專利名稱：耦合式風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機，具體說是將發(fā)電機定/轉(zhuǎn)子與風(fēng)輪集成為一體的耦合式風(fēng)力發(fā)電機，其特別適用于安裝在環(huán)形風(fēng)道內(nèi)進行風(fēng)力發(fā)電，尤其是環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道的使用場合。
背景技術(shù)：
眾所周知，為減少對自然資源的過度開發(fā)、利用，目前世界各國都比較重視利用風(fēng)力來進行發(fā)電。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機分為水平軸和垂直軸兩大類，大功率的風(fēng)力發(fā)電機又以水平軸為主，而為了盡可能多的增加掃風(fēng)面積，這類發(fā)電機的風(fēng)輪葉片往往都要做的很大，通常單個葉片的長度為60米，重量達到8噸左右，這就給運輸安裝和日常維護帶來了很大困難，而且在使用中也存在安全隱患。而垂直軸風(fēng)力發(fā)電機均以小功率為主，若要完全商業(yè)化運營，大規(guī)模供電，其葉片同樣需要做得很大，但其力臂較小、軸很長、葉片彎曲定型后直徑很寬，這樣一來就會帶來極大的安全隱患。為了解決上述問題，中國201210282907.2號專利公開了 “一種狹管聚風(fēng)發(fā)電的離心式風(fēng)力發(fā)動機”。由于其采用離心式的葉片布置方式，加上風(fēng)在進入發(fā)動機進口時流速很高，為了將強大的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，葉片品質(zhì)需求很高，重量會很重，結(jié)果是低風(fēng)速較難啟動。另外當(dāng)上級風(fēng)機轉(zhuǎn)動后，尾風(fēng)進入下級時同步性較差，會產(chǎn)生互相影響，葉片做功時由于亂流很多，能量損耗嚴重。其次中心軸采用多級串聯(lián)也會帶來軸過長，重量過重，以至于同心度難以保證，輸出扭矩會受到影響，能量轉(zhuǎn)換率會降低。再者由于葉片過大，設(shè)計制造、材料合成、運輸、安裝、維護等都存在很大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種耦合式風(fēng)力發(fā)電機，將該發(fā)電機與環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道配合使用，可在滿足大功率要求的前提下，有效縮小葉片長度和整機體積，而且能夠提高風(fēng)能的利用率。為解決上述問題，采取以下方案:
本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機的特點是包括基柱，該基柱呈豎向布置，其上端面中心位置處有支撐軸。所述支撐軸上套有輪轂，輪轂的外表面沿周向均布有渦輪葉片。所述輪轂的軸向一端有輪輻，輪轂通過輪輻支撐在基柱的上端面上，輪轂與支撐軸間呈可轉(zhuǎn)動狀配合。所述輪轂內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在輪轂內(nèi)的那段支撐軸或基柱外壁上固定有發(fā)電機定子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子的位置對應(yīng)，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑大于發(fā)電機定子的外徑。本發(fā)明的進一步改進方案是所述輪轂的四周外表面軸向有不少于兩組渦輪葉片，每組渦輪葉片均沿輪轂外表面周向均勻布置，且渦輪葉片的傾斜方向均相同。這樣，使得空氣在流動過程中，將先后與多級渦輪葉片撞擊后才能排出，充分利用氣流的尾流對渦輪葉片做功，從而增加了風(fēng)能的利用率。上述方案中，所述基柱上端面和輪轂間有推力圓柱滾子軸承，推力圓柱滾子軸承的下部固定在基柱上端面，推力圓柱滾子軸承的上部與輪轂的輪輻間呈固定連接，使得輪轂?zāi)軌蛞灾屋S為中心轉(zhuǎn)動。所述渦輪葉片由碳纖維、玻璃纖維或高分子鈦合金材料制成，或者由碳纖維和玻璃纖維的復(fù)合材料制成。采取上述方案，具有以下優(yōu)點:
由于本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機在其輪轂內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機外轉(zhuǎn)子，而渦輪葉片分布在輪轂外周，即將渦輪葉片通過輪轂與發(fā)電機緊密結(jié)合，可高效地把機械能傳遞給發(fā)電機，減少機械能的損耗，提升發(fā)電效率。將該發(fā)電機與環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道配合使用，無需將渦輪葉片做的很大就可實現(xiàn)大功率的輸出，從而可縮小葉片長度和整機體積，減輕重量。通過環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道輸送來的氣流可完全作用在渦輪葉片上，充分利用空氣蘊含的能量，提高風(fēng)能利用率，制造出單臺十兆瓦以上的風(fēng)力發(fā)電機。而且，渦輪葉片可直接帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，無需設(shè)置多軸串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)換率提高。本發(fā)明對于內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機同樣適合，只需將發(fā)電機內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的固定方式對換即可實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明:
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機包括基柱1，該基柱I呈豎向布置，其上端面中心位置處有支撐軸5。所述支撐軸5上套有輪轂7，輪轂7的外表面沿周向均布有渦輪葉片2，渦輪葉片2的傾斜方向均相同。所述輪轂7的軸向一端有輪輻6，該輪輻6可以是完整的圓板，也可以是像汽車輪轂一樣的花式輪輻，但其中心位置都必須有用于套在支撐軸5上的圓孔，本實施例的輪輻6為帶有中心孔的圓板。所述基柱I上端面和輪轂7的輪輻6間有推力圓柱滾子軸承4，推力圓柱滾子軸承4的下部固定在基柱I上端面上，推力圓柱滾子軸承4的上部與輪轂7的輪輻6間呈固定連接，使得輪轂7能夠通過輪輻6和推力圓柱滾子軸承4支撐在基柱I上端面上，且輪轂7能夠以支撐軸5為中心轉(zhuǎn)動。所述輪轂7內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機轉(zhuǎn)子9，本實施例中輪轂7的內(nèi)側(cè)有內(nèi)輪筒8，內(nèi)輪筒8與輪轂7間通過徑向支架3呈固定連接，輪輻6位于內(nèi)輪筒8的上端，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子9固定在內(nèi)輪筒8的內(nèi)表面上，在輪轂7內(nèi)的那段基座I外壁上固定有發(fā)電機定子10，發(fā)電機轉(zhuǎn)子9和發(fā)電機定子10位于同一水平面上，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子9的內(nèi)徑大于發(fā)電機定子10的外徑。為了更好地利用氣流的尾流，使其能夠同樣對渦輪葉片2做功，可以在輪轂7的四周外表面軸向設(shè)置多組渦輪葉片2，每組渦輪葉片2均沿輪轂7外表面周向均勻布置，且渦輪葉片2的傾斜方向均相同。本實施例在輪轂7的四周外表面沿豎向設(shè)置有兩組渦輪葉片2，使得流經(jīng)上級渦輪葉片2的氣流尾流能夠在較短的距離內(nèi)，再次作用在下級的渦輪葉片2上，增加輪轂7和發(fā)電機轉(zhuǎn)子9的轉(zhuǎn)動速度，提升輸出扭矩，從而提高風(fēng)能的利用率。在將該發(fā)電機與環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道配合使用時，可在兩級渦輪葉片2之間對應(yīng)的風(fēng)道內(nèi)壁上設(shè)置與渦輪葉片2傾斜方向相反的導(dǎo)流板，從而增加尾流對下級渦輪葉片2的沖擊力，進一步提高風(fēng)能的利用率。
本實施例中，所述渦輪葉片2可以由碳纖維、玻璃纖維或高分子鈦合金材料制成，也可以由碳纖維和玻璃纖維的復(fù)合材料制成。這就大大降低了渦輪葉片2的重量，同時降低了發(fā)電機的整機重量。本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機，在配合環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道進行發(fā)電時，當(dāng)風(fēng)從聚風(fēng)頭進入后，到達中段設(shè)置在風(fēng)道環(huán)向的定向?qū)Я靼遄饔孟拢瑢L(fēng)規(guī)整后直接沖擊在上級的渦輪葉片2上，使得上級的渦輪葉片2帶動輪轂7轉(zhuǎn)動，與此同時，做功后的尾流再通過聚風(fēng)風(fēng)道內(nèi)壁的導(dǎo)流板進行實時定向?qū)Я?，又一次沖擊在下級的渦輪葉片2上，由于所有渦輪葉片2的傾斜方向都相同，因此，下級的渦輪葉2片也會帶動輪轂7同向轉(zhuǎn)動，從而可提高輪轂7的轉(zhuǎn)動速度。