專利名稱：積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電機(jī)，具體涉及一種可用于風(fēng)力發(fā)電和三峽發(fā)電，并且風(fēng)能利用率高、發(fā)電能力強(qiáng)，在使用時(shí)可以根據(jù)風(fēng)力大小加載或卸載而且成本低廉的積木式 風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，在節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境以及發(fā)展創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的大趨勢(shì)下，同時(shí)在各級(jí)政府 的大力支持下，風(fēng)力發(fā)電事業(yè)得到高度重視和迅速發(fā)展。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的槳葉旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使線圈切割磁力線產(chǎn)生電流?，F(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電 機(jī)，其線圈繞組和磁場(chǎng)強(qiáng)度都固定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率成正比，只要 轉(zhuǎn)速恒定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓頻率就能維持不變。但是，大自然中的風(fēng)能大小是不確定的， 風(fēng)能對(duì)槳葉的推動(dòng)力也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電壓頻 率發(fā)生變化，輸出電壓并不穩(wěn)定。而且，現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)還存在風(fēng)能浪費(fèi)的問(wèn)題當(dāng)風(fēng)能過(guò)小時(shí)，發(fā)電機(jī)不工作；當(dāng)風(fēng) 能過(guò)大時(shí)，發(fā)電機(jī)也不能充分利用全部風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。現(xiàn)在，世界范圍內(nèi)的發(fā)電廠對(duì)風(fēng)能的 利用率最高不超過(guò)20%?，F(xiàn)有的發(fā)電機(jī)是一個(gè)整體，其負(fù)載不能跟隨風(fēng)力大小變化而變化?，F(xiàn)有發(fā)電機(jī)采 用矽鋼片，渦流損耗大，體積大而重，不能用于高頻發(fā)電機(jī)。三峽的升壓變壓器有幾層樓高， 電機(jī)尺寸過(guò)大，重量大、占地面積大，搬運(yùn)不便，設(shè)計(jì)和制造工藝復(fù)雜，成本極高。在現(xiàn)在的 發(fā)電機(jī)中，‘轉(zhuǎn)子’的‘爪子’的磁力線方向是順著‘爪子’的方向。它與工作時(shí)需要磁力線 方向是相互垂直的，實(shí)際上‘爪子’表面的磁力線是在空中轉(zhuǎn)了一個(gè)90度的彎，對(duì)N、S極都 一樣，而‘爪子’中的磁力線大多都沒(méi)有發(fā)揮作用。這是一個(gè)很大的浪費(fèi)。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示， 現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電廠在三級(jí)至四級(jí)以下風(fēng)力時(shí)有高達(dá)60%發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn)不發(fā)電，導(dǎo)致全年的風(fēng) 能利用率大大降低。

實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種風(fēng)能利用率高 和發(fā)電能力強(qiáng)、在使用時(shí)可以根據(jù)風(fēng)力大小加載或卸載并且成本低廉的積木式風(fēng)力發(fā)電 機(jī)。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括一組圍成一圈 的小發(fā)電機(jī)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組可加載或卸載。幾百 個(gè)小發(fā)電機(jī)作為一組，當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)可跟隨風(fēng)力大小加載或卸載，風(fēng)能 的大部分轉(zhuǎn)化為電能。本實(shí)用新型是利用計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源的高頻工作原理，把發(fā)電機(jī)的工 作頻率提高一定倍數(shù)。因?yàn)殡妷篣 = df(x)/dt，頻率與時(shí)間成反比，在公式中頻率擴(kuò)大一定 倍數(shù)，電壓就擴(kuò)大同樣的倍數(shù)；我們不要求電壓加大，而是電壓不變，線圈繞組的圈數(shù)縮小 同樣倍數(shù)。這樣提高頻率后就可以加大變化率，最終提高磁場(chǎng)變化效率。[0007]所述轉(zhuǎn)子為U形永磁鐵，所述U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的 轉(zhuǎn)子；每個(gè)U形永磁鐵的中心線都通過(guò)所圍成的圓圈的中心；與每個(gè)U形永磁鐵對(duì)應(yīng)的位 置設(shè)有定子，所述定子排布成一圈圍繞在整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外圍構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的定子。U形永 磁鐵的N、S極爪子的外形不是方形，而更像大寫(xiě)英文字母“U”，很多個(gè)U形永磁鐵疊加成一 對(duì)N、S “爪子”條，幾百條圍成一圈構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，U形永磁鐵的磁力線幾乎全部用 于發(fā)電。