CN202707371U - 陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，属于发电设备领域，包括磁悬浮式发电机和风轮，风轮的中心为旋转轴，旋转轴周围均匀固定有叶片，全部叶片组成一个螺旋上升的锥形结构。本实用新型的驱动系统采用陀螺式风轮机，使其旋转轴心稳定，具有较高的发电效率，使用中噪音低，应用范围广；有风就能发电，风大发电效率更高。

Description

陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电设备，属于发电设备领域，尤其是一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机。

背景技术

风力发电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。我国发明了永磁悬浮风光互补发电系统，风力发电用于照明。同为发展中国家，印度风能发电机装机容量为我国3倍多。低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,将动力传递给发电机,从而使风能转化为机械能.整个机舱由高大的塔架举起,由于风向变化不定,所以为了有效利用风能,还装有迎风装置,可以根据风向传感器测得的风向信号,由控制器控制偏航电机,驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动,使机舱始终对着风。离网型风力发电机配备的都是风光互补的三合一的逆变控制器，其有整流充电、卸荷和逆变输出的功能。将发电机发出的不稳定的交流电整流成直流电给蓄电池充电，同时起到防止蓄电池过充、过放、过载以及短路等作用；给发电机提供卸荷通道，以保护电池和发电机；最后将直流电转化为稳定的交流电共给用户使用，且不需要其他任何的改动和特殊装置，通过风光互补逆变控制器即可与太阳能光电板相连，达到最大、最稳定的利用可再生能源。并网型风力发电机配备的是并网逆变器，其采用自动优化技术使发电机的效率大大提高，可高于80%，有LCD和LED显示器，可直观地、全面地了解风机的运转情况等等特色优点和功效。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。对于长期不用的电池应尽量从用电装置中取出。

磁悬浮风力发电机的工作原理是：采用磁悬浮技术，结合超级磁铁的磁力，将电机线圈悬浮于一定的空间，在没有任何机械摩擦的情况下，依靠风力推动电机转动并切割磁力线发出交流电，并储存于电池中。相比于传统水平轴式风力发电机而言，磁悬浮风力发电机虽然造价高昂一些，但其优点非常突出：第一，前者带有尾翼，必须随风向变化转动风车；后者依靠陀螺式风翼旋转，不随风向变化改变轴心。第二，前者噪音大，无法克服不定风向带来的抖动，电机、叶片容易脱落，3年须更换一次配件；而后者运转稳定，无噪音，各种机件寿命长，不易脱落，可连续工作20年以上。第三，前者要求空旷无遮蔽的大空间；而后者对空间要求低，无论市区、郊区、沿海山区皆可用；最后，也是最重要的一点，前者启动风速至少2.5m/s，而后者仅需1m/s风速即可启动，风速超过40m/s也可照常运转，且风速越高发电效率越高，发电量可比前者增加35%。

目前市场上已有成熟的磁悬浮风力发电机，基本工作原理相同。磁悬浮风力发电机是采用磁悬浮技术，减少摩擦力的核心技术来实现发电，目前多采用风翼、风叶等设计但是在运转中都存在轴心不稳，容易受到风向影响而产生额外摩擦，影响到发电效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，该发电机的驱动系统采用陀螺式风轮机，使其旋转轴心稳定，具有较高的发电效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，包括磁悬浮式发电机和风轮，其特征在于所述风轮的中心为旋转轴，所述旋转轴周围均匀固定有叶片，全部叶片组成一个螺旋上升的锥形结构。

对上述结构或形状做进一步限制，所述风轮为分层式结构，各层风轮通过旋转轴串接为一体。本实用新型的风轮采用分层式结构，无论哪层旋转，都会带动同心轴转动，增加受风面积增加旋转力度，从而减小启动的推力，在任何小的推力下都能带动风机叶片的转动。

