專利名稱：弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種再生能源的發(fā)生和利用裝置，確切地說(shuō)，涉及一種利用風(fēng)能的弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置。
能源是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在某種意義上講，人類社會(huì)得以發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的應(yīng)用。隨著社會(huì)的進(jìn)展，人類消耗的能源能日趨枯竭，還帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，人們努力尋求可以替代煤炭、石油等化石資源的新的能源。太陽(yáng)能、地?zé)?、水力、風(fēng)能、潮汐等可以在地球環(huán)境中周而復(fù)始地從自然現(xiàn)象中獲得可再生能源日益引起人們的重視和開(kāi)發(fā)利用。其中風(fēng)能是太陽(yáng)輻射造成地球各部分受熱不均勻、引起空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，又沒(méi)有任何污染，因此，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分注重風(fēng)力資源的開(kāi)發(fā)。據(jù)測(cè)算，地球上近地層風(fēng)能總儲(chǔ)量約1.3×1012千瓦，而我國(guó)的風(fēng)能總儲(chǔ)量估計(jì)為1.6×109千瓦，在世界各國(guó)排列第三，有很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。實(shí)際上，早在中世紀(jì)，世界各地就產(chǎn)生了形形式式的原始風(fēng)力利用裝置，而在當(dāng)代，出于環(huán)境保護(hù)的緊迫性，能將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能、機(jī)械能、熱能等其他形式的能量的各種風(fēng)力裝置更是不斷問(wèn)世，其中全世界用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)超過(guò)所有風(fēng)力裝置的三分之二，然而至今還沒(méi)有一種高性能、高經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單易行的風(fēng)力發(fā)電裝置研制成功。申請(qǐng)人以前先后研制了“風(fēng)帆式風(fēng)力動(dòng)力裝置”(專利號(hào)92112158.X)和“數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置”(專利號(hào)93201285.X)也是為了能在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)上有所突破，為開(kāi)發(fā)利用這種再生能源，把它作為一種可靠的補(bǔ)充能源而應(yīng)用于人類生活作出自己的努力和貢獻(xiàn)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎簡(jiǎn)單的弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置是采用鋸弓弦葉式風(fēng)力部件，利用金屬薄板材料制成的弦葉來(lái)替代傳統(tǒng)風(fēng)力裝置的漿葉，再輔以數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的包括有立軸式風(fēng)力部件、聯(lián)軸器、支架、稀土全速同步電機(jī)及其數(shù)字控制裝置，上述立軸通過(guò)徑向止推軸承固定在金屬支架上，立軸下端通過(guò)聯(lián)軸器與稀土同步電機(jī)中的用稀土永磁材料制作的轉(zhuǎn)子相連接；其特征在于上述立軸式風(fēng)力部件為鋸弓弦葉式，即由立軸，緊固在立軸上下兩端、呈徑向?qū)ΨQ安裝的四根橫梁，以及繃緊固定在每一側(cè)上下橫梁另一端之間的金屬薄板所構(gòu)成。
上述鋸弓弦葉式風(fēng)力部件的金屬薄板材可以采用大型帶鋸的鋼片胚料，也可以采用鋁合金薄板材。
上述鋸弓弦葉式風(fēng)力部件的立軸上端可以安裝在龍門架式的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)。
該裝置可以用多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成陳列，此時(shí)，每臺(tái)裝置的立軸上端應(yīng)用金屬纜繩呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水平拉緊固定。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其風(fēng)力部件采用金屬薄板作為風(fēng)力轉(zhuǎn)子的葉片，不僅型面簡(jiǎn)單(平面)，受力狀態(tài)也比螺旋漿簡(jiǎn)單得多；既不要作復(fù)雜的型面設(shè)計(jì)，也不要作高難度的型面加工。該葉片長(zhǎng)度不受加工能力所限，可以方便地根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)力資源品位、所驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的功率大小而選擇弦葉的長(zhǎng)短和寬窄，且加工制造相當(dāng)容易，造價(jià)低廉。該弦葉兩端張緊固定在立軸上下橫梁的兩側(cè)，形成了類似中國(guó)木工鋸式的兩個(gè)弓形受張弦的輕型框架作為風(fēng)力轉(zhuǎn)子構(gòu)件，與風(fēng)帆式風(fēng)力部件相比較，更加簡(jiǎn)單有效。