所述定子為鐵氧體軟磁鐵，所述轉(zhuǎn)子的N、S極爪子為鐵氧體永磁鐵。鐵氧體是絕 緣體，渦流損耗小，適合于高頻工作。所述定子為凹字形，定子上設(shè)有用于纏繞線圈繞組的凹口，相鄰兩凹口間的距離 為5 20毫米。凹口較小，只要放幾十圈線圈繞組即可，線圈寬度大大變窄，幾乎能節(jié)省一 半的銅線，發(fā)熱量也隨之降低。所述定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙為1 5毫米。所述定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙為1毫米。所述的一組小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為100 800個(gè)。小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)要根據(jù)風(fēng)機(jī)的變速 輸出來(lái)決定，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為200個(gè)，整個(gè)積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 直徑小一些；當(dāng)轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為600個(gè)，整個(gè)積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直 徑大一些。又如，當(dāng)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為100個(gè)；當(dāng)轉(zhuǎn)速為375r/min時(shí)， 小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為800個(gè)。每一組圍成一圈的小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)越多，總發(fā)電機(jī)的工作頻率 越高。用積木發(fā)電繞組排列組合方法，可以在低轉(zhuǎn)速下繼續(xù)發(fā)電，從理論上講，甚至于0. 5r/ min(齒輪箱輸出)都能發(fā)電。在低風(fēng)速情況下，可對(duì)發(fā)電機(jī)的繞組用串聯(lián)的方式提高輸出電壓。可將兩個(gè)或多 個(gè)小發(fā)電機(jī)的繞組串聯(lián)。從理論上講，有多少個(gè)小發(fā)電機(jī)繞組，都能串成一個(gè)大繞組，這些 都由計(jì)算機(jī)來(lái)控制?？赏ㄟ^(guò)繼電器或雙向可控硅控制。所述的一組圍成一圈的可控小發(fā)電機(jī)作為一個(gè)模塊，在該模塊的軸向可以疊加若 干同樣的模塊。模塊的數(shù)量越多，總發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率越高。每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組由計(jì)算機(jī)控制加載或卸載。當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電的時(shí)候，運(yùn) 用計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)力大小進(jìn)行控制。有益效果本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)突破傳統(tǒng)思維，將一臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為幾百個(gè)發(fā) 電繞組(小發(fā)電機(jī))，在機(jī)械不發(fā)生變化的前提下，每個(gè)小發(fā)電機(jī)都能自由加載或卸載，可 以根據(jù)風(fēng)能大小而改變，能夠大大提高發(fā)電量，對(duì)風(fēng)能的利用率也超過(guò)公認(rèn)的20%，發(fā)電成 本大大降低；2、本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的體積大大變小，而且可以實(shí)現(xiàn)模塊化疊加組 裝，能夠像堆積木塊一樣將多臺(tái)疊加組合，安裝方便，一、二拾臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)都可疊加在一起， 可以節(jié)省設(shè)計(jì)成本；3、本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本上是由一臺(tái)發(fā)電機(jī)的原材料，制造出幾百 臺(tái)同功率的小發(fā)電機(jī)組，發(fā)電效率極大提高的同時(shí)發(fā)電機(jī)成本大大下降，本實(shí)用新型的造 價(jià)不到原有發(fā)電機(jī)的十分之一；4、本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)用作三峽的發(fā)電機(jī)時(shí)，升壓變壓器的體積可以
4大大變小，渦流損耗大大減少，能夠降低重量，安裝成本也隨之降低；5、本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，操作簡(jiǎn)單、安裝方便、組裝靈活，有利于擴(kuò)大 生產(chǎn)和推廣使用。

