專利名稱：高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是涉及帶有風(fēng)流罩的小型水平軸式 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其主要用于風(fēng)力資源豐富的城市或居住區(qū)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有帶有風(fēng)流罩的小型水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)如圖1所示，其包括安裝于水
平轉(zhuǎn)軸4的風(fēng)葉裝置1，環(huán)套風(fēng)葉裝置1安裝能提高其氣動(dòng)效果的風(fēng)流罩11， 所述風(fēng)葉裝宣1通過水平轉(zhuǎn)軸4與發(fā)電機(jī)16連接，風(fēng)葉裝置1受風(fēng)力推動(dòng)旋 轉(zhuǎn)時(shí)，通過水平轉(zhuǎn)軸4帶動(dòng)發(fā)電機(jī)16發(fā)電。水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是世界上目 前最為成功、應(yīng)用最為廣泛、且普遍認(rèn)為風(fēng)能利用率最高的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
經(jīng)濟(jì)合理地、最大限度地獲取風(fēng)能資源， 一直是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和發(fā)展中 最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)與目標(biāo)。為進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率，人們不斷改進(jìn)風(fēng) 機(jī)的槳葉葉型設(shè)計(jì)或發(fā)明新型風(fēng)葉，如美國(guó)專利US 6， 736， 600公開的螺旋型 風(fēng)葉。在同樣的風(fēng)力狀態(tài)下，性能優(yōu)良的風(fēng)葉可以更好地俘獲風(fēng)能，使風(fēng)機(jī)有 更高的風(fēng)能一電能轉(zhuǎn)化率。此外，人們?cè)谝恢辈粩嗟貒L試另一種技術(shù)方案，其 是在風(fēng)葉裝置的外圍于風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)面的垂直方向安裝一個(gè)擴(kuò)散式、或集中式、或 簡(jiǎn)單直式的"圓罩子ll (這里籠統(tǒng)稱其為風(fēng)流罩)，以期通過其穩(wěn)流、聚流和導(dǎo) 流等氣動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率。其中擴(kuò)散式風(fēng)流罩的進(jìn)風(fēng)口面 積小于出風(fēng)口面積，集中式風(fēng)流罩則正好相反。圖1所示的風(fēng)流罩11為擴(kuò)散 式風(fēng)流罩。不同形式、不同軸向長(zhǎng)度和不同端面形狀的風(fēng)流罩，其作用及強(qiáng)度 也有所不同。世界上已有不少的專利，公開了各式風(fēng)流罩的設(shè)計(jì)、形狀、選用 材料及生產(chǎn)加工工藝(如美國(guó)專利US 4， 132， 499、 US 4,021,135;德國(guó)專利 DE 199 03 846 Al、 DE 201 15 330 Ul)。
常規(guī)風(fēng)流罩風(fēng)機(jī)除在結(jié)構(gòu)上多出一個(gè)風(fēng)流罩外，其它結(jié)構(gòu)以及工作過程與 無罩風(fēng)機(jī)(如槳葉開放式風(fēng)機(jī))完全相同。
普遍認(rèn)為，上述風(fēng)流罩具有下述積極效能其能削減槳葉葉尖二次流的負(fù)
影響，提高風(fēng)葉掃風(fēng)面的來流風(fēng)速(或來流風(fēng)量)，從而提高整個(gè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)能
利用率；同時(shí)，，風(fēng)流罩對(duì)消減葉尖噪聲，增強(qiáng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性(如防止冬季拋 摔風(fēng)葉面上積結(jié)的凍冰)等方面相對(duì)無罩風(fēng)機(jī)具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，使得帶風(fēng)流罩 (尤其小型風(fēng)流罩)的風(fēng)機(jī)在城市居民區(qū)的應(yīng)用成為可能。
但帶有風(fēng)流罩的水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然其概念已存在幾十年，卻受限于 制造成本，至今沒有得到廣泛的應(yīng)用。也就是說，風(fēng)流罩通過其穩(wěn)流、聚流或 導(dǎo)流等因素所起到的提高風(fēng)能利用率之積極作用，相對(duì)于加裝風(fēng)流罩的附加成 本仍需要進(jìn)行得失權(quán)衡，風(fēng)流罩風(fēng)機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性是其發(fā)展的瓶頸。
另一方面，高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的發(fā)電機(jī)其整體性能被普遍認(rèn)為較低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)為 優(yōu)；為此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中通常都帶有變(增)速裝置。而小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)由 于受結(jié)構(gòu)、維護(hù)和成本等局限，不同于大型的風(fēng)力機(jī)， 一般均采用直驅(qū)式發(fā)電 方式，即風(fēng)葉'裝置通過連軸直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。如何實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速而又能有效地高 發(fā)電，是至今制約所有小型風(fēng)機(jī)效能的技術(shù)瓶頸。