輪轂7的轉(zhuǎn)動同時帶動了其內(nèi)側(cè)固定的發(fā)電機轉(zhuǎn)子9轉(zhuǎn)動，發(fā)電機轉(zhuǎn)子9產(chǎn)生的磁場和發(fā)電機定子10相互運動產(chǎn)生感生電場，通過電纜輸出電能，從而完成風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，機械能轉(zhuǎn)換成電能的全過程。同時，還可以利用尾風(fēng)在發(fā)電機外側(cè)給發(fā)電機降溫，無需另外購置發(fā)電機降溫設(shè)備，減少了輔助電耗。本發(fā)明的耦合式風(fēng)力發(fā)電機可以在外形尺寸不變的情況下，根據(jù)不同的使用場合，來確定輪轂7直徑和渦輪葉片2長度的配比，設(shè)計制造出十兆瓦、幾十兆瓦以上的大型風(fēng)力發(fā)電機，從而實現(xiàn)發(fā)電功率的要求，極大地省去了占地面積，減少輸電電纜，建站容易。而且，該發(fā)電機在使用狀態(tài)下均設(shè)置在風(fēng)道內(nèi)，不受陽光、風(fēng)暴侵襲，既穩(wěn)定，又牢靠，而且可減少電纜布置，降低輸電線路成本。
權(quán)利要求
1.耦合式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于包括基柱(1)，該基柱(I)呈豎向布置，其上端面中心位置處有支撐軸(5 );所述支撐軸(5 )上套有輪轂(7 )，輪轂(7 )的外表面沿周向均布有渦輪葉片(2 );所述輪轂(7 )的軸向一端有輪輻(6 )，輪轂(7 )通過輪輻(6 )支撐在基柱(I)的上端面上，輪轂(7)與支撐軸(5)間呈可轉(zhuǎn)動狀配合；所述輪轂(7)內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機轉(zhuǎn)子(9)，在輪轂(7)內(nèi)的那段支撐軸(5)或基柱(I)外壁上固定有發(fā)電機定子(10)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子(9)和發(fā)電機定子(10)的位置對應(yīng)，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子(9)的內(nèi)徑大于發(fā)電機定子(10)的外徑。
2.如權(quán)利要求1所述的耦合式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述輪轂(7)的四周外表面軸向有不少于兩組渦輪葉片(2)，每組渦輪葉片(2)均沿輪轂(7)外表面周向均勻布置，且渦輪葉片(2)的傾斜方向均相同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的耦合式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述基柱(I)上端面和輪轂的輪輻(6)間有推力圓柱滾子軸承(4)，推力圓柱滾子軸承(4)的下部固定在基柱(I)上端面上，推力圓柱滾子軸承(4)的上部與輪轂的輪輻(6)間呈固定連接，使得輪轂(7)能夠以支撐軸(5)為中心轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1或2所述的耦合式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述渦輪葉片(2)由碳纖維、玻璃纖維或高分子鈦合金材料制成，或者由碳纖維和玻璃纖維的復(fù)合材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耦合式風(fēng)力發(fā)電機，它的特點是包括基柱，該基柱呈豎向布置，其上端面中心位置處有支撐軸。所述支撐軸上套有輪轂，輪轂的外表面沿周向均布有渦輪葉片。所述輪轂的軸向一端有輪輻，輪轂通過輪輻支撐在基柱的上端面上，輪轂與支撐軸間呈可轉(zhuǎn)動狀配合。所述輪轂內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在輪轂內(nèi)的那段支撐軸或基柱外壁上固定有發(fā)電機定子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子的位置對應(yīng)，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑大于發(fā)電機定子的外徑。將該發(fā)電機與環(huán)形聚風(fēng)風(fēng)道配合使用，可在滿足大功率要求的前提下，有效縮小葉片長度和整機體積，而且能夠提高風(fēng)能的利用率。
文檔編號F03D3/06GK103114970SQ201310083079
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者李勇強, 謝玉琪, 楊偉濤, 張紅旭, 宋林森 申請人:江蘇中蘊風(fēng)電科技有限公司