双旋直驱式风力发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风力发电机，属于机电设备领域，是一种新能源装置。
【背景技术】
[0002]风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能作为一种无污染、可再生的绿色能源，取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电非常适合，大有可为。对于解决全球性的能源危机和环境危机有着重要的意义。风力发电机的原理是风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
[0003]风力发电机组从风轮转轴安装方向上分类，有水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组两类。垂直轴风力发电机的风轮轴与风向垂直，无需对风，优点是能接受来自任何方向的风，是新推出的一种结构，目前正处于研宄发展阶段。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产水平，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。提高水平轴风力发电效率的最新技术放在了变桨距技术上，其中的机械控制结构比较复杂。目前所有水平轴风力发电机组只采用一个风轮，安装于发电机组的前端，风轮的叶片数大多为三片，也有四片。
[0004]水平轴风力发电机组往往带有一个尾翼，其作用是使得风力发电机保持迎风方向，从而能最大限度地获取风能。但存在尾翼偏航失灵，尾杆断裂及尾杆脱落等隐患，使其有时无法正常实现调向功能，无法有效地利用风能。也有大功率风力发电机组不使用尾翼，而采用风向仪进行定位，控制结构比较复杂。
[0005]一个风轮对风能的利用率很有限，能量利用率一般低于30%，气流流经叶片后仍然保留有较大动能，如果在发电机组后部再安装一个风轮，还可以继续利用气流能量。双螺旋桨结构在航空器与航海器中已得到充分认可。共轴双旋翼直升机与普通直升机相比有很多的优点。在结构上，由于采用两副旋翼，与相同重量的单旋翼直升机相比，若采用相同的桨盘载荷，其旋翼半径仅为单旋翼直升机的70%。双旋翼共轴式直升机的基本特征是:两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼轴上，两旋翼间有一定间距。两副旋翼的旋转方向相反，它们的反扭矩可以互相抵消。这一结构特征可以借鉴到风力发电装置中，提高风能的利用率。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种新型风力发电装置。
[0007]本实用新型要解决的问题是实现提高风能的利用率。从技术层面上看，具有以下特征:
[0008]双旋直驱式风力发电装置包含两个风轮、两只独立的发电机、电机固定壳体、回转支撑轴四部分，两个风轮和两只发电机同轴线安装，两个风轮安装在电机固定壳体的两端，风轮和发电机的旋转轴线呈水平放置；工作时两个风轮的旋转方向互为相反，输出两个独立电压，整流成直流电压后同极性并联输出；回转支撑轴上端与电机固定壳体的连接点偏离电机固定壳体的几何中心位置，如附图1所示，回转支撑轴下端通过轴承固定于风力发电装置的大支架上。
[0009]设置两个风轮有多方面的好处:一是可以提高风能的利用率，通常气流流经一个风轮后还有很大动能，可以继续驱动后一个风轮发电，如图2所示；二是两个风轮前后安装，回转支撑轴设置在偏离发电机组的几何中心位置，风轮迎风工作时自然形成了摆动力矩，使风力发电机的风轮随时迎着风向转动，无需风向仪控制，省去了尾翼，缩小了体积，大大消除了由于尾翼摆动所产生的振动及其噪声。
[0010]双旋直驱式风力发电装置是一种由风力直接驱动的发电装置直驱式风力发动机，这种发电机采用高电压电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是风力发电机中易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。采用低转速高电压发电机组和现代电子技术结合，能够非常方便地处理各种风速下输出的电能，其电能转换的工作效率远高于机械增速传动的工作效率。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型双旋直驱式风力发电装置的立体视图；
[0012]图中是前风轮；2是前发电机；3是后发电机；4是后风轮；5是发电机固定壳体；6是回转支撑轴；7是风力发电装置的大支架；8是风向箭头。
[0013]图2是气流方向与叶片转动方向关系示图；
[0014]图中:1和2是叶片转动方向；3是气流轨迹。
[0015]图3是发电机电能合并原理框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及实例对本实用新型作进一步的说明。
[0017]两台发电机的输出电压经过整流后再并联，如图3所示，可以防止直接并联时两个发电机输出交流电压相位不一致引起短回路电流。发电机无输出电流状态下，只有很小的转动磨擦阻力；当发电机输出电流后，会产生旋转阻力矩，输出电流越大，旋转阻力矩也越大，由此形成的风力动力矩与电流阻力矩平衡。输出电压分别整流后输向同一储电设备，通过各自的输出电流实现对风轮转速的相互牵制，对于同一规格的发电机，转速高的阻力矩大，相反转速低的阻力矩小。两个风轮的直径设计得基本相同，它们的转速也将基本相等，输出的电能也基本均衡。
[0018]水平轴风轮的旋转惯性力与重力方向不同，会产生陀螺力，形成水平轴风力发电机组在水平方向的旋转力矩。为了避免陀螺力带来的不利影响，应采用低转速高电压发电机，降低风轮旋转速度，从而减小陀螺力。为了适合低转速工作，风轮的叶片数应该多一些，一般设计成3-5片，增大实度比。
[0019]由于回转支撑轴偏离电机固定壳体的几何中心位置，回转支撑轴会受到弯曲力，过大的重量会使支撑轴负荷过重。因此，本实用新型适宜做成小型风力发电装置。
【主权项】
1.一种双旋直驱式风力发电装置，其结构特征在于:装置包含两个风轮、两只独立的发电机、电机固定壳体、回转支撑轴四部分，两个风轮和两只发电机同轴线安装，两个风轮安装在电机固定壳体的两端，风轮和发电机的旋转轴线呈水平放置；回转支撑轴上端与电机固定壳体的连接点偏离电机固定壳体的几何中心位置，回转支撑轴下端通过轴承固定于风力发电装置的大支架上。
2.根据权利要求1所述的一种双旋直驱式风力发电装置，其结构特征是工作时两个风轮的旋转方向互为相反，输出两个独立电压，整流成直流电压后同极性并联输出。
【专利摘要】本实用新型公开了一款双旋直驱式风力发电装置，主要由两个风轮、两只独立的发电机、电机固定壳体、回转支撑轴四部分组成，两个风轮安装在电机固定壳体的两端，旋转方向互为相反，每一个风轮独立直接驱动各自的发电机，分别输出两个电压，经过整流后同极性并联输出电能。垂直回转支撑轴的支撑点偏离电机固定壳体的几何中心位置，自然形成了回转力矩，省去了尾舵。双旋直驱式风力发电装置效率高，噪音低，寿命长，有利于减小机组体积。
【IPC分类】F03D9-00, F03D1-02, F03D1-06
【公开号】CN204532700
【申请号】CN201520219038
【发明人】沈洁, 陈庭勋, 谢黛娜
【申请人】浙江海洋学院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月4日