本發(fā)明的目的是在充分利用風(fēng)流罩結(jié)構(gòu)上述積極效能的同時(shí)，克服上述小 型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)瓶頸，提供一種具有更高發(fā)電效率的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在 該風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，賦予風(fēng)葉裝置、風(fēng)流罩以及發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)全新的 意義和功能，從而獲得諸多新的技術(shù)效果，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體效能。 本發(fā)明使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加突出，使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì) 性更趨合理，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速高發(fā)電提出了一個(gè)新穎的技術(shù)方案。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其包括由各風(fēng)葉片的一端分別連接于水平轉(zhuǎn)軸的 風(fēng)葉裝置，各風(fēng)葉片另一端的外圍裝置風(fēng)流罩，在風(fēng)流罩的罩體上嵌裝發(fā)電機(jī) 的定子，發(fā)電機(jī)的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體，與所述發(fā)電機(jī)的定子相對(duì) 應(yīng)裝置發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成如下在所述風(fēng)葉裝置中各風(fēng)葉片另一端的端部連 接有磁性件，.由該磁性件與所述風(fēng)葉裝置集成，構(gòu)成所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
其中發(fā)電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)如下所述風(fēng)流罩罩體由風(fēng)流罩前罩 體、發(fā)電機(jī)定子罩體以及風(fēng)流罩后罩體分段順序連接構(gòu)成，其中發(fā)電機(jī)定子罩 體由發(fā)電機(jī)定子及包覆其外的罩殼構(gòu)成；發(fā)電機(jī)定子罩體與其相鄰處的所述風(fēng) 流罩前罩體.以,及風(fēng)流罩后罩體比較，其厚度小于兩者，但其內(nèi)徑大于兩者，由
此在風(fēng)流罩罩體的內(nèi)壁上形成一個(gè)凹槽，在該凹槽中嵌入與所述發(fā)電機(jī)的定子 相對(duì)應(yīng)裝置的所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁性件，該磁性件的內(nèi)壁面與所述凹槽的槽口 面持平，包括.該磁性件的內(nèi)壁面在內(nèi)，風(fēng)流罩內(nèi)壁的壁面保持流線型形狀。最 合理的情況是所述發(fā)電機(jī)的定子與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁性件位于風(fēng)流罩罩體 內(nèi)壁的最小口徑處。
上述結(jié)構(gòu)中所述的磁性件是一磁性圓環(huán)體，或者，所述磁性件包括一導(dǎo)磁 圓環(huán)體，在導(dǎo)磁圓環(huán)體上安裝有磁性片。
發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)葉裝置也可以是下述結(jié)構(gòu)方式所述風(fēng)葉裝置中各 風(fēng)葉片的一端以及所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子分別連接于一個(gè)水平轉(zhuǎn)軸，風(fēng)葉裝置位于 風(fēng)流罩罩體內(nèi)壁的最小口徑處，風(fēng)葉裝置通過水平轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)葉裝置安裝為兩體。
本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明在'保留風(fēng)流罩其空氣動(dòng)力學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)特征與效能同時(shí)，賦予風(fēng) 流罩結(jié)構(gòu)全新的功能，具體是在風(fēng)流罩的罩體內(nèi)嵌裝發(fā)電機(jī)的定子，發(fā)電機(jī)的 定子與風(fēng)流罩的罩體結(jié)合為一體，風(fēng)流罩己不再單純是提高風(fēng)能利用率的部 件，同時(shí)也是發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分，其作為發(fā)電機(jī)定子的依托件。本發(fā) 明將發(fā)電機(jī)定子與風(fēng)流罩集成為一體，帶來顯著的技術(shù)效果是極大限度地放大 了發(fā)電機(jī)定(轉(zhuǎn))子的直徑，在相同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況下，本發(fā)明中的發(fā)電機(jī)感 應(yīng)線圈可具有更高的(線)速虔切割磁力線，從而可產(chǎn)生更大的感應(yīng)電勢(shì)，顯
