一种风力发电的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种风力发电机，包括支撑塔架、固定支架、下横支撑、下旋转支撑、法兰、发电机外转子、内转子、下叶轮、上叶轮，所述下叶轮包括下叶轮转轴；所述上叶轮包括上叶轮转轴；所述固定支架固定于支撑塔架上，下横支撑位于所述固定支架的底部，所述下旋转支撑固接在下横支撑上，所述发电机外转子的一端通过法兰固接在下旋转支撑上，另一端与所述下叶轮转轴固接在一起，所述下叶轮转轴为套筒结构，在其顶端设置有轴承，所述上叶轮转轴穿过轴承和下叶轮转轴的套筒，并与内转子固定连接。在相同的转速条件下，本实用新型所述的风力发电机对风速的要求降低到了原来的80％，且不需要安装增速器等设备，从而有效保证了风力发电机的发电效率。
【专利说明】-种风力发电机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及风能利用【技术领域】，尤其是涉及一种风力发电机。
【背景技术】
[0002] 在世界能源越来越紧张的现实情况下，人们逐渐开发了自然界的风能、太阳能等 可再生资源，并利用风力发电机在外界的风力达到要求时旋转，同时带动发电机发电，然 而，现有风力发电机一般的启动风速要求较高，大约4m/s以上，而且刚启动的风力发电机 不是马上就开始发电，而是要等到风力发电机上的叶轮达到一定的转速才能正常发电。
[0003] 为提高风力发电机的发电效率，人们通过在风力发电机上安装增速器以提高风力 发电机的转速，从而实现快速发电的目的。然而，增速器价格昂贵，安装了增速器后的风力 发电机不仅变得更加笨重，而且极大地增加了风力发电机的故障率。 实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型提供一种风力发电机，该风力发电机不需安装增速器，在较 低风速的情况下也能使风力发电机快速发电，从而提高风力发电机的发电效率。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0006] -种风力发电机，包括支撑塔架、固定支架、下横支撑、下旋转支撑、法兰、发电机 外转子、内转子、下叶轮、上叶轮，所述下叶轮包括下叶轮转轴；所述上叶轮包括上叶轮转 轴；所述固定支架固定于支撑塔架上，下横支撑位于所述固定支架的底部，所述下旋转支撑 固接在下横支撑上，所述发电机外转子的一端通过法兰固接在下旋转支撑上，另一端与所 述下叶轮转轴固接在一起，所述下叶轮转轴为套筒结构，在其顶端设置有轴承，所述上叶轮 转轴穿过轴承和下叶轮转轴的套筒，并与内转子固定连接。
[0007] 所述下叶轮还包括下叶轮支撑杆和下叶轮叶片，所述下叶轮叶片通过下叶轮支撑 杆连接于下叶轮转轴上；所述上叶轮还包括上叶轮支撑杆和上叶轮叶片，所述上叶轮叶片 通过上叶轮支撑杆连接于上叶轮转轴上。
[0008] 所述上叶轮叶片和下叶轮叶片的安装方向相反。
[0009] 所述上叶轮叶片和下叶轮叶片均为直叶片，且数量至少为两片。
[0010] 所述下旋转支撑包括下旋转支撑轴套、角接触轴承和旋转芯轴，所述下旋转支撑 轴套与下横支撑固定连接，且还与所述旋转芯轴通过角接触轴承一起装配，所述法兰通过 位于其内侧的键与旋转芯轴固接在一起。
[0011] 在所述下旋转支撑轴套的顶部和底部由内向外依次装有下旋转支撑密封垫和下 旋转支撑上闷盖，在所述下旋转支撑顶部的闷盖与旋转芯轴之间还安装有下旋转支撑密封 圈。
[0012] 所述固定支架还包括上旋转支撑、上横支撑和立柱，所述上旋转支撑固定于上横 支撑上，所述立柱位于上横支撑和下横支撑之间。
[0013] 所述上旋转支撑包括上旋转支撑轴套和调心轴承，所述上旋转支撑轴套固接于上 横支撑上，并通过调心轴承装配在上叶轮转轴上。
[0014] 在所述上旋转支撑轴套的顶部和底部由内向外依次装有上旋转支撑密封垫和上 旋转支撑闷盖，在所述上旋转支撑下部的闷盖与上叶轮转轴之间还安装有上旋转支撑密封 圈。
