雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)
[000。（一）技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明設(shè)及一種雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于新能源應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
[000引仁）【背景技術(shù)】 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電是近年興起風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，是一種W風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，也稱 無(wú)齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于齒輪和軸承都是易損零件，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔桿頂上，機(jī)艙面積狹小 維修困難，為了避免齒輪維護(hù)和換件困難，從而催生直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其在國(guó)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)已部分 應(yīng)用，齒輪箱已成功被取消了，機(jī)械制造工作量減少，機(jī)械故障和維護(hù)工作量顯著減少，機(jī) 械傳動(dòng)被取消，機(jī)械效率高，全功率變流，交流直流交流變頻，電效率也高了。但是直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)目前也存在突出問(wèn)題；發(fā)電機(jī)的成本太高，由于風(fēng)輪低速，發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速也 低，要保證旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)電臨界速度，采用多極永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的直徑超出常規(guī)，給 制造、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)帶來(lái)一系列困難，造成費(fèi)用升高，致使整個(gè)機(jī)組成本增高，風(fēng)電本來(lái) 就因其成本高而須政府補(bǔ)貼才得W實(shí)施，在此關(guān)鍵問(wèn)題上競(jìng)爭(zhēng)力下降了，若不改進(jìn)則前景 甚憂。
[000引巨）
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可省去價(jià)格昂貴的稀±永磁 材料，和免除退磁現(xiàn)象，克服直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)成本高，增大發(fā)電功率的雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括塔架，塔架上端設(shè)有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)上端設(shè)有機(jī)艙， 其特征在于：所述的發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子連接前風(fēng)輪，定子連接后風(fēng)輪，前風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)動(dòng)方向與后風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
[000引其中： 所述的前風(fēng)輪通過(guò)前風(fēng)輪軸與轉(zhuǎn)子連接，后風(fēng)輪通過(guò)后風(fēng)輪軸與定子連接，定子安裝 在軸承上隨后風(fēng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006] 所述的發(fā)電機(jī)為勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子為繞線式轉(zhuǎn)子，可省去價(jià)格昂貴的稀±永 磁材料，和免除退磁現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)的用材、運(yùn)輸、安裝和制造工藝都和普通電機(jī)相同，其成本 也大幅度下降，克服了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)成本高的缺點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)如下工作原理實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明轉(zhuǎn)子是磁極，定子是感應(yīng)繞組，風(fēng)輪轉(zhuǎn) 速nl直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，切割定子繞組導(dǎo)線產(chǎn)生電壓電流發(fā)出功率N，功率N與轉(zhuǎn)速 nl成正比與力矩M也成正比，若保持功率N不變，則增加轉(zhuǎn)速n可W減小力矩M，力矩是電磁 力F成正比與電磁半徑也成正比，如果定子繞組不變，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，若要電磁力矩改 變，只有電磁半徑可變，前風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速nl，后風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速n2,方向是相反的，故定子繞組線 的切割速度是相加了，發(fā)電功率也增加，要保持發(fā)電功率N不變，則電磁場(chǎng)半徑要減小，也 就是說(shuō)發(fā)電機(jī)的直徑減小，其理論數(shù)值可減少百分之五十W上，從而其成本也大幅度下降， 克服了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)成本高的缺點(diǎn)。
