[發(fā)明專利]無葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710296108.3
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107061170A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔曙光;何聶;謝桂蘭;王曉雅;王丹青;許延坡
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D15/00;F03D5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種沒有葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

風(fēng)能是一種可再生的、無污染的自然能源，其蘊量巨大，已受到世界各國的高度重視，如2002-2015年間，全球風(fēng)電裝機(jī)容量從17.4GW 發(fā)展到432.9GW，增加約23倍。風(fēng)力發(fā)電的基本原理是利用風(fēng)力帶動風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速器將旋轉(zhuǎn)的速度提升，然后促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。

風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其主要包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、鐵塔，以及尾舵等，根據(jù)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的安裝方式可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片一般為2-4片，且隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的增大，葉片的尺寸也會相應(yīng)地增大，如1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長度約為35-40米，其風(fēng)輪直徑則達(dá)到80-100米，其鐵塔的高度也要達(dá)到80-100米左右，因此水平軸風(fēng)力機(jī)的土地占地率高。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般安裝在山頂或?qū)挸ǖ钠皆⑸搅值蕊L(fēng)力比較大的區(qū)域，這些區(qū)域往往也是鳥類聚集或候鳥遷徙的地方，因此安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)會影響到鳥類的遷徙，對自然生態(tài)環(huán)境具有較大的影響。同時由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝需要用到大型長臂的機(jī)械吊裝設(shè)備，則在其安裝過程中，會破壞當(dāng)?shù)氐闹脖弧⒕植扛淖兊匦蔚孛玻踔羾?yán)重時會造成水土流失等。

為了捕捉到更大的風(fēng)能，需要增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片尺寸，而葉片尺寸的增大會給其運輸、安裝帶來更大的困難，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的成本約占其總成本的25-30%，如2MW風(fēng)力機(jī)葉片的成本約為1100萬元左右。同時目前制造葉片的材料一般采用玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂等，當(dāng)葉片退役后，若處理不當(dāng)則會給環(huán)境造成二次污染。

為了得到平穩(wěn)的風(fēng)速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的鐵塔高度一般均大于10米以上，且隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的增大，其鐵塔的高度也會增大，約為風(fēng)輪直徑的3／4左右，有時會接近1:1，同時風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運轉(zhuǎn)部分一般均安裝在鐵塔的頂部，這意味著對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維修也是非常不方便。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服風(fēng)力發(fā)電機(jī)因使用葉片所帶來的問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單且無葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括錐形風(fēng)塔1、連接盤2、永久磁鐵上盤3、永久磁鐵盤4、連接支撐9、能量轉(zhuǎn)換裝置8、增速器5、發(fā)電機(jī)6和支座7；所述錐形風(fēng)塔1一端固定連接連接盤2，通過連接盤2與連接盤2上的永久磁鐵上盤3連接形成一個整體，所述支座7上設(shè)有發(fā)電機(jī)6，增速器5一端連接發(fā)電機(jī)6，另一端連接能量轉(zhuǎn)換裝置8，所述能量轉(zhuǎn)換裝置8上設(shè)有永久磁鐵盤4，所述永久磁鐵上盤3通過連接支撐9與永久磁鐵盤4連接，且永久磁鐵上盤3與永久磁鐵盤4相對面的磁極相斥。

本發(fā)明的錐形風(fēng)塔1、連接支撐9和能量轉(zhuǎn)換裝置8連接在一起形成一個整體；當(dāng)風(fēng)作用在錐形風(fēng)塔1時，由于卡門渦街原理，會對錐形風(fēng)塔1產(chǎn)生一個周期性的交變橫向力，從而引起錐形風(fēng)塔1產(chǎn)生周期性的振動，錐形風(fēng)塔1得到的振動頻率和振幅通過連接支撐9傳遞到能量轉(zhuǎn)換裝置8，從而實現(xiàn)錐形風(fēng)塔1所獲取風(fēng)能的傳遞與轉(zhuǎn)變。

本發(fā)明的永久磁鐵上盤3固定在連接盤2上，永久磁鐵盤4固定在能量轉(zhuǎn)換裝置8的外端，永久磁鐵上盤3和永久磁鐵盤4相對的平面保持平行，且永久磁鐵上盤3與永久磁鐵盤4相對平面的磁極相斥；當(dāng)錐形風(fēng)塔1在風(fēng)的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時，永久磁鐵上盤3相應(yīng)地也產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，而永久磁鐵盤4保持不動，因此永久磁鐵上盤3和永久磁鐵盤4相對的平面之間不再保持平行，距離短的一側(cè)產(chǎn)生的斥力會大于距離大的一側(cè)，迫使永久磁鐵上盤3恢復(fù)與永久磁鐵盤4之間的平行狀態(tài)，從而帶動錐形風(fēng)塔1向相反方向擺動，從而使錐形風(fēng)塔1在風(fēng)的作用下產(chǎn)生一個周期性的振動；同時兩者之間斥力的存在，也可確保錐形風(fēng)塔1產(chǎn)生共振時，其振幅不能無限地疊加增大。

本發(fā)明的錐形風(fēng)塔1為一個錐形中空結(jié)構(gòu)，錐形風(fēng)塔1的固有頻率會隨著風(fēng)速所產(chǎn)生的交變橫向作用力的頻率變化而變化，且錐形風(fēng)塔1的固定頻率與交變作用力的頻率接近，從而使錐形風(fēng)塔1能夠獲取更大的機(jī)械能。

本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置8一端連接連接支撐9，另一端連接增速器5，所述能量轉(zhuǎn)換裝置8為液壓式機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置；能量轉(zhuǎn)換裝置8的作用是將錐形風(fēng)塔1獲取的機(jī)械能通過連接支撐9傳遞給能量轉(zhuǎn)換裝置8后，并將獲取的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成動能，然后再傳遞給增速器。

本發(fā)明的增速器5一端連接能量轉(zhuǎn)換裝置8，另一端連接發(fā)電機(jī)6；當(dāng)能量轉(zhuǎn)換裝置8將錐形風(fēng)塔1獲取的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成動能后，增速器5將能量轉(zhuǎn)換裝置8輸出的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行增速，并傳送給發(fā)電機(jī)發(fā)電。