圖1為本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中每個(gè)小發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括一組圍成一圈的小發(fā)電 機(jī)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)包括定子1和轉(zhuǎn)子2，每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組可加載或卸載。幾百個(gè)小 發(fā)電機(jī)作為一組，當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)可跟隨風(fēng)力大小加載或卸載，風(fēng)能的大 部分轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)子2為U形永磁鐵，U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構(gòu)成整個(gè)電機(jī) 的轉(zhuǎn)子；U形永磁鐵固定在圓筒上時(shí)，可以用卡子固定；每個(gè)U形永磁鐵的中心線都通過(guò)所 圍成的圓圈的中心；與每個(gè)U形永磁鐵對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有定 子1，定子1排布成一圈圍繞在整 個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外圍構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的定子。定子1為鐵氧體軟磁鐵，轉(zhuǎn)子2的N、S極爪子為 鐵氧體永磁鐵。鐵氧體是絕緣體，渦流損耗小，適合于高頻工作。U形永磁鐵的參數(shù)與大小， 要通過(guò)工作中的實(shí)際情況進(jìn)行校正，一般來(lái)說(shuō)是越小越好。而磁鐵的不同配方比和加工工 藝，也會(huì)對(duì)該參數(shù)產(chǎn)生較大的影響。通常，為了節(jié)省銅線和降低熱量，將定子1設(shè)計(jì)為為凹字形，定子1上設(shè)有用于纏 繞線圈繞組的凹口 3，相鄰兩凹口 3間的距離為5 20毫米。凹口 3較小，只要放幾十圈線 圈繞組即可，線圈寬度大大變窄，幾乎能節(jié)省一半的銅線，發(fā)熱量也隨之降低。定子1和轉(zhuǎn) 子2之間的間隙為1 5毫米，如果技術(shù)允許，最好將定子1和轉(zhuǎn)子2之間的間隙為設(shè)置為 1毫米。本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是利用計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源的高頻工作原理，把發(fā)電 機(jī)的工作頻率擴(kuò)大一定倍數(shù)。因?yàn)殡妷篣 = df(X)/dt，頻率與時(shí)間成反比，在公式中頻率擴(kuò) 大一定倍數(shù)，電壓就擴(kuò)大同樣的倍數(shù)；我們不要求電壓加大，而是電壓不變，線圈繞組的圈 數(shù)縮小同樣倍數(shù)。這樣提高頻率后就可以加大變化率，最終提高磁場(chǎng)變化效率。U形永磁鐵的N、S極爪子的外形不是方形，而更像大寫(xiě)英文字母“U”，很多個(gè)U形 永磁鐵疊加成一對(duì)N、S “爪子”條，幾百條圍成一圈構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，U形永磁鐵的磁 力線幾乎全部用于發(fā)電。本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用時(shí)，圍成圓圈的一組小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為 100 800個(gè)。小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)要根據(jù)風(fēng)機(jī)的變速輸出來(lái)決定。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速為15001·/ min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為200個(gè)，整個(gè)積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直徑小一些；當(dāng)轉(zhuǎn)速為500r/ min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為600個(gè)，整個(gè)積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直徑大一些。又如，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 3000r/min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為100個(gè)；當(dāng)轉(zhuǎn)速為375r/min時(shí)，小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為800個(gè)。 圍成圓圈的一組小發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)越多，總發(fā)電機(jī)的工作頻率越高。用積木發(fā)電繞組排列組 合方法，可以在低轉(zhuǎn)速下繼續(xù)發(fā)電，從理論上講，甚至于0. 5r/min (齒輪箱輸出)都能發(fā)電。[0030]在低風(fēng)速情況下，可對(duì)發(fā)電機(jī)的繞組用串聯(lián)的方式提高輸出電壓?？蓪蓚€(gè)或多 個(gè)小發(fā)電機(jī)的繞組串聯(lián)。從理論上講，有多少個(gè)小發(fā)電機(jī)繞組，都能串成一個(gè)大繞組，這些 都由計(jì)算機(jī)來(lái)控制?？赏ㄟ^(guò)繼電器或雙向可控硅控制。本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用時(shí)，圍成一圈的可控小發(fā)電機(jī)作為一個(gè)模 塊，在該模塊的軸向可以疊加若干同樣的模塊。模塊的數(shù)量越多，總發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率越 高。根據(jù)工作需要而定，可以像堆積木塊一樣將多個(gè)模塊疊加組合，一、二拾個(gè)模塊都可疊 加在一起，安裝方便，可以節(jié)省設(shè)計(jì)成本。本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用時(shí)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組由計(jì)算機(jī)控 制加載或卸載。當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電的時(shí)候，運(yùn)用計(jì)算機(jī)根據(jù)風(fēng)力大小進(jìn)行控制。