[0008] 當(dāng)本發(fā)明用于半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，效果會(huì)更佳，前后風(fēng)輪有了增速比的輸入，使得 發(fā)電機(jī)尺寸大為縮小，可用普通交流發(fā)電機(jī)，力矩半徑不用縮小，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率增大。
[0009] 本發(fā)明同時(shí)可用普通多速交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)可變速直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使得發(fā)電機(jī)適 應(yīng)風(fēng)輪的速度范圍更大，可使風(fēng)力發(fā)電在相同的迎風(fēng)面積多發(fā)出電能，從而大幅度降低風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的成本和提高風(fēng)場(chǎng)的效率。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；成本也大幅度下降，克服了直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)成本高的缺點(diǎn)；增大發(fā)電功率，提高風(fēng)場(chǎng)的效率。
[0011] (四）【附圖說(shuō)明】 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012] 附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為傳動(dòng)原理結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3為半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理示意圖。
[0013] 圖中：1、塔架；2、發(fā)電機(jī)；3、機(jī)艙；4、轉(zhuǎn)子；5、定子；6、前風(fēng)輪；7、后風(fēng)輪；8、前風(fēng) 輪軸；9、后風(fēng)輪軸。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 附圖為本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0015] 如圖1所示的本發(fā)明雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括塔架1，塔架1上端設(shè)有發(fā)電機(jī) 2,發(fā)電機(jī)2上端設(shè)有機(jī)艙3,所述的發(fā)電機(jī)1包括轉(zhuǎn)子4和定子5,轉(zhuǎn)子4連接前風(fēng)輪6,定 子5連接后風(fēng)輪7,前風(fēng)輪6的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與后風(fēng)輪7轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，前風(fēng)輪6通過(guò)前風(fēng)輪軸 8與轉(zhuǎn)子4連接，后風(fēng)輪7通過(guò)后風(fēng)輪軸9與定子5連接，定子5安裝在軸承上隨后風(fēng)輪7 一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016] 如圖2所示，前風(fēng)輪6吸收來(lái)風(fēng)動(dòng)能作功傳給發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子4,其轉(zhuǎn)速為nl，產(chǎn) 生磁場(chǎng)力矩是M，后風(fēng)輪7吸收尾流動(dòng)能作功為N2,傳給直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子5,其轉(zhuǎn)速為n2， 磁場(chǎng)力矩也是M，W下是轉(zhuǎn)速、力矩和功率的標(biāo)準(zhǔn)公式 nM=CN，公式中C是常數(shù)與公式參數(shù)采用單位制有關(guān)，現(xiàn)有技術(shù)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)速n=nl，本發(fā)明多了個(gè)n2,n=nl+n2,并設(shè)n2=i*nl，i是前后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速比，則W下公式：
公式中F是磁場(chǎng)力，R的磁場(chǎng)半徑，由公式可知磁 場(chǎng)力F未變，要保持N不變，只有磁場(chǎng)半徑R變小，也就說(shuō)是直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直徑減小了， 減小多少與前后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速比i有關(guān)，根據(jù)前后風(fēng)輪的功率分配和風(fēng)能利用系數(shù)可求得i， 設(shè)；來(lái)風(fēng)動(dòng)能E，前風(fēng)輪作功NI,后風(fēng)輪作功N2,來(lái)風(fēng)速度為VI，尾流動(dòng)能為E2,風(fēng)速為V2， 根據(jù)流體力學(xué)動(dòng)能公式則有

取=0. 4,則i=l. 29代入公式則r=0. 44R，也就是說(shuō)本發(fā)明的雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)直 徑可W比現(xiàn)有技術(shù)單風(fēng)輪直驅(qū)發(fā)電機(jī)直徑減小56%，小一半還多。為了補(bǔ)償后風(fēng)輪的費(fèi)用， 可W在機(jī)艙尺寸允許情況下，適當(dāng)增大rW求機(jī)組多發(fā)出電能，W補(bǔ)償后風(fēng)輪的建造費(fèi)用。
[0017] 如圖3所示，半直驅(qū)與直驅(qū)區(qū)別在于風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)2之間設(shè)齒輪增速箱，其 增速比是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速比大小的一半W下，現(xiàn)有技術(shù)半直驅(qū)電力發(fā)電增速 箱增的速比常用在40W下，有了運(yùn)級(jí)增速，發(fā)電機(jī)的尺寸已經(jīng)不大了，成本已經(jīng)降下 來(lái)，沒(méi)必要把電機(jī)尺寸再縮小了，而雙風(fēng)輪所增加效益將是同等迎風(fēng)面積的功率增大。
[0018] 代入N的公式得：
