，輸出直接為直流，使逆變控制器的設(shè)計(jì)變得簡單化，雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)和柔性葉片既可用于垂直軸型式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又可用于水平軸型式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。柔性葉片極大地增強(qiáng)了設(shè)備的安全性并有效減小噪音，柔性葉片加雙凸極直流發(fā)電機(jī)能夠保證輸出功率隨風(fēng)速增大到一定程度后不再繼續(xù)增大，在超風(fēng)速的情況下仍能保持恒定的功率輸出，無需采取任何功率控制措施。本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造簡單、成本低，性能好，全面更新了風(fēng)力發(fā)電的概念，預(yù)示著風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)入家庭的時(shí)代真正來臨。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主要部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為葉片與連接件結(jié)構(gòu)圖；圖3為葉片固定單元結(jié)構(gòu)圖；圖4為風(fēng)力發(fā)電機(jī)立體圖；圖5為本發(fā)明發(fā)電機(jī)的半剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中電子換向單元的原理圖。
其中1、葉片 2、葉片固定單元 3、發(fā)電機(jī) 4、軸承5、軸承 6、軸承 7、軸承 8、軸承9、電機(jī)軸 10、連接件 11、底架 12、導(dǎo)向外罩13、可充電電池 14、逆變控制器3-1、機(jī)殼 3-2、定子 3-3、轉(zhuǎn)子 3-4、繞組3-5、壓圈 3-6、支架 3-7、端蓋 3-8、軸承3-10、整流二極管具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了一種方便制造、成本低的采用柔性葉片和雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)的無方向舵風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
以下通過本發(fā)明的具體實(shí)施例及視圖結(jié)合來詳細(xì)解說本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
如圖1-4所示，本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括葉片1、葉片固定單元2、發(fā)電機(jī)3、可充電電池13、逆變控制器14?？沙潆婋姵?3和逆變控制器14在發(fā)電機(jī)外部與發(fā)電機(jī)電連接，(如圖4所示)，其中可充電電池可采用最新面市的LiFePO4磷酸鐵鋰電池(河南環(huán)宇電源公司已開始生產(chǎn))，該電池循環(huán)壽命可達(dá)4000次以上；逆變控制器可設(shè)計(jì)成聯(lián)網(wǎng)型或離網(wǎng)型，其中聯(lián)網(wǎng)型可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)所獲得的電能直接饋送到城市電網(wǎng)，以電網(wǎng)作為儲(chǔ)存能量的載體；離網(wǎng)型逆變控制器內(nèi)置充電器，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)所獲得的電能用于對所述蓄電池充電，再通過對所述蓄電池進(jìn)行直流/交流轉(zhuǎn)換，以獲得可以直接用于驅(qū)動(dòng)各種交流設(shè)備的交流電能；葉片1為柔性葉片，其采用高分子碳?xì)浠衔颬OLYLEFINS或其他柔性材料經(jīng)模具加工成機(jī)翼狀的結(jié)構(gòu)(圖2及圖4所示)，葉片1鉚接或者螺紋連接固定在連接件10上后再與葉片固定單元2(圖3)鉚接或螺紋連接固定，然后把葉片固定單元2套接在發(fā)電機(jī)3上的電機(jī)軸9之上，電機(jī)軸9上裝有軸承4、軸承5，這樣葉片1在風(fēng)力的驅(qū)使下轉(zhuǎn)動(dòng)并能夠帶動(dòng)發(fā)電機(jī)3上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；發(fā)電機(jī)3由底架11支撐，底架11下面裝有包括軸承6、軸承7、軸承8的可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)3和底架11由導(dǎo)向外罩12罩住。