对上述结构或形状做进一步限制，所述叶片水平截面为月牙形，其整体为绕旋转轴呈螺旋结构的曲面体。

本实用新型是利用陀螺旋转的原理对原有结构进行改进的。陀螺在旋转的时候，不但围绕本身的轴线转动，而且还围绕一个垂直轴作锥形运动。也就是说，陀螺围绕本身的轴线作“自转”的同时，也围绕垂直轴作“公转”。陀螺围绕自身轴线作“自转”运动速度的快慢，决定着陀螺摆动角的大小。转得越慢，摆动角越大，稳定性越差；转得越快，摆动角越小，因而稳定性也就越好。陀螺高速自转时，在重力偶作用下，不沿力偶方向翻倒，而绕道支点的垂直轴作圆锥运动的现象，就是陀螺原理。本发明就是利用陀螺原理来维持风力扇叶的稳定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型在原有风力机的基础上进行改进，把风轮设计成分层式锥形结构，整体类似一个标准的陀螺，风叶采用的是绕旋转轴螺旋上升式结构，风轮旋转时一方面可以增加受风面积，减小启动推力，另一方面旋转起来就特别的稳定，提高工作效率，实现轴心稳定转动，并配合磁悬浮式发电机使用，由于磁悬浮式发电机的架构为磁悬浮无接触连接，旋转轴与发电机立面上没有任何接触，因此可以保证在最小化的摩擦下风轮旋转速度最大，可以避免机械摩擦，从而实现永磁磁悬浮发电目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本实用新型的锥形结构示意图；

图5是本实用新型的菱形结构示意图；

其中：1、叶片，2、风轮，3、旋转轴，4、发电机。

具体实施方式

根据附图可以看出，本实用新型具体涉及一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，该发电机能够提高工作效率，实现轴心稳定旋转，达到避免机械摩擦的永磁磁悬浮发电目的。

本实用新型结构包括磁悬浮式发电机4和风轮2，风轮2的中心为旋转轴3，旋转轴3周围均匀固定有叶片1，叶片1水平截面为月牙形，其整体为绕旋转轴3呈螺旋结构的曲面体，全部叶片1组成一个螺旋上升的锥形结构。另外，风轮2为分层式，各层风轮2有旋转轴3串接为一体。

本实用新型打破传统的风叶设计，使用分层式风轮2架构，各层风轮2罗列在一起组成陀螺结构，根据陀螺旋转原理可以知道，陀螺在旋转时能够很稳定的围绕轴心转动，因此该风轮2的结构可以保持相对稳定的旋转，提高发电效率。

本实用新型是提供一种陀螺型风叶、分层式风轮架构，如附图2所示，各层风轮2外形为上宽下窄的梯形（倒陀螺为上窄下宽）组合起来就是一个标准的陀螺，四个风叶组合为渐进式螺旋式上升的结构，无论哪层转动都会带动同心轴转动，可增加受风面积，提高旋转力度。之所以采取分层风轮是为了减小启动的推力，在有任何小的推力下都能带动旋转轴的转动，“陀螺”只要旋转起来就特别稳定的围绕同心圆轴旋转。由于发电机的架构为磁悬浮无接触连接，旋转轴与发电机立面上没有任何接触，进而可以保证在最小化的摩擦下旋转速度更大，实现发电效率最优。

附图4和5为上述结构的变形，为倒陀螺和正陀螺倒陀螺的组合，以上三种外形都为本实用新型的保护范畴。

本实用新型所使用风轮机是一种设计很好的系统，可以为任何家庭和小公司供电。这种在世界上最典型的陀螺原理基础上设计的陀螺式风轮机可以利用所有方向的风，产生平衡的电力扭距来旋转其发电机。它可以安装在高达10米左右的空中，可以利用风速小到16公里每小时的风力，因此可以让螺旋风轮机提供人们的电力需求。陀螺式风轮机的与众不同的垂直叶片能有效地捕获风力。本专利要以达到环境噪音小于5分贝的情况下照样能将风力转变为电力。也就是说，此陀螺风轮机运行的噪音和风吹过树木或房子时产生的噪音差不多，而利用10倍以上风速风力的传统卧式涡轮机则产生刺耳的噪音。因此，与传统风力机相比，采用陀螺式风轮机是轴心更稳定、效率更高；噪音低，可应用范围广；有风就能发电，风大发现效率更高。 

Claims (3)

1.一种陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，包括磁悬浮式发电机（4）和风轮（2），其特征在于所述风轮（2）的中心为旋转轴（3），所述旋转轴（3）周围均匀固定有叶片（1），全部叶片（1）组成一个螺旋上升的锥形结构。

2.根据权利要求１所述的陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，其特征在于所述风轮（2）为分层式结构，各层风轮（2）通过旋转轴（3）串接为一体。

3.根据权利要求１或2所述的陀螺式风轮机磁悬浮风力发电机，其特征在于所述叶片（1）水平截面为月牙形，其整体为绕旋转轴（3）呈螺旋结构的曲面体。

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