專利名稱：高效率小型風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水平軸式風(fēng)力發(fā)電機，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，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安裝能提高其氣動效果的風(fēng)流罩11， 所述風(fēng)葉裝置1通過水平轉(zhuǎn)軸4與發(fā)電機16連接，風(fēng)葉裝置1受風(fēng)力推動旋 轉(zhuǎn)時，通過水平轉(zhuǎn)軸4帶動發(fā)電機16發(fā)電。水平軸式風(fēng)力發(fā)電機是世界上目 前最為成功、應(yīng)用最為廣泛、且普遍認為風(fēng)能利用率最高的一種風(fēng)力發(fā)電機。
經(jīng)濟合理地、最大限度地獲取風(fēng)能資源， 一直是風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計和發(fā)展中 最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)與目標。為進一步提高風(fēng)機的風(fēng)能利用率，人們不斷改進風(fēng) 機的槳葉葉型設(shè)計或?qū)嵱眯滦托滦惋L(fēng)葉，如美國專利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) 機有更高的風(fēng)能一電能轉(zhuǎn)化率。此外，人們在一直不斷地嘗試另一種技術(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擴散式、或集中式、 或簡單直式的圓罩子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)流等氣動效應(yīng)，進一步提高風(fēng)機的風(fēng)能利用率。其中擴散式風(fēng)流罩的進風(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 散式風(fēng)流罩。不同形式、不同軸向長度和不同端面形狀的風(fēng)流罩，其作用及強 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、形狀、選 用材料及生產(chǎn)加工工藝(如美國專利US 4， 132， 499、 US 4， 021， 135;德國專利 DE 199 03 846 Al、 DE 201 15 330 Ul)。
常規(guī)風(fēng)流罩風(fēng)機除在結(jié)構(gòu)上多出一個風(fēng)流罩外，其它結(jié)構(gòu)以及工作過程與 無罩風(fēng)機(如槳葉開放式風(fēng)機)完全相同。
普遍認為，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
影響，提高風(fēng)葉掃風(fēng)面的來流風(fēng)速(或來流風(fēng)量)，從而提高整個風(fēng)機的風(fēng)能
利用率；同時,，風(fēng)流罩對消減葉尖噪聲，增強風(fēng)機運轉(zhuǎn)安全性(如防止冬季拋
摔風(fēng)葉面上積,結(jié)的凍冰)等方面相對無罩風(fēng)機具備相當?shù)膬?yōu)勢，使得帶風(fēng)流罩 (尤其小型風(fēng)流罩)的風(fēng)機在城市居民區(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)電機雖然其概念巳存在幾十年，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，相對于加裝風(fēng)流罩的附加成 本仍需要進行得失權(quán)衡，風(fēng)流罩風(fēng)機應(yīng)用的經(jīng)濟性是其發(fā)展的瓶頸。
另一方面，高轉(zhuǎn)速運行的發(fā)電機其整體性能被普遍認為較低轉(zhuǎn)速發(fā)電機為
優(yōu)；為此，風(fēng)力發(fā)電機組中通常都帶有變(增)速裝置。而小型風(fēng)力發(fā)電機由 于受結(jié)構(gòu)、維護和成本等局限，不同于大型的風(fēng)力機， 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)動發(fā)電機。如何實現(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)機效能的技術(shù)瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型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，克服上 述小型風(fēng)力發(fā)電機的技術(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。在該風(fēng)力發(fā)電機中，賦予風(fēng)葉裝置、風(fēng)流罩以及發(fā)電機的定子和轉(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，進一步提高風(fēng)力發(fā)電機的整 體效能。本實用新型使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)勢更加突出，使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電 機應(yīng)用的經(jīng)濟性更趨合理，為風(fēng)力發(fā)電機低轉(zhuǎn)速高發(fā)電提出了一個新穎的技術(shù) 方案。
為了解決,上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案
高效率小型風(fēng)力發(fā)電機，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 的定子，發(fā)電機的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體，與所述發(fā)電機的定子相對 應(yīng)裝置發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。
所述發(fā)電機的轉(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)電機的轉(zhuǎn)子。
其中發(fā)電機的定子及轉(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)電機定子罩 體由發(fā)電機定子及包覆其外的罩殼構(gòu)成；發(fā)電機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)壁上形成一個凹槽，在該凹槽中嵌入與所述發(fā)電機的定子 相對應(yīng)裝置的所述發(fā)電機轉(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)電機的定子與所述發(fā)電機轉(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)電機的轉(zhuǎn)子分別連接于一個水平轉(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)軸帶動風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動，發(fā)電，幾的轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)葉裝置安裝為兩體。
本實用薪型的技術(shù)效果