著提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。本發(fā)明使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加突出， 進(jìn)而使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性更趨合理；同時(shí)，也為小型風(fēng)力機(jī)低轉(zhuǎn) 速高發(fā)電開扭出了一條新的技術(shù)途徑。迄今為止，世界上所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其 結(jié)構(gòu)都是由風(fēng)葉裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械(轉(zhuǎn))動(dòng)能，然后通過連動(dòng)軸帶動(dòng)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而發(fā)電。本發(fā)明中將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)葉裝置集成為一 體，使得整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。


圖1為現(xiàn)有帶風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖； 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的示意圖3為不同定子半徑的發(fā)電機(jī)在相同轉(zhuǎn)速下，線圈相應(yīng)以不同速度切割磁 力線的示意圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例的示意圖5為圖4中A-A部位的放大圖6為本發(fā)明結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例的示意圖7為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。 圖8為圖7中B-B部位的放大圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 實(shí)施例1:
見圖2、圖7及圖8，本發(fā)明包括支架3支撐的風(fēng)流罩11，風(fēng)流罩11由風(fēng) 流罩前罩體12、定子罩體13和風(fēng)流罩后罩體8拼接而成；其中定子罩體13 由發(fā)電機(jī)定子14及包覆其外的鋁合金罩殼9構(gòu)成，定子14的嵌線槽中按常規(guī) 技術(shù)嵌裝感應(yīng)線圈；定子罩體13的厚度小于、但內(nèi)徑大于相鄰的前罩體12及 后罩體8，由此在風(fēng)流罩體的內(nèi)壁上形成一凹槽，在凹槽中與定子14保持微小 氣隙IO，借i支架3相對(duì)應(yīng)裝置發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5。
見圖2、圖7及圖8，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5具體的安裝關(guān)系如下在各風(fēng)葉片2 的葉端部固定導(dǎo)磁圓環(huán)6，在所述導(dǎo)磁圓環(huán)6上等間距安裝磁性片7，組成發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁性件，導(dǎo)磁圓環(huán)6及其上貼附安裝的磁性片7嵌裝入上述凹槽中， 導(dǎo)磁圓環(huán)6的內(nèi)壁面與所述凹槽的槽口面持平，包括所述導(dǎo)磁圓環(huán)6的內(nèi)壁面 在內(nèi)，使風(fēng)流罩內(nèi)壁的壁面保持流線型形狀。上述安裝有磁性片7的圓環(huán)6及 所述風(fēng)葉裝置1構(gòu)成所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5與所述風(fēng)葉裝置1 集成為一體。合理的情況是發(fā)電機(jī)定子14、導(dǎo)磁圓環(huán)6及其上安裝的磁性片7 位于風(fēng)流罩罩體內(nèi)壁的最小口徑處。本實(shí)施例中氣隙10取值1毫米，定子14 的內(nèi)直徑84厘米，風(fēng)葉片2的直徑82厘米，定子14、圓環(huán)6和磁性片7可以 用常規(guī)發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子所用材料制作，例如，定子14由硅鋼片加線圈繞組 按其常規(guī)設(shè)計(jì)及工藝制作，轉(zhuǎn)子5的圓環(huán)6選用導(dǎo)磁低碳鋼、磁性片7選用釹 鐵硼材料按其常規(guī)工藝制作。本發(fā)明工作時(shí)，風(fēng)葉裝置1的各風(fēng)葉片2在風(fēng)力 的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，等效于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)發(fā)電。
本發(fā)明將定子嵌裝于風(fēng)流罩罩體中，極大限度地放大了發(fā)電機(jī)定(轉(zhuǎn))子 的直徑，見圖3，圖中示出半徑分別為R1及R2的兩個(gè)定(轉(zhuǎn))子，Rl的值大 于R2的值，相同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度e)的情況下，定子半徑為R1
的電機(jī)的感應(yīng)線圈可具有更高的(線)速度切割磁力線，從而可產(chǎn)生更大的感
應(yīng)電勢(shì)，顯著提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。圖3中定子半徑為Rl的電機(jī)中感 應(yīng)線圈切割磁力線的(線)速度VI大于定子半徑為R2的電機(jī)中感應(yīng)線圈切割 磁力線的(線)速度V2， Vl= (Rl/R2) XV2。 實(shí)施例'2:
見圖4、圖5所示，其與圖2所示實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于，相對(duì)圖 2中采用低碳鋼材料制成的圓環(huán)6，改為采用比重更低的鋁合金材料制成的圓 環(huán)17，圓環(huán)17上貼附由磁性材料制成的磁環(huán)15。圓環(huán)17與其上貼附的磁環(huán) 15及所述風(fēng)葉裝置1構(gòu)成所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5，磁環(huán)15所用材料可與實(shí)施例1 相同，本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)也與實(shí)施例l所述相同。
