專利名稱：一種直驅(qū)式高空發(fā)電的地面風(fēng)力發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種更易于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的直驅(qū)式高空發(fā)電的地面風(fēng)力發(fā)電機組。
背景技術(shù)：
我國是風(fēng)能資源大國，但是很少有人注意到，我國還是高空風(fēng)能大國。目前的風(fēng)能利用僅限于幾十米至百米的低空。而在幾千米至1萬米的高空，不僅風(fēng)速更大，且風(fēng)力穩(wěn)定，一年中不刮風(fēng)的時間不足5%。專家普遍認(rèn)為，高空風(fēng)能要比地面風(fēng)能多出數(shù)百倍，可考慮建設(shè)空中風(fēng)電廠。據(jù)了解，目前，最先進的地面風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力密度低于1千瓦/平方米。中國陸地上空萬米高空處大部分地區(qū)的風(fēng)力密度均值超過5千瓦/平方米，而江浙魯?shù)貐^(qū)上空的高空急流附近的風(fēng)力密度甚至達到30千瓦/平方米，為世界之最。中國擁有世界上最好的高空風(fēng)能資源。同傳統(tǒng)風(fēng)電相比，高空風(fēng)電投資成本約為低空風(fēng)電的1/3-1/2，發(fā)電成本約為低空風(fēng)電的1/3，而占地面積僅為1/30，并且無噪音，對環(huán)境影響較小。整個中國的上空都有很好的高空風(fēng)能的分布，不像現(xiàn)在，常規(guī)風(fēng)電只能在甘肅、寧夏、新疆，其他地方大部分都不能建。從高空風(fēng)能的角度來說全國到處都能建。面對高空風(fēng)能的誘人前景， 其實早在20世紀(jì)70年代爆發(fā)能源危機時，各類高空風(fēng)電的設(shè)計就不斷涌現(xiàn)。美國、荷蘭、 意大利等國都多次進行過高空風(fēng)能發(fā)電的試驗。專利號為200810065873. 5的一種高空風(fēng)力發(fā)電裝置，包括具有浮力的氣囊，固定氣囊的繩索以及位于地面上的發(fā)電機、卷揚機以及運行控制系統(tǒng)。固定氣囊的繩索一端固定在氣囊的幾何中心點上，另一端繞在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上，或與轉(zhuǎn)子相連接的傳動設(shè)備上。氣囊呈扁平狀，其迎風(fēng)角度可以調(diào)節(jié)。高空發(fā)電機的工作過程如下運行控制系統(tǒng)調(diào)整氣囊的迎風(fēng)角度，使其正面迎風(fēng)，在風(fēng)力作用下，氣囊從初始位置開始沿風(fēng)向運動，并通過繩索，拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電。此為發(fā)電階段。氣囊運動一段距離之后，必須收回到初始位置。運行控制系統(tǒng)調(diào)整氣囊的迎風(fēng)角度，使其側(cè)面迎風(fēng)，啟動地面的卷揚機，沿逆風(fēng)方向把氣囊牽引回初始位置。此為回收階段。兩個階段不斷交替循環(huán)進行。此結(jié)構(gòu)的問題在于傳動鏈設(shè)計在氣囊上，這無疑使氣囊重量增加，加大了空中的安全隱患，而且此結(jié)構(gòu)的發(fā)電效率比較低，達不到發(fā)電量的要求，不僅浪費了大量的風(fēng)力資源，而且從經(jīng)濟利潤角度來看也造成了浪費。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種直驅(qū)式高空發(fā)電的地面風(fēng)力發(fā)電機組。它是直接建立在地面，將高空中的動能轉(zhuǎn)化為電能，使發(fā)電機發(fā)電的設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括發(fā)電機及對稱設(shè)置在發(fā)電機兩側(cè)的制動器、滾筒、離合器及電動機，所述滾筒兩端分別連接有制動器，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸兩端分別和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器通過離合器分別和電動機連接，發(fā)電機發(fā)電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現(xiàn)發(fā)電機持續(xù)發(fā)電。所述滾筒包括滾筒外殼和滾筒轉(zhuǎn)軸，在滾筒外殼內(nèi)兩端和滾筒轉(zhuǎn)軸間分別設(shè)置有第一單向軸承，在滾筒外殼外的滾筒轉(zhuǎn)軸兩端與制動器間分別通過第二單向軸承連接，所述第一、第二單向軸承轉(zhuǎn)動方向相反。所述發(fā)電機包括內(nèi)殼、外殼、定子、永磁轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸及端蓋，轉(zhuǎn)子軸伸出兩端蓋， 并與兩端蓋間通過軸承連接，在內(nèi)、外殼間設(shè)置有筋板，形成冷卻水路，在外殼上分別開有進、出水口。