而與傳統(tǒng)旋翼式風(fēng)力轉(zhuǎn)子作比較，摒棄了后者葉片型面復(fù)雜，制造難度大；又為懸臂梁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度要求高，還需要支撐塔，風(fēng)向適應(yīng)性差，抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊極其脆弱等多項(xiàng)缺陷。其中橫梁可以選用型鋼等材料在現(xiàn)場(chǎng)制造安裝，使風(fēng)力發(fā)電裝置的制造成本降低到可以付諸普及推廣的程度。據(jù)悉，美國(guó)目前每千瓦時(shí)的風(fēng)電價(jià)約6-7美分，美國(guó)加州風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)電成本最低，即每度電4美分。采用本實(shí)用新型的風(fēng)力部件結(jié)構(gòu)，可望將風(fēng)力成本控制在2-3美分內(nèi)，從而，使影響風(fēng)力發(fā)電推廣應(yīng)用的主要難點(diǎn)有望得到解決。
本實(shí)用新型的另一特點(diǎn)是利用數(shù)控稀土全速同步電機(jī)(專利號(hào)CN91101413.6)作為風(fēng)能/電能的轉(zhuǎn)換設(shè)備，即風(fēng)力部件的立軸經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)該電機(jī)的用稀土永磁材料制成的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，其中電機(jī)還可以裝有諧波齒輪、擺線齒輪或游星式齒輪構(gòu)成的同軸增速器，以提高能量轉(zhuǎn)換效率。發(fā)電機(jī)的饋電輸出經(jīng)功率電子電路構(gòu)成的調(diào)壓器、逆變電源進(jìn)入電網(wǎng)，并由微型計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)、電子調(diào)壓器和逆變電源進(jìn)行數(shù)字控制，以便根據(jù)風(fēng)力資源的大小，實(shí)時(shí)改變風(fēng)力部件的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和稀土電機(jī)的三相電樞串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證能夠有效利用風(fēng)力和輸出電壓比較穩(wěn)定，處在優(yōu)化工況下運(yùn)行操作。這些特點(diǎn)與申請(qǐng)人的專利技術(shù)“數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置”基本相同或相似，故不再詳述。


圖1是本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)控發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖2是本實(shí)用新型構(gòu)成陣列式系統(tǒng)的方框示意圖。
參見(jiàn)
圖1，本實(shí)用新型是由立軸式風(fēng)力部件的機(jī)械構(gòu)件和數(shù)控發(fā)電裝置兩部分構(gòu)成，兩者通過(guò)聯(lián)軸器、支架和稀土全速同步電機(jī)組成整個(gè)系統(tǒng)裝置。其中風(fēng)力部件包括有主軸1、緊固在立軸1上下兩端呈徑向?qū)ΨQ安裝的四根用型鋼制成的橫梁，即兩個(gè)上橫梁2、兩個(gè)下橫梁3以及繃緊固定在每一側(cè)上下橫梁另一端之間的金屬薄板制成的弦葉4，整個(gè)風(fēng)力部件呈中國(guó)木工鋸弓式輕型結(jié)構(gòu)。這里的金屬薄板弦葉4具有一定的寬度，以便能夠承受風(fēng)力載荷。它既是弓架的張緊拉弦，也是風(fēng)力轉(zhuǎn)子的受力葉片；可以用大型帶鋸鋼片的胚料制作，也可以鋁合金薄板加工制成，上述風(fēng)力部件通過(guò)其立軸1和徑向止推軸承固定在金屬支架7上，在支架7底端設(shè)有水泥地基8。立軸1下端通過(guò)聯(lián)軸器5與稀土同步電機(jī)6中的稀土永磁轉(zhuǎn)子相連接。立軸1上端可以安裝在龍門架式的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)。為了提高風(fēng)力利用效率，該電機(jī)6中可以設(shè)有用諧波齒輪、擺線齒輪或游星齒輪構(gòu)成的同軸增速器。本實(shí)用新型的風(fēng)力轉(zhuǎn)子的工作原理是由立軸1兩側(cè)的弦葉葉片4承載風(fēng)力作用的矢量推動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)風(fēng)力部件旋轉(zhuǎn)輸出能量給發(fā)電機(jī)。由于結(jié)構(gòu)原理，作為立軸式風(fēng)力轉(zhuǎn)子的本實(shí)用新型葉片處于不同迎風(fēng)相位角度時(shí)，其能量輸出會(huì)呈明顯的正弦狀波動(dòng)，它既不能僅憑風(fēng)力自行啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，又必須實(shí)時(shí)跟蹤風(fēng)速才能有效利用風(fēng)能。所以如果配上普通發(fā)電機(jī)，該風(fēng)力部件難以奏效。