專利名稱：高效率小型風力發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水平軸式風力發電機，尤其是涉及帶有風流罩的小型水平 軸式風力發電機，其主要用于風力資源豐富的城市或居住區。
背景技術：
現有帶有風流罩的小型水平軸式風力發電機如圖1所示，其包括安裝于水
平轉軸4的風葉裝置1，環套風葉裝置1安裝能提高其氣動效果的風流罩11， 所述風葉裝置1通過水平轉軸4與發電機16連接，風葉裝置1受風力推動旋 轉時，通過水平轉軸4帶動發電機16發電。水平軸式風力發電機是世界上目 前最為成功、應用最為廣泛、且普遍認為風能利用率最高的一種風力發電機。
經濟合理地、最大限度地獲取風能資源， 一直是風力發電機設計和發展中 最主要的技術挑戰與目標。為進一步提高風機的風能利用率，人們不斷改進風 機的槳葉葉型設計或實用新型新型風葉，如美國專利US 6， 736， 600公開的螺 旋型風葉。在同樣的風力狀態下，性能優良的風葉可以更好地俘獲風能，使風 機有更高的風能一電能轉化率。此外，人們在一直不斷地嘗試另一種技術方案， 其是在風葉裝置的外圍于風葉旋轉面的垂直方向安裝一個擴散式、或集中式、 或簡單直式的圓罩子ll (這里籠統稱其為風流罩)，以期通過其穩流、聚流和
導流等氣動效應，進一步提高風機的風能利用率。其中擴散式風流罩的進風口 面積小于出風口面積，集中式風流罩則正好相反。圖1所示的風流罩11為擴 散式風流罩。不同形式、不同軸向長度和不同端面形狀的風流罩，其作用及強 度也有所不同。世界上已有不少的專利，公開了各式風流罩的設計、形狀、選 用材料及生產加工工藝(如美國專利US 4， 132， 499、 US 4， 021， 135;德國專利 DE 199 03 846 Al、 DE 201 15 330 Ul)。
常規風流罩風機除在結構上多出一個風流罩外，其它結構以及工作過程與 無罩風機(如槳葉開放式風機)完全相同。
普遍認為，上述風流罩具有下述積極效能其能削減槳葉葉尖二次流的負
影響，提高風葉掃風面的來流風速(或來流風量)，從而提高整個風機的風能
利用率；同時,，風流罩對消減葉尖噪聲，增強風機運轉安全性(如防止冬季拋
摔風葉面上積,結的凍冰)等方面相對無罩風機具備相當的優勢，使得帶風流罩 (尤其小型風流罩)的風機在城市居民區的應用成為可能。
但帶有風流罩的水平軸式風力發電機雖然其概念巳存在幾十年，卻受限于 制造成本，至今沒有得到廣泛的應用。也就是說，風流罩通過其穩流、聚流或 導流等因素所起到的提高風能利用率之積極作用，相對于加裝風流罩的附加成 本仍需要進行得失權衡，風流罩風機應用的經濟性是其發展的瓶頸。
另一方面，高轉速運行的發電機其整體性能被普遍認為較低轉速發電機為
優；為此，風力發電機組中通常都帶有變(增)速裝置。而小型風力發電機由 于受結構、維護和成本等局限，不同于大型的風力機， 一般均采用直驅式發電 方式，即風葉裝置通過連軸直接驅動發電機。如何實現低轉速而又能有效地高 發電，是至今制約所有小型風機效能的技術瓶頸。
發明內容
本實用新型的目的是在充分利用風流罩結構上述積極效能的同時，克服上 述小型風力發電機的技術瓶頸，提供一種具有更高發電效率的小型風力發電 機。在該風力發電機中，賦予風葉裝置、風流罩以及發電機的定子和轉子結構 全新的意義和功能，從而獲得諸多新的技術效果，進一步提高風力發電機的整 體效能。本實用新型使風流罩風力發電機的優勢更加突出，使風流罩風力發電 機應用的經濟性更趨合理，為風力發電機低轉速高發電提出了一個新穎的技術 方案。
為了解決,上述技術問題，本實用新型采用如下的技術方案
高效率小型風力發電機，其包括由各風葉片的一端分別連接于水平轉軸的 風葉裝置，各風葉片另一端的外圍裝置風流罩，在風流罩的罩體上嵌裝發電機 的定子，發電機的定子與風流罩的罩體集成為一體，與所述發電機的定子相對 應裝置發電機的轉子。
所述發電機的轉子構成如下在所述風葉裝置中各風葉片另一端的端部連 接有磁性件，由該磁性件與所述風葉裝置集成，構成所述發電機的轉子。