[0015] 在相同的转速条件下，本实用新型所述的风力发电机对风速的要求降低到了原来 的80%，且不需要安装增速器等设备，从而有效保证了风力发电机的发电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型所述的风力发电机的结构示意图。
[0017] 图2是图1所示的风力发电机A-A方向的剖视图。
[0018] 图3A是从图1所示的风力发电机B-B方向看去时上叶轮叶片的安装示意图。 [0019] 图3B是从图1所示的风力发电机B-B方向看去时下叶轮叶片的安装示意图。
[0020] 图4是本实用新型所述的风力发电机下旋转支撑在图1中B-B方向的剖视图。
[0021] 图5是本实用新型所述的上旋转支撑在B-B方向的剖视图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图详细描述本实用新型的实施例。
[0023] 图1是本实用新型所述的风力发电机的结构示意图，图2是图1所示的风力发电 机A-A方向的剖视图。如图1和图2所示，本实用新型所述的风力发电机100包括支撑塔 架1、固定支架7、下横支撑71、下旋转支撑2、法兰3、发电机外转子4、内转子9、下叶轮5、 上叶轮6,所述下叶轮5包括下叶轮转轴53、下叶轮支撑杆51和下叶轮叶片52,所述下叶轮 叶片52通过下叶轮支撑杆51连接于下叶轮转轴53上；所述上叶轮6包括上叶轮转轴63、 上叶轮支撑杆61和上叶轮叶片62,所述上叶轮叶片62通过上叶轮支撑杆61连接于上叶 轮转轴63上；所述固定支架7固定于支撑塔架1上，下横支撑71位于所述固定支架7的底 部，所述下旋转支撑2固接在下横支撑71上，所述发电机外转子4的一端通过法兰3固接 在下旋转支撑2上，另一端与所述下叶轮转轴53固接在一起，所述下叶轮转轴53为套筒结 构，在其顶端设置有轴承54,所述上叶轮转轴63穿过轴承54和下叶轮转轴53的套筒，并与 内转子9固定连接。
[0024] 为降低所述风力发电机100对启动风速的要求，所述上叶轮叶片62和下叶轮叶片 52的安装方向相反。图3A是从图1所示的风力发电机B-B方向看去时上叶轮叶片的安装 示意图；图3B是从图1所示的风力发电机B-B方向看去时下叶轮叶片的安装示意图。分别 如图3A和图3B所示，当所述风力发电机100启动时，所述上叶轮叶片62沿着图3A中wl 所示的方向即逆时针方向旋转，所述下叶轮叶片52沿着图3B中w2所示的方向即顺时针方 向旋转，因此，二者的旋转方向相反，产生的力矩方向也相反，当所述上叶轮叶片62与下叶 轮叶片52的材质和形状相同，以及上叶轮固定杆61与下叶轮固定杆51的材质和形状也相 同时，整机的旋转扭力抵消为零，而且，所述内转子9和外转子4分别由上叶轮转轴63和下 叶轮转轴53直接驱动，从而加快了发电机切割磁力线的速度，而又由于二者的旋转方向相 反，因此，切割磁力线的密度也增大，使得发电机的发电量得以大幅提高。
[0025] 本实用新型实施例中，优选的，所述上叶轮叶片62和下叶轮叶片52均为直叶片， 且二者的数量均至少为两片，每一个叶片至少需要一根支撑杆与相应的叶轮转轴连接。如 图1所示，所述上叶轮6和下叶轮5为Η形叶轮，还可以是阻力型叶轮如S型叶轮等，还可 以采用升力型叶轮如Φ型叶轮等。如图3Α和3Β所示，所述上叶轮6的旋转半径为R1，下 叶轮5的旋转半径为R2,本实施例中所述R1与R2相等，还可以是所述R1与R2不相等。本 实施例中，优选的，所述的上叶轮6的高度和下叶轮5的高度相等，只要可以实现本实用新 型目的，所述上叶轮6和下叶轮5的高度还可以不相等。
[0026] 图4是本实用新型所述的风力发电机下旋转支撑在图1中Β-Β方向的剖视图。如 图所示，所述下旋转支撑2包括下旋转支撑轴套21、角接触轴承22和旋转芯轴23,所述下 旋转支撑轴套21与下横支撑71固定连接，且还与所述旋转芯轴23通过角接触轴承22 - 起装配，所述法兰3通过位于其内侧的键31与旋转芯轴23固接在一起，因此，法兰3随着 旋转芯轴23可以一同相对于所述下旋转支撑轴套21和固定支架7自由旋转，同时也保证 了旋转芯轴23能够承受足够的轴向力和径向力。如上所述，所述发电机外转子4的一端通 过法兰3固接在下旋转支撑2上，如图2所示，所述发电机外转子4是固定在法兰3上，再 由法兰3与下旋转支撑2的旋转芯轴23固接在一起，如此，发电站外转子4能够随着旋转 芯轴23-起360°自由转动。