實(shí)施例3:
見圖6所示，風(fēng)葉裝置1中各風(fēng)葉片2的一端以及所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5分 別連接于水平轉(zhuǎn)軸4，所述風(fēng)葉裝置1通過水平轉(zhuǎn)軸4帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 5轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子5與所述風(fēng)葉裝置1安裝為兩體。圖6中，定子14以及 轉(zhuǎn)子5的結(jié)構(gòu)'及其安裝關(guān)系與圖2及圖8相同，所不同的是轉(zhuǎn)子圓環(huán)6及貼附 其上的磁性片7固定在獨(dú)立的支架16上，支架16與水平轉(zhuǎn)軸4連接。本實(shí)施 例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1所述相同。
權(quán)利要求
1、高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其包括由各風(fēng)葉片的一端分別連接于水平轉(zhuǎn)軸的風(fēng)葉裝置，各風(fēng)葉片另一端的外圍裝置風(fēng)流罩，其特征在于在風(fēng)流罩的罩體上嵌裝發(fā)電機(jī)的定子，發(fā)電機(jī)的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體，與所述發(fā)電機(jī)的定子相對(duì)應(yīng)裝置發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
2、 按權(quán)利要求l所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成如下在所述風(fēng)葉裝置中各風(fēng)葉片另一端的端部連接有磁性 件，由該磁性件與所述風(fēng)葉裝置集成，構(gòu)成所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
3、 按權(quán)利要求1或2所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是所述風(fēng)流罩罩體由風(fēng)流罩'前罩體、發(fā)電機(jī)定子罩體以及風(fēng)流罩后罩體分段順序連接構(gòu)成，其中發(fā)電機(jī)定子罩體由發(fā)電機(jī)定子及包覆其外的罩殼構(gòu)成；發(fā)電機(jī)定子罩體與 其相鄰處的所述風(fēng)流罩前罩體以及風(fēng)流罩后罩體比較，其厚度小于兩者，但其 內(nèi)徑大于兩者，由此在風(fēng)流罩罩體的內(nèi)壁上形成一個(gè)凹槽，在該凹槽中嵌入與 所述發(fā)電機(jī)的定子相對(duì)應(yīng)裝置的所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁性件，該磁性件的內(nèi)壁面 與所述凹槽的槽口面持平，包括該磁性件的內(nèi)壁面在內(nèi)，風(fēng)流罩內(nèi)壁的壁面保 持流線型形狀。
4、 按權(quán)利要求2或3所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是所述磁性件 是一磁性圓環(huán)體。
5、 按權(quán)利要求2或3所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是所述磁性件 包括一導(dǎo)磁圓環(huán)體，在導(dǎo)磁圓環(huán)體上安裝有磁性片。
6、 按權(quán)利要求3所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是所述發(fā)電機(jī)的定 子與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁性件位于風(fēng)流罩罩體內(nèi)壁的最小口徑處。
7、 按權(quán)利要求1所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是所述風(fēng)葉裝置中 各風(fēng)葉片的一端以及所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子分別連接于水平轉(zhuǎn)軸，風(fēng)葉裝置位于風(fēng) 流罩罩體內(nèi)壁的最小口徑處，風(fēng)葉裝置通過水平轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)葉裝置安裝為兩體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效率小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為充分利用并擴(kuò)增風(fēng)流罩的作用，提高現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率而設(shè)計(jì)。其包括由各風(fēng)葉片的一端分別連接于水平轉(zhuǎn)軸的風(fēng)葉裝置，在風(fēng)葉裝置中各風(fēng)葉片另一端的外圍裝置風(fēng)流罩，其特征在于在風(fēng)流罩的罩體內(nèi)嵌裝發(fā)電機(jī)的定子，發(fā)電機(jī)的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體；發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以與風(fēng)葉裝置結(jié)合為一體或分開為兩體安裝。上述結(jié)構(gòu)極大限度地加大了發(fā)電機(jī)定(轉(zhuǎn))子的直徑，在同等轉(zhuǎn)速前提下使發(fā)電機(jī)感應(yīng)線圈得以更高的速度切割磁力線，由此提高風(fēng)機(jī)的效能。本發(fā)明主要用于風(fēng)力資源豐富的城市或居住區(qū)。
文檔編號(hào)F03D1/04GK101113720SQ200710130878
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者嶺 秦, 薛慶康 申請(qǐng)人:秦 嶺;薛慶康