在本發(fā)明中，發(fā)電機(jī)3采用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)；如圖5所示，雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)包括相互固連的機(jī)殼3-1和端蓋3-7構(gòu)成的殼體，殼體內(nèi)部有定子3-2和轉(zhuǎn)子3-3，所述的定子3-2和轉(zhuǎn)子3-3均為凸極式結(jié)構(gòu)，所述雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)的中心軸孔內(nèi)設(shè)有兩端以軸承3-8支撐的電機(jī)軸9，該電機(jī)軸9穿越于殼體中心，支架3-6支撐著壓圈3-5，其中所述轉(zhuǎn)子3-3為低速內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)省去了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)上的增速箱等多余部件，定子3-2上的繞組3-4接六個(gè)二極管后形成了上電子整流單元，與直流有刷發(fā)電機(jī)比為無機(jī)械換向裝置，工作可靠，壽命長，內(nèi)置的二極管對電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交流電整流，輸出直接為直流，使外部的逆變控制器的設(shè)計(jì)變得簡單化；該電子整流單元的工作原理如圖6所示，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)定子繞組上連接的二極管整流后由DC輸出線直接輸出為直流。其中上述的轉(zhuǎn)子3-3采用稀土磁鋼Na-Fe-B加矽鋼片或硅鋼片疊壓制造，定子3-2用矽鋼片或硅鋼片疊壓加繞組而成，同時(shí)為了降低力矩波動(dòng)和電磁噪聲，提高功率密度，定子3-2和轉(zhuǎn)子3-3極數(shù)互為質(zhì)數(shù)。
本發(fā)明提供的風(fēng)能發(fā)電機(jī)的簡要工作流程如下風(fēng)能由雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能后經(jīng)過穩(wěn)壓處理再經(jīng)過蓄電池儲(chǔ)蓄，最后經(jīng)過逆變控制器逆變后即可輸出為負(fù)載使用。
了解了本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，再來看本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1.柔性葉片具有隨風(fēng)速變化而自行調(diào)整角度的特性，可以限制發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)自身具有恒功率輸出特性任何一種傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其輸出功率都會(huì)隨著風(fēng)速不斷升高而不斷增大，如不加以控制，當(dāng)風(fēng)速升高到一定程度時(shí)，必將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過載而燒毀。為此，所有傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都必須采取功率控制措施。柔性葉片加雙凸極直流發(fā)電機(jī)由于原理特殊，當(dāng)風(fēng)力增加到一定程度時(shí)，柔性葉片在風(fēng)力的作用下變形并避開最強(qiáng)風(fēng)力方向，這樣就致使輸出功率隨風(fēng)速增大到一定程度后不再繼續(xù)增大，在超風(fēng)速的情況下仍能保持恒定的功率輸出，無需采取任何功率控制措施。
2.輸出電壓平滑雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)輸出電壓平滑，與直流有刷電機(jī)一樣。
3.不需增速箱傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都得采用增速箱(除少數(shù)微型機(jī)組外)，這給維護(hù)造成很大麻煩。雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)可以設(shè)計(jì)成超低速內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，葉片直接安裝在內(nèi)轉(zhuǎn)子軸上，使風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)合二為一，這不僅節(jié)省了增速箱及相應(yīng)的連接件，而且改進(jìn)了機(jī)組的風(fēng)力作用效果。
4.優(yōu)異的防護(hù)性能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境都是條件惡劣的野外，故發(fā)電機(jī)的防護(hù)性能尤其重要。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于結(jié)構(gòu)和造價(jià)的限制，微小型機(jī)組不能采用全密封外殼結(jié)構(gòu)。中大型機(jī)組的安全可靠性很重要，不得不采用全密封結(jié)構(gòu)，但同時(shí)得采用附加的冷卻措施。本風(fēng)力發(fā)電機(jī)特殊的導(dǎo)風(fēng)外罩結(jié)構(gòu)，既取代了傳統(tǒng)的導(dǎo)向尾舵又將發(fā)電機(jī)封閉起來，可完全防止野外的腐蝕性氣體侵入發(fā)電機(jī)內(nèi)部。
5.優(yōu)異的承受強(qiáng)風(fēng)的能力目前國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組幾乎全是鋼性材料的螺旋槳結(jié)構(gòu)，由于技術(shù)水平限制，國產(chǎn)葉片質(zhì)量尚未過關(guān)，中大型機(jī)組的葉片基本上依靠進(jìn)口。本發(fā)電機(jī)的柔性葉片為高分子碳?xì)浠衔锊牧辖?jīng)模具加工成機(jī)翼狀的結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子和葉片之間連接成整體，柔性材料葉片不易被強(qiáng)風(fēng)折斷，故無需采取超速保護(hù)措施。