其中發電機的定子及轉子的安裝結構如下所述風流罩罩體由風流罩前罩 體、發電機定子罩體以及風流罩后罩體分段順序連接構成，其中發電機定子罩 體由發電機定子及包覆其外的罩殼構成；發電機定子罩體與其相鄰處的所述風
流罩前罩體以及風流罩后罩體比較，其厚度小于兩者，但其內徑大于兩者，由 此在風流罩罩體的內壁上形成一個凹槽，在該凹槽中嵌入與所述發電機的定子 相對應裝置的所述發電機轉子的磁性件，該磁性件的內壁面與所述凹槽的槽口 面持平，包括該磁性件的內壁面在內，風流罩內壁的壁面保持流線型形狀。最 合理的情況是所述發電機的定子與所述發電機轉子的磁性件位于風流罩罩體 內壁的最小口徑處。
上述結構中所述的磁性件是一磁性圓環體，或者，所述磁性件包括一導磁 圓環體，在導磁圓環體上安裝有磁性片。
發電機的轉子與所述風葉裝置也可以是下述結構方式所述風葉裝置中各 風葉片的一端以及所述發電機的轉子分別連接于一個水平轉軸，風葉裝置位于 風流罩罩體內壁的最小口徑處，風葉裝置通過水平轉軸帶動風力發電機的轉子 轉動，發電，幾的轉子與所述風葉裝置安裝為兩體。
本實用薪型的技術效果
本實用新型在保留風流罩其空氣動力學意義上的結構特征與效能同時，賦 予風流罩結構全新的功能，具體是在風流罩的罩體內嵌裝發電機的定子，發電 機的定子與風流罩的罩體結合為一體，風流罩已不再單純是提高風能利用率的 部件，同時也是發電機結構的一個組成部分，其作為發電機定子的依托件。本 實用新型將發電機定子與風流罩集成為一體，帶來顯著的技術效果是極大限度 地放大了發電機定(轉)子的直徑，在相同轉子轉速的情況下，本實用新型中 的發電機感應線圈可具有更高的(線)速度切割磁力線，從而可產生更大的感 應電勢，顯著提高風力發電機的發電效率。本實用新型使風流罩風力發電機的 優勢更加突出，進而使風流罩風力發電機應用的經濟性更趨合理；同時，也為 小型風力機低轉速高發電開辟出了一條新的技術途徑。迄今為止，世界上所有 風力發電機，其結構都是由風葉裝置將風能轉換為機械(轉)動能，然后通過 連動軸帶動風力發電機的轉子轉動進而發電。本實用新型中將發電機的轉子與 風葉裝置集成為一體，使得整個風力發電機的結構更加簡單。

圖1為現有帶風流罩風力發電機的示意圖2為本實用新型結構第一實施例的示意圖3為不同定子半徑的發電機在相同轉速下，線圈相應以不同速度切割磁
力線的示意圖4為本實用新型結構第二實施例的示意圖5為圖4中A-A部位的放大圖6為本實用新型結構第三實施例的示意圖7為本實用新型結構的剖視示意圖。
圖8為圖7中B-B部位的放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明。
實施例1
見圖2、圖7及圖8，本實用新型包括支架3支撐的風流罩11，風流罩ll 由風流罩前罩體12、定子罩體13和風流罩后罩體8拼接而成；其中定子罩體 13由發電機定子14及包覆其外的鋁合金罩殼9構成，定子14的嵌線槽中按常 規技術嵌裝感,應線圈；定子罩體13的厚度小于、但內徑大于相鄰的前罩體12 及后罩體8， i此在風流罩體的內壁上形成一凹槽，在凹槽中與定子14保持微 小氣隙IO，借助支架3相對應裝置發電機轉子5。
見圖2、圖7及圖8，發電機轉子5具體的安裝關系如下在各風葉片2 的葉端部固定導磁圓環6，在所述導磁圓環6上等間距安裝磁性片7，組成發 電機轉子的磁性件，導磁圓環6及其上貼附安裝的磁性片7嵌裝入上述凹槽中， 導磁圓環6的內壁面與所述凹槽的槽口面持平，包括所述導磁圓環6的內壁面 在內，使風流罩內壁的壁面保持流線型形狀。上述安裝有磁性片7的圓環6及 所述風葉裝置1構成所述發電機的轉子5，發電機的轉子5與所述風葉裝置1 集成為一體。合理的情況是發電機定子14、導磁圓環6及其上安裝的磁性片7 位于風流罩'罩體內壁的最小口徑處。本實施例中氣隙10取值1毫米，定子14 的內直徑84厘米，風葉片2的直徑82厘米，定子14、圓環6和磁性片7可以 用常規發電機定子及轉子所用材料制作，例如，定子14由硅鋼片加線圈繞組 按其常規設計及工藝制作，轉子5的圓環6選用導磁低碳鋼、磁性片7選用釹 鐵硼材料按其常規工藝制作。本實用新型工作時，風葉裝置1的各風葉片2在 風力的作用下轉動，等效于發電機轉子5轉動，從而使發電機發電。