當(dāng)整個(gè)發(fā)電 機(jī)在工作時(shí)，如果風(fēng)力發(fā)生變化，則其對(duì)發(fā)電機(jī)槳葉的推動(dòng)力也將不斷發(fā)生變化。為了保證 發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率恒定，就要求轉(zhuǎn)子時(shí)刻保持恒定的轉(zhuǎn)速。就要求發(fā)電機(jī)的總的阻力 矩必須時(shí)刻隨風(fēng)力的變化進(jìn)行調(diào)整當(dāng)風(fēng)力變大時(shí)，發(fā)電機(jī)的阻力矩應(yīng)該相應(yīng)變大；反之， 發(fā)電機(jī)的阻力矩隨風(fēng)力的變小而減小。當(dāng)風(fēng)力變大時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出增大電機(jī)阻力 矩的命令，進(jìn)而增多開(kāi)通的小發(fā)電機(jī)的定子繞組的數(shù)量，使發(fā)電機(jī)的力矩增大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 降低。當(dāng)用于三峽發(fā)電的時(shí)候，不需要每個(gè)小發(fā)電機(jī)由計(jì)算機(jī)控制其加載或卸載，而主 要是為了提高發(fā)電機(jī)頻率和降低發(fā)電機(jī)重量，發(fā)電機(jī)重量可降到原來(lái)的發(fā)電機(jī)重量的百分 之一；同時(shí)，變壓器的體積和整流電容也大大降低。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和 潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于包括一組圍成一圈的小發(fā)電機(jī)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)包括定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組可加載或卸載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(2)為U形永磁 鐵，所述U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子；每個(gè)U形永磁鐵的中心線 都通過(guò)所圍成的圓圈的中心；與每個(gè)U形永磁鐵對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有定子(1)，所述定子(1)排 布成一圈圍繞在整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外圍構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的定子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子(1)為鐵氧體軟 磁鐵，所述轉(zhuǎn)子(2)的N、S極爪子為鐵氧體永磁鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子(1)為凹字形，定 子(1)上設(shè)有用于纏繞線圈繞組的凹口(3)，相鄰兩凹口(3)間的距離為5 20毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子⑴和轉(zhuǎn)子(2)之 間的間隙為1 5毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子⑴和轉(zhuǎn)子(2)之 間的間隙為1毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的一組小 發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)為100 800個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的一組圍 成一圈的可控小發(fā)電機(jī)作為一個(gè)模塊，在該模塊的軸向可以疊加若干同樣的模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于每個(gè)小發(fā)電機(jī) 的線圈繞組由計(jì)算機(jī)控制加載或卸載。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括一組圍成一圈的小發(fā)電機(jī)，每個(gè)小發(fā)電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，每個(gè)小發(fā)電機(jī)的線圈繞組可加載或卸載，轉(zhuǎn)子為U形永磁鐵，U形永磁鐵圍成一圈固定在圓筒上構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子；與每個(gè)U形永磁鐵對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有定子，定子排布成一圈圍繞在整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外圍構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的定子。本實(shí)用新型的積木式風(fēng)力發(fā)電機(jī)突破傳統(tǒng)思維，將一臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為幾百個(gè)發(fā)電繞組(小發(fā)電機(jī))，在機(jī)械不發(fā)生變化的前提下，每個(gè)小發(fā)電機(jī)都能自由加載或卸載，可以根據(jù)風(fēng)能大小而改變，能夠大大提高風(fēng)能利用率和發(fā)電量，同時(shí)能夠降低重量，在使用過(guò)程中，操作簡(jiǎn)單、組裝靈活、安裝方便，有利于擴(kuò)大生產(chǎn)和推廣使用。
文檔編號(hào)H02K21/12GK201699560SQ20102022648
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者張國(guó)光 申請(qǐng)人:張國(guó)光