作為本實(shí)用新型的另一重要組成一稀土全速同步電機(jī)6可以在從低速至超高速范圍的任何一個(gè)狀態(tài)下平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到全速動(dòng)平衡，特別適應(yīng)風(fēng)力資源不穩(wěn)定、時(shí)大時(shí)小的隨機(jī)情況；再輔以功率電子電路構(gòu)成的調(diào)壓器9、逆變電源10和對(duì)同步電機(jī)6、調(diào)壓器9和逆變電源10進(jìn)行數(shù)字控制的微型計(jì)算機(jī)12，就可以實(shí)時(shí)采集風(fēng)力參數(shù)，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的實(shí)時(shí)過(guò)程控制軟件而隨機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子或風(fēng)力部件處于最佳運(yùn)行工況，在各種風(fēng)速、風(fēng)向下都能正常運(yùn)行，甚至在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊下也不會(huì)損壞，也就是說(shuō)，本實(shí)用新型較好地解決了發(fā)電機(jī)與風(fēng)速的全速動(dòng)態(tài)響應(yīng)與匹配問(wèn)題。本實(shí)用新型中的稀土全速同速電機(jī)6里的定子感應(yīng)生成的電動(dòng)勢(shì)被引出成為電流而饋人電子調(diào)壓器9，再經(jīng)逆變電源10饋入電網(wǎng)11。整個(gè)發(fā)電過(guò)程均在微機(jī)12的數(shù)字監(jiān)控管理下進(jìn)行。
本實(shí)用新型裝置可以單獨(dú)安裝使用，但如果多臺(tái)本實(shí)用新型裝置組陣安裝使用，更能提高系統(tǒng)的輸出電能品質(zhì)和降低系統(tǒng)品質(zhì)。參見(jiàn)圖2所示的陣列系統(tǒng)示意圖。圖中20是各個(gè)風(fēng)力部件與稀土全速同步電機(jī)構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，10A和10B則是若干個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共用的包括有電子調(diào)壓器和逆變電源的數(shù)字控制裝置，12A則為進(jìn)行實(shí)時(shí)過(guò)程控制的微型計(jì)算機(jī)，通過(guò)碼分多址方式分別對(duì)各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝置進(jìn)行優(yōu)化工況控制。組陣使用時(shí)，各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底部固定在地面，立軸的頂部則可用鋼絲纜繩呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水平拉緊，聯(lián)成預(yù)應(yīng)力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，不僅具有很強(qiáng)的抗風(fēng)能力，還能節(jié)省大量結(jié)構(gòu)鋼材。
權(quán)利要求1.一種弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置，包括有立軸式風(fēng)力部件、聯(lián)軸器、支架、稀土全速同步電機(jī)及其數(shù)字控制裝置，上述立軸通過(guò)徑向止推軸承固定在金屬支架上，立軸下端通過(guò)聯(lián)軸器與稀土同步電機(jī)中的用稀土永磁材料制作的轉(zhuǎn)子相連接；其特征在于上述立軸式風(fēng)力部件為鋸弓弦葉式，即由立軸，緊固在立軸上下兩端、呈徑向?qū)ΨQ安裝的四根橫梁，以及繃緊固定在每一側(cè)上下橫梁另一端之間的金屬薄板所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于上述鋸弓弦葉式風(fēng)力部件的金屬薄板材可以采用大型帶鋸的鋼片胚料，也可以采用鋁合金薄板材。
3.如權(quán)利要求1所述的弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于上述鋸弓弦葉式風(fēng)力部件的立軸上端可以安裝在龍門架式的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于該裝置可以用多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成陳列，此時(shí)，每臺(tái)裝置的立軸上端應(yīng)用金屬纜繩呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水平拉緊固定。
專利摘要一種弦葉式數(shù)控全速風(fēng)力發(fā)電裝置,是由立軸、立軸上下兩端呈徑向?qū)ΨQ安裝的四個(gè)橫梁,以及繃緊固定在每一側(cè)上下橫梁另一端之間的金屬薄板構(gòu)成的鋸弓弦葉式風(fēng)力部件,與聯(lián)軸器、支架、稀土全速同步電機(jī)及其數(shù)字控制裝置所組成的新型風(fēng)能利用裝置。該裝置風(fēng)力部件結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本大為降低,結(jié)構(gòu)部件可以現(xiàn)場(chǎng)就地制造,再充分利用稀土全速同步電機(jī)及其數(shù)字控制裝置的當(dāng)代技術(shù),可望將風(fēng)電成本明顯降低而使本實(shí)用新型能夠普及推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F03D5/00GK2295853SQ9720000
公開(kāi)日1998年10月28日 申請(qǐng)日期1997年1月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月2日
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