本實用新型將定子嵌裝于風流罩罩體中，極大限度地放大了發電機定(轉) 子的直徑，見圖3，圖中示出半徑分別為R1及R2的兩個定(轉)子，Rl的值
大于R2的值，相同轉子轉速(轉子轉動相同角度e)的情況下，定子半徑為 Ri的電機的感應線圈可具有更高的(線)速度切割磁力線，從而可產生更大的 感應電勢，顯著提高風力發電機的發電效率。圖3中定子半徑為Rl的電機中 感應線圈切割磁力線的(線)速度VI大于定子半徑為R2的電機中感應線圈切 割磁力線的C線)速度V2， Vl= (Rl/R2) XV2。
實施例2:
見圖4、圖5所示，其與圖2所示實施例1的結構的不同點在于，相對圖 2中采用低碳鋼材料制成的圓環6，改為采用比重更低的鋁合金材料制成的圓 環17，圓環17上貼附由磁性材料制成的磁環15。圓環17與其上貼附的磁環 15及所述風葉裝置1構成所述發電機的轉子5，磁環15所用材料可與實施例1 相同，本實施例的其余結構也與實施例1所述相同。
實施例3:
見圖6所示，風葉裝置1中各風葉片2的一端以及所述發電機的轉子5分 別連接于水平轉軸4，所述風葉裝置1通過水平轉軸4帶動風力發電機的轉子 5轉動，發電機的轉子5與所述風葉裝置1安裝為兩體。圖6中，定子14以及 轉子5的結構及其安裝關系與圖2及圖8相同，所不同的是轉子圓環6及貼附 其上的磁性片7固定在獨立的支架16上，支架16與水平轉軸4連接。本實施 例的其余結構與實施例1所述相同。
權利要求1. 高效率小型風力發電機，其包括由各風葉片的一端分別連接于水平轉軸的風葉裝置，各風葉片另一端的外圍裝置風流罩，其特征在于在風流罩的罩體上嵌裝發電機的定子，發電機的定子與風流罩的罩體集成為一體，與所述發電機的定子相對應裝置發電機的轉子。
2、 按權利要求1所述高效率小型風力發電機，其進一步的特征是所述發電機的轉子構成如下在所述風葉裝置中各風葉片另一端的端部連接有磁性 件，由該磁性件與所述風葉裝置集成，構成所述發電機的轉子。
3、 按權利要求1或2所述高效率小型風力發電機，其特征是所述風流罩罩體由風流罩前罩體、發電機定子罩體以及風流罩后罩體分段順序連接構成，其中發電機定子罩體由發電機定子及包覆其外的罩殼構成；發電機定子罩體與 其相鄰處的所述風流罩前罩體以及風流罩后罩體比較，其厚度小于兩者，但其 內徑大于兩者，由此在風流罩罩體的內壁上形成一個凹槽，在該凹槽中嵌入與 所述發電機的定子相對應裝置的所述發電機轉子的磁性件，該磁性件的內壁面 與所述凹槽的槽口面持平，包括該磁性件的內壁面在內，風流罩內壁的壁面保 持流線型形狀。
4、 按權利要求2或3所述高效率小型風力發電機，其特征是所述磁性件 是一磁性圓環體。
5、 按權利要求2或3所述高效率小型風力發電機，其特征是所述磁性件 包括一導磁Bf環體，在導磁圓環體上安裝有磁性片。
6、 按權利要求3所述高效率小型風力發電機，其特征是所述發電機的定 子與所述發電機轉子的磁性件位于風流罩罩體內壁的最小口徑處。
7、 按權利要求1所述高效率小型風力發電機，其特征是所述風葉裝置中 各風葉片的一端以及所述發電機的轉子分別連接于水平轉軸，風葉裝置位于風 流罩罩體內壁的最小口徑處，風葉裝置通過水平轉軸帶動風力發電機的轉子轉動，發電機的轉子與所述風葉裝置安裝為兩體。
專利摘要本實用新型公開了一種高效率小型風力發電機，為充分利用并擴增風流罩的作用，提高現有小型風力發電機的發電效率而設計。其包括由各風葉片的一端分別連接于水平轉軸的風葉裝置，在風葉裝置中各風葉片另一端的外圍裝置風流罩，其特征在于在風流罩的罩體內嵌裝發電機的定子，發電機的定子與風流罩的罩體集成為一體；發電機的轉子可以與風葉裝置結合為一體或分開為兩體安裝。上述結構極大限度地加大了發電機定(轉)子的直徑，在同等轉速前提下使發電機感應線圈得以更高的速度切割磁力線，由此提高風機的效能。本實用新型主要用于風力資源豐富的城市或居住區。
文檔編號F03D9/00GK201078308SQ20072004520
公開日2008年6月25日 申請日期2007年8月29日 優先權日2007年8月29日
發明者嶺 秦, 薛慶康 申請人:秦 嶺;薛慶康