[0027] 同时，为减小外部环境对所述下旋转支撑2的影响，在所述下旋转支撑轴套21的 顶部和底部由内向外依次装有下旋转支撑密封垫25和下旋转支撑上闷盖24,在所述下旋 转支撑顶部的闷盖与旋转芯轴23之间还安装有下旋转支撑密封圈26,从而使得所述下旋 转支撑2及其相关联的部件处于密封状态，可以完全避免雨雪沙尘恶劣的自然环境对下旋 转支撑2的内部损害。
[0028] 为防止风力发电机100在旋转时，其上端剧烈晃动，所述固定支架7还包括上旋转 支撑8、上横支撑72和立柱73,如图1所示，所述上旋转支撑8固定于上横支撑72上，所述 立柱73位于上横支撑72和下横支撑71之间，用于支撑所述上横支撑72,同时也可以加强 所述风力发电机100的强度。图5是所述上旋转支撑8在Β-Β方向的剖视图，如图所示，所 述上旋转支撑8包括上旋转支撑轴套81和调心轴承82,所述上旋转支撑轴套81固接于上 横支撑8上，并通过调心轴承82装配在上叶轮转轴63上。同样的，为减小外部环境对所述 上旋转支撑8的影响，在所述上旋转支撑轴套81的顶部和底部由内向外依次装有上旋转 支撑密封垫84和上旋转支撑闷盖83,在所述上旋转支撑下部的闷盖与上叶轮转轴63之间 还安装有上旋转支撑密封圈86,从而使得所述上旋转支撑8及其相关联的部件处于密封状 态，可以完全避免雨雪沙尘恶劣的自然环境对上旋转支撑8的内部损害。
[0029] 本实用新型所述的固定支架7的支撑结构，除了如上所述的底部单层支撑结构以 及顶部和底部双层支撑结构外，还可以采用中部和底部双层支撑结构或者顶部、中部和底 部三层支撑结构，甚至是多层支撑结构。
[0030] 本实用新型所述的风力发电机100工作时，根据经典电磁理论和感应产生电的基 本理论，导体在磁场中做旋转的切割磁力线运动时产生感应电动势为
[0031] U = NSBwsin (wt) (1-1)
[0032] 其中，N-绕线匝数；S-绕线面积；B-电磁感应强度；w-旋转角速度；
[0033] t_工作时间；
[0034] 本实用新型所述的风力发电机100使发电机内转子9和外转子4同轴嵌套，并在 具有相反翼型叶片的上下两组叶轮带动下，两个转子相互同轴逆向转动，即使内、外转子的 绝对转速较低,也可使磁场与绕线间的相对转动角速度变的较大，由式（1-1)可以得出
[0035] U = NBS (wl-w2) sin [ (wl-w2) t] (1-2)
[0036] 其中，wl和w2是两个转子的转动角速度。
[0037] 在理想状态下，当两个叶轮在相同风速下，转速大小相等，方向相反，外转子4相 对内转子9的转速增加了一倍，于是，可以得到在理想状态下的感应电动势
[0038] Uid = 2NSBsin(2wt) (1-3)
[0039] 比较式（1-1)和式（1-3)可知：|Uid| =2 |U|，即在相同的发电机和风力条件下，本 实用新型所述的风力发电机1〇〇比现有的风力发电机组的发电能力提高1倍，若实现风力 发电机输出相同功率P的话，对于现有的风力机来说，叶轮从风中吸收功率P :
[0040] P = (CPP sn^/2 (1-4)
[0041] 其中，CP_叶轮的风能利用系数；P -空气密度；s-叶轮的扫略面积；
[0042] Vl-原有的单叶轮风力机吸收功率P时的风速；
[0043] 由式（1-4)推出
[0044] v! = ^(2P)/(CPps) (1-5)
[0045] 对于本实用新型所述的风力发电机100来说，由于采用双叶轮结构，双叶轮从风 中吸收的功率P :
[0046] P = 2 X [ (CP P sv23) /2] (1-6)
[0047] 其中，v2-本实用新型所述的风力机100吸收功率P时的风速；
[0048] 由式（1-6)推出
[0049] v2 = ljP/(CPps) ( 1_7)