6.方便制造雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)的主要原材料是稀土材料，硅鋼片，整流二極管和漆包線，無任何特殊和貴重材料，任何一個(gè)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在其現(xiàn)有的條件下都可以立即投入批量生產(chǎn)。
7.成本低傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組盡管經(jīng)過許多改進(jìn)，但目前價(jià)格仍十分昂貴，每千瓦將近1萬元，大型機(jī)組每千瓦也有5、6千元。造成價(jià)格昂貴的根本原因是葉片和控制系統(tǒng)費(fèi)用大，這兩項(xiàng)約占機(jī)組總價(jià)60％。雙凸極內(nèi)置電子整流直流無方向舵風(fēng)力發(fā)電機(jī)省去了功率控制，轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)向控制，柔性葉片的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝以及原材料都很普通，葉片和控制系統(tǒng)這兩項(xiàng)費(fèi)用與前者相比幾乎可以忽略不計(jì)，所以可以大幅度降低整套風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的造價(jià)。
綜上所述本發(fā)明提供發(fā)電機(jī)的諸多特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，正是風(fēng)電界長期追求的目標(biāo)，現(xiàn)已完全實(shí)現(xiàn)。因此，這種新型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備必將成為傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，上述針對各具體實(shí)施例的描述較為具體和詳細(xì)，并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括葉片、發(fā)電機(jī)、可充電電池、逆變控制器、以及底架，其中葉片通過葉片固定單元固定后與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)由底架支撐，可充電電池和逆變控制器在發(fā)電機(jī)外部與發(fā)電機(jī)電連接，其特征在于所述的葉片為柔性葉片，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的柔性葉片采用高分子碳?xì)浠衔锊牧辖?jīng)模具加工而成，形狀為機(jī)翼狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)包括相互固連的機(jī)殼和端蓋構(gòu)成的殼體，殼體內(nèi)側(cè)由矽鋼片或硅鋼片疊壓并繞上導(dǎo)電線圈構(gòu)成電機(jī)定子；電機(jī)軸及附在軸上的矽鋼片或硅鋼片加稀土磁性材料構(gòu)成轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)的中心軸兩端設(shè)有軸承并固定在兩個(gè)端蓋上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子為低速內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述定子上的繞組接六個(gè)二極管后形成整流單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)上罩有一起方向舵作用的導(dǎo)向外罩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)向外罩采用玻璃鋼或鋁合金經(jīng)模具加工成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的定子和轉(zhuǎn)子極數(shù)互為質(zhì)數(shù)。
全文摘要
風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括葉片、發(fā)電機(jī)、可充電電池、逆變控制器、以及底架，其特征在于葉片為柔性葉片，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子雙凸極直流發(fā)電機(jī)；本發(fā)明中，柔性葉片極大地增強(qiáng)了設(shè)備的安全性并有效減小噪音，雙凸極內(nèi)置電子整流直流發(fā)電機(jī)采用低速內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，省去增速箱等多余部件，輸出直接為直流，使逆變控制器的設(shè)計(jì)變得簡單化；本發(fā)明能夠保證輸出功率隨風(fēng)速增大到一定程度后不再繼續(xù)增大，在超風(fēng)速的情況下仍能保持恒定的功率輸出。本發(fā)明制造簡單、成本低，性能好，全面更新了風(fēng)力發(fā)電的概念，預(yù)示著風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)入家庭的時(shí)代真正來臨。
文檔編號F03D1/06GK101016885SQ200710073068
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者張大鵬, 張波, 江口英范 申請人:張大鵬, 張波, 江口英范