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明采用對稱設(shè)置在發(fā)電機兩側(cè)的滾筒裝置，使整個裝置串聯(lián)，滾筒通過纜繩與空中做功傘連接，實現(xiàn)空中機械能到地面的傳遞；通過外部控制部分控制兩離合器交替工作，每個循環(huán)左右對稱，使得發(fā)電機一端做功傘開始收傘到再次做功之前這段時間另外一端的做功傘正在做功，保持發(fā)電機始終在工作狀態(tài)，從而提高發(fā)電機的發(fā)電量。2.本發(fā)明在滾筒內(nèi)外的轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置轉(zhuǎn)動方向相反的第一、第二單向軸承。由于此結(jié)構(gòu)中滾筒所承受的扭矩非常大，很難找到合適離合器來實現(xiàn)分離工作，所以選用兩種軸承配合，達到分離工作的要求。3.本發(fā)明中的發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸伸出兩端蓋，分別與兩端滾筒裝置的離合器連接，實現(xiàn)兩端交替工作，使發(fā)電機持續(xù)工作，提高發(fā)電量。在發(fā)電機內(nèi)、外殼間設(shè)置有筋板，形成冷卻水路，以冷卻發(fā)電機。4.本發(fā)明中與滾筒連接的做功傘可置于高空中，高空中蘊藏的風(fēng)能超過人類社會總需能源的100多倍，配合高空的機械設(shè)備，地面機械設(shè)備將高空的動能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)恒功率輸出。500-1000米的高空風(fēng)速大、平均能量密度高(是地表風(fēng)能的100多倍)、地域分布廣、穩(wěn)定性高、常年不斷，這為單機功率10兆瓦-50兆瓦機型開發(fā)做準(zhǔn)備。5.本發(fā)明高空風(fēng)能發(fā)電時間長(年發(fā)電時間6570小時以上)、輸出穩(wěn)定、功率大， 地面的機械工作配合高空機械，兩者結(jié)合，完成發(fā)電的整個過程。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、1’.電動機，2、2’.離合器，31- .制動器，4、4’.滾筒，41.滾筒外殼， 42.滾筒轉(zhuǎn)軸，5.發(fā)電機，501.外殼，502.內(nèi)殼，503.定子，504.永磁轉(zhuǎn)子，505.進(出)水口，506.筋板，507.水路，508.內(nèi)風(fēng)扇，509.端蓋，510.軸承內(nèi)蓋，511.軸承，512.軸承外蓋，513.外油檔，514.轉(zhuǎn)子軸；6.第一單向軸承，7.第二單向軸承。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。實施例如圖1所示，本發(fā)明包括發(fā)電機5及對稱設(shè)置在發(fā)電機5兩側(cè)的制動器、 滾筒4、4’、離合器2、2’及電動機1、1’，所述滾筒4、4’兩端分別連接有制動器，發(fā)電機1的轉(zhuǎn)子軸114兩端分別連接滾筒4、4’ 一端的制動器31、32，滾筒4、4’另一端的制動器33、34 通過離合器2、2’分別和電動機1、1’連接，發(fā)電機5發(fā)電時，所述兩滾筒4、4’分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器2、2’分別與外部控制部分連接，通過外部控制兩離合器交替工作，實現(xiàn)發(fā)電機5兩側(cè)的裝置交替工作，使發(fā)電機5持續(xù)發(fā)電。所述滾筒4、4’包括滾筒外殼41和滾筒轉(zhuǎn)軸42，在滾筒外殼41內(nèi)兩端和滾筒轉(zhuǎn)軸 42間分別設(shè)置有第一單向軸承6，在滾筒外殼41外的滾筒轉(zhuǎn)軸42兩端與制動器間分別通過第二單向軸承7連接，所述第一、第二單向軸承6、7轉(zhuǎn)動方向相反。在發(fā)電時，第一單向軸承6固定鎖死，使?jié)L筒4、4’帶動滾筒轉(zhuǎn)軸42旋轉(zhuǎn)，第二單向軸承7旋轉(zhuǎn)方向不受影響； 收繩時，第一單向軸承6旋轉(zhuǎn)，第二單向軸承7旋轉(zhuǎn)方向固定鎖死，使?jié)L筒外殼41單獨旋轉(zhuǎn)收繩，滾筒轉(zhuǎn)軸42不受影響。所述發(fā)電機包括內(nèi)殼502、外殼501、定子503、永磁轉(zhuǎn)子504、轉(zhuǎn)子軸514及端蓋 509，轉(zhuǎn)子軸514伸出兩端蓋，并與兩端蓋509間通過軸承510連接，在內(nèi)、外殼502、501間設(shè)置有筋板506，形成冷卻水路507，在外殼501上分別開有進、出水口 505。永磁體內(nèi)置在永磁轉(zhuǎn)子504的鐵心里，易于安裝和固定。由于永磁轉(zhuǎn)子504發(fā)熱小，定子503是主要的熱源，機座是由內(nèi)、外雙層機殼組成，機殼中間由筋隔開，形成水路。定子503外表面與機座的內(nèi)表面接觸，熱量由此傳遞到機座。進水由水泵泵入機座，經(jīng)過內(nèi)、外殼502、501中間的水路507，通過熱傳導(dǎo)把熱量帶走，由此循環(huán)，把發(fā)電機5溫升控制在安全的范圍。發(fā)電機5兩端采用滾動絕緣軸承511，可防止軸電流流過軸承511，對軸承511造成損壞。其中永磁轉(zhuǎn)子 504由風(fēng)力形成的外部力矩驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，從而使由永磁體產(chǎn)生的靜態(tài)磁場也旋轉(zhuǎn)起來，定子 503繞組切割磁力線，內(nèi)部感應(yīng)出電勢。定子503采用星型接法，在額定轉(zhuǎn)速下，額定功率可達 1500kW，效率 97. 7%ο本發(fā)明的工作原理