j瑪是前風(fēng)輪的功率，也是現(xiàn)有技術(shù)半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率，將那i與本發(fā)明合成功率N相比可得本發(fā)明功率增加比例系數(shù)Q
取C, =0. 4,則Q=L6,就是說(shuō)本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)半直驅(qū)力發(fā)電機(jī)功率增加百分之六十。
[0019] 半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前增速箱7的速比ii，與后變速箱8的速比是不相同的，因?yàn)?前后風(fēng)輪的風(fēng)速不同，從前風(fēng)輪到后風(fēng)輪有速比i:
本實(shí)施例取(? =0. 4,得=1. 29,取^ =36,得套=27. 9,速比是根據(jù)風(fēng)能利用系數(shù)算出，但 是要達(dá)到輿值，需用變距角資調(diào)整前后風(fēng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速，當(dāng)I=0,轉(zhuǎn)速n=0,當(dāng)變距角達(dá)到某 一數(shù)值，達(dá)到最大功率，前風(fēng)輪的功率網(wǎng)是前風(fēng)輪變距角蔚的函數(shù)，卻=/(汽)，而后風(fēng)輪 的功率i'/;是后風(fēng)輪變距竊的函數(shù)，同時(shí)后風(fēng)輪的來(lái)風(fēng)與前風(fēng)輪的變距角A也有關(guān)系，因此 化=/(庫(kù)瑞)機(jī)組的功率N是前后風(fēng)輪作功之和，則有： 恥=JVjv; = /蝸) + /(舟知） 取偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零即得N的極大值； CliV=驢(如+日/(馮,&) = 0 求解偏微分方程公式6用一般方法有困難，但是公式6有個(gè)邊界條件，即前風(fēng)輪必須是 最大功率，即尸咕）=0,先解出奠代入/XA.0解出搔利用縛與激空制前和后風(fēng)輪的轉(zhuǎn) 動(dòng)，使得本發(fā)明達(dá)到最大功率N。
[0020] 當(dāng)本發(fā)明用于半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，效果會(huì)更佳，前后風(fēng)輪有了增速比的輸入，使得 發(fā)電機(jī)2尺寸大為縮小，可用普通交流發(fā)電機(jī)，力矩半徑不用縮小，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率增 大；本發(fā)明同時(shí)可用普通多速交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)可變速直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使得發(fā)電機(jī)適應(yīng)風(fēng)輪 的速度范圍更大，可使風(fēng)力發(fā)電在相同的迎風(fēng)面積多發(fā)出電能，從而大幅度降低風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的成本和提高風(fēng)場(chǎng)的效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括塔架（1)，塔架（1)上端設(shè)有發(fā)電機(jī)（2)，發(fā)電機(jī) (2)上端設(shè)有機(jī)艙（3)，其特征在于：所述的發(fā)電機(jī)（2)包括轉(zhuǎn)子（4)和定子（5)，轉(zhuǎn)子（4)連 接前風(fēng)輪（6)，定子（5)連接后風(fēng)輪（7)，前風(fēng)輪（6)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與后風(fēng)輪（7)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的前風(fēng)輪（6)通過(guò) 前風(fēng)輪軸（8 )與轉(zhuǎn)子（4 )連接，后風(fēng)輪（7 )通過(guò)后風(fēng)輪軸（9 )與定子（5 )連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的定子（5)安裝在 軸承上隨后風(fēng)輪（7) -起轉(zhuǎn)動(dòng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)（2)為勵(lì) 磁同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子（4 )為繞線式轉(zhuǎn)子。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新能源應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該雙風(fēng)輪直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括塔架，塔架上端設(shè)有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)上端設(shè)有機(jī)艙，其特征在于：所述的發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子連接前風(fēng)輪，定子連接后風(fēng)輪，前風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與后風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使得轉(zhuǎn)子與定子相對(duì)轉(zhuǎn)速增加,發(fā)電機(jī)直經(jīng)大幅減小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；成本也大幅度下降，克服了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)成本高的缺點(diǎn)；增大發(fā)電功率，提高風(fēng)場(chǎng)的效率。
【IPC分類】F03D1/02, F03D9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105201750
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510667234
【發(fā)明人】岑益南
【申請(qǐng)人】岑益南
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月16日