[0050] 根据式（1-5)和式（1-7)可知：
[0051] v2/v1=\lP/(CPps) /^(2P)/(CPps)=W/2 ^80% (1-8)
[0052] 因此，若实现风力发电机输出相同功率的话，本实用新型所述的风力发电机100 对风速的要求降低到了原来的80%，这样在一些风速比较低，风力资源相对不丰富的地区 也能用上风力发电，同时，本实用新型所述的风力发电机1〇〇是由叶轮直接驱动发电机发 电，免去了价格高昂且易出故障的增速器，从而大大降低了成本。
【权利要求】
1. 一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机（100)包括支撑塔架（1)、固定支架 (7)、下横支撑（71)、下旋转支撑（2)、法兰（3)、发电机外转子（4)、内转子（9)、下叶轮（5)、 上叶轮（6)，所述下叶轮（5)包括下叶轮转轴（53);所述上叶轮（6)包括上叶轮转轴（63); 所述固定支架（7)固定于支撑塔架（1)上，下横支撑（71)位于所述固定支架（7)的底部，所 述下旋转支撑（2)固接在下横支撑（71)上，所述发电机外转子（4)的一端通过法兰（3)固 接在下旋转支撑（2)上，另一端与所述下叶轮转轴（53)固接在一起，所述下叶轮转轴（53) 为套筒结构，在其顶端设置有轴承（54)，所述上叶轮转轴（63)穿过轴承（54)和下叶轮转轴 (53)的套筒，并与内转子（9)固定连接。
2. 根据权利要求1所述的一种风力发电机，其特征在于，所述下叶轮（5)还包括下叶轮 支撑杆（51)和下叶轮叶片（52)，所述下叶轮叶片（52)通过下叶轮支撑杆（51)连接于下叶 轮转轴（53)上；所述上叶轮（6)还包括上叶轮支撑杆￠1)和上叶轮叶片￠2)，所述上叶 轮叶片（62)通过上叶轮支撑杆（61)连接于上叶轮转轴（63)上。
3. 根据权利要求2所述的一种风力发电机，其特征在于，所述上叶轮叶片（62)和下叶 轮叶片（52)的安装方向相反。
4. 根据权利要求3所述的一种风力发电机，其特征在于，所述上叶轮叶片（62)和下叶 轮叶片（52)均为直叶片，且数量至少为两片。
5. 根据权利要求4所述的一种风力发电机，其特征在于，所述下旋转支撑（2)包括下 旋转支撑轴套（21)、角接触轴承（22)和旋转芯轴（23)，所述下旋转支撑轴套（21)与下横 支撑（71)固定连接，且还与所述旋转芯轴（23)通过角接触轴承（22) -起装配，所述法兰 (3)通过位于其内侧的键（31)与旋转芯轴（23)固接在一起。
6. 根据权利要求5所述的一种风力发电机，其特征在于，在所述下旋转支撑轴套（21) 的顶部和底部由内向外依次装有下旋转支撑密封垫（25)和下旋转支撑上闷盖（24)，在所 述下旋转支撑顶部的闷盖与旋转芯轴（23)之间还安装有下旋转支撑密封圈（26)。
7. 根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的一种风力发电机，其特征在于，所述 固定支架（7)还包括上旋转支撑（8)、上横支撑（72)和立柱（73)，所述上旋转支撑（8)固 定于上横支撑（72)上，所述立柱（73)位于上横支撑（72)和下横支撑（71)之间。
8. 根据权利要求7中任意一项权利要求所述的一种风力发电机，其特征在于，所述上 旋转支撑（8)包括上旋转支撑轴套（81)和调心轴承（82)，所述上旋转支撑轴套（81)固接 于上横支撑（8)上，并通过调心轴承（82)装配在上叶轮转轴（63)上。
9. 根据权利要求8中任意一项权利要求所述的一种风力发电机，其特征在于，在所述 上旋转支撑轴套（81)的顶部和底部由内向外依次装有上旋转支撑密封垫（84)和上旋转支 撑闷盖（83)，在所述上旋转支撑下部的闷盖与上叶轮转轴（63)之间还安装有上旋转支撑 密封圈（86)。
【文档编号】F03D11/00GK203906181SQ201420325800
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】胡立强 申请人:胡立强