空中做功傘的機械能量通過纜繩傳遞到地面滾筒4的轉(zhuǎn)軸上，滾筒4 一端連接的小型電動機1的作用是當(dāng)空中做功傘達到最高點時，地面的滾筒2需要一個很小的力將做功傘收回至最低點，此時就需要電動機1來完成收傘的工作，同時，當(dāng)我們需要整個設(shè)備停止工作并且收回空中的工作設(shè)備時，同樣需要這個電動機1來完成。電動機1與滾筒4之間連接一個離合器2，此離合器2在做功傘做功階段時是分離的，當(dāng)收回做功傘的時候離合器2 貼合，電動機1帶動滾筒外殼41做反向旋轉(zhuǎn)以完成收繩工作。在滾筒4另一端連接的剎車制動器31，當(dāng)空中做功傘從完成做功并且收回后再次做功啟動之前這段時間，通過剎車制動器31制動，使?jié)L筒4停止工作。滾筒4與發(fā)電機5連接，至此，完成了整個發(fā)電過程。為了提高發(fā)電機5的發(fā)電量，本發(fā)明采用整體設(shè)備串聯(lián)方式，從一臺電動機1到發(fā)電機5為一個整體，然后在發(fā)電機5的另一端對稱連接另外一個整體是電動機1’至發(fā)電機5每一個循環(huán)左右對稱，為了使發(fā)電機5持續(xù)工作，并且中間沒有間斷，發(fā)電機5左右的滾筒4、4 ’不能同時做同樣的工作，通過外部控制部分控制，保證當(dāng)一端做功傘開始收傘到再次做功之前這段時間另外一端的做功傘正在做功，保持發(fā)電機5始終在工作狀態(tài)，從而提高發(fā)電機5 的發(fā)電量。
權(quán)利要求
1.一種直驅(qū)式高空發(fā)電的地面發(fā)電機組，其特征在于包括發(fā)電機及對稱設(shè)置在發(fā)電機兩側(cè)的制動器、滾筒、離合器及電動機，所述滾筒兩端分別連接有制動器，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸兩端分別和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器通過離合器分別和電動機連接，發(fā)電機發(fā)電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現(xiàn)發(fā)電機持續(xù)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式高空發(fā)電的地面發(fā)電機組，其特征在于所述滾筒包括滾筒外殼和滾筒轉(zhuǎn)軸，在滾筒外殼內(nèi)兩端和滾筒轉(zhuǎn)軸間分別設(shè)置有第一單向軸承，在滾筒外殼外的滾筒轉(zhuǎn)軸兩端與制動器間分別通過第二單向軸承連接，所述第一、第二單向軸承轉(zhuǎn)動方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式高空發(fā)電的地面發(fā)電機組，其特征在于所述發(fā)電機包括內(nèi)殼、外殼、定子、永磁轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸及端蓋，轉(zhuǎn)子軸伸出兩端蓋，并與兩端蓋間通過軸承連接，在內(nèi)、外殼間設(shè)置有筋板，形成冷卻水路，在外殼上分別開有進、出水口。
全文摘要
一種直驅(qū)式高空發(fā)電的地面發(fā)電機組，屬于高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)電機及對稱設(shè)置在發(fā)電機兩側(cè)的制動器、滾筒、離合器及電動機，所述滾筒兩端分別連接有制動器，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸兩端分別和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器通過離合器分別和電動機連接，發(fā)電機發(fā)電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現(xiàn)發(fā)電機持續(xù)發(fā)電，提高發(fā)電機的發(fā)電量。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)空中機械能量到地面的傳遞；通過外部控制部分控制兩離合器交替工作，保持發(fā)電機始終在工作狀態(tài)。
文檔編號F03D11/02GK102359436SQ20111017676
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者王冠一 申請人:青島華創(chuàng)風(fēng)能有限公司