本實用新型在保留風(fēng)流罩其空氣動力學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)特征與效能同時，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)電機的定子，發(fā)電 機的定子與風(fēng)流罩的罩體結(jié)合為一體，風(fēng)流罩已不再單純是提高風(fēng)能利用率的 部件，同時也是發(fā)電機結(jié)構(gòu)的一個組成部分，其作為發(fā)電機定子的依托件。本 實用新型將發(fā)電機定子與風(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)電機定(轉(zhuǎn))子的直徑，在相同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況下，本實用新型中 的發(fā)電機感應(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，顯著提高風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率。本實用新型使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機的 優(yōu)勢更加突出，進而使風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)用的經(jīng)濟性更趨合理；同時，也為 小型風(fēng)力機低轉(zhuǎn)速高發(fā)電開辟出了一條新的技術(shù)途徑。迄今為止，世界上所有 風(fēng)力發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)都是由風(fēng)葉裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械(轉(zhuǎn))動能，然后通過 連動軸帶動風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動進而發(fā)電。本實用新型中將發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與 風(fēng)葉裝置集成為一體，使得整個風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)更加簡單。

圖1為現(xiàn)有帶風(fēng)流罩風(fēng)力發(fā)電機的示意圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)第一實施例的示意圖3為不同定子半徑的發(fā)電機在相同轉(zhuǎn)速下，線圈相應(yīng)以不同速度切割磁
力線的示意圖4為本實用新型結(jié)構(gòu)第二實施例的示意圖5為圖4中A-A部位的放大圖6為本實用新型結(jié)構(gòu)第三實施例的示意圖7為本實用新型結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
圖8為圖7中B-B部位的放大圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明。
實施例1
見圖2、圖7及圖8，本實用新型包括支架3支撐的風(fēng)流罩11，風(fēng)流罩ll 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， i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，借助支架3相對應(yīng)裝置發(fā)電機轉(zhuǎn)子5。
見圖2、圖7及圖8，發(fā)電機轉(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)電機的轉(zhuǎn)子5，發(fā)電機的轉(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。本實用新型工作時，風(fēng)葉裝置1的各風(fēng)葉片2在 風(fēng)力的作用下轉(zhuǎn)動，等效于發(fā)電機轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動，從而使發(fā)電機發(fā)電。
本實用新型將定子嵌裝于風(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)動相同角度e)的情況下，定子半徑為 Ri的電機的感應(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，顯著提高風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率。圖3中定子半徑為Rl的電機中 感應(yīng)線圈切割磁力線的(線)速度VI大于定子半徑為R2的電機中感應(yīng)線圈切 割磁力線的C線)速度V2， Vl= (Rl/R2) XV2。
實施例2:
見圖4、圖5所示，其與圖2所示實施例1的結(jié)構(gòu)的不同點在于，相對圖 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)電機的轉(zhuǎn)子5，磁環(huán)15所用材料可與實施例1 相同，本實施例的其余結(jié)構(gòu)也與實施例1所述相同。
實施例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帶動風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子 5轉(zhuǎn)動，發(fā)電機的轉(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固定在獨立的支架16上，支架16與水平轉(zhuǎn)軸4連接。本實施 例的其余結(jié)構(gòu)與實施例1所述相同。
權(quán)利要求1. 高效率小型風(fēng)力發(fā)電機，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)電機的定子，發(fā)電機的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體，與所述發(fā)電機的定子相對應(yīng)裝置發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。
2、 按權(quán)利要求1所述高效率小型風(fēng)力發(fā)電機，其進一步的特征是所述發(fā)電機的轉(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，其特征是所述風(fēng)流罩罩體由風(fēng)流罩前罩體、發(fā)電機定子罩體以及風(fēng)流罩后罩體分段順序連接構(gòu)成，其中發(fā)電機定子罩體由發(fā)電機定子及包覆其外的罩殼構(gòu)成；發(fā)電機定子罩體與 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)壁上形成一個凹槽，在該凹槽中嵌入與 所述發(fā)電機的定子相對應(yīng)裝置的所述發(fā)電機轉(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，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，其特征是所述磁性件 包括一導(dǎo)磁Bf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，其特征是所述發(fā)電機的定 子與所述發(fā)電機轉(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，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)軸帶動風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與所述風(fēng)葉裝置安裝為兩體。
專利摘要本實用新型公開了一種高效率小型風(fēng)力發(fā)電機，為充分利用并擴增風(fēng)流罩的作用，提高現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率而設(shè)計。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)電機的定子，發(fā)電機的定子與風(fēng)流罩的罩體集成為一體；發(fā)電機的轉(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)電機定(轉(zhuǎn))子的直徑，在同等轉(zhuǎn)速前提下使發(fā)電機感應(yīng)線圈得以更高的速度切割磁力線，由此提高風(fēng)機的效能。本實用新型主要用于風(fēng)力資源豐富的城市或居住區(qū)。
文檔編號F03D9/00GK201078308SQ20072004520
公開日2008年6月25日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
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