一种风力发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体为一种风力发电机。

背景技术

目前大型(3叶片)的风力发电系统，叶片设计、变速系统、风力发电机、电气控制技术等都非常成熟；

但是现有的风力发电机和相关的风力发电系统存在以下问题：

一、大型风力发电机只能安装在海洋、野外无人区域；小型风力发电系统基本也是风叶直驱或通过变速变向齿轮传动系统驱动水平轴风力发电机(或机械能发电机)，风叶安装地域也有一定限制；

二、大型风力发电系统输出功率高但相关系统体积大，小型风力发电系统体积小但输出功率低；

三、风力发电的其中一大缺点是连续性差，无风即停；

四、传统风力发电系统大都使用齿轮变速驱动电机，能量有损失、噪音大。

发明内容

本发明的目的在于提供风力发电机，以解决大型风力发电机只能安装在海洋、野外无人区域；小型风力发电系统基本也是风叶直驱或通过变速变向齿轮传动系统驱动水平轴风力发电机(或机械能发电机)，风叶安装地域也有一定限制的问题。

本申请人于2021年04月19日申请的申请号为CN202120800876.X的中国实用新型专利，公开了风力发电装置，包括风力发电装置主体，所述风力发电装置主体的四侧面由上至下均安装有不少于两个集风罩，且集风罩的内侧前端开设有外受风口，所述集风罩的内侧后端开设有内受风口，所述集风罩的后端连接有输风管，且输风管的外表面底端螺纹连接有风输送管尾管，所述输风管的外表面下端位于风输送管尾管的上方设置有风力收集箱，所述风输送管尾管的内部安装有第二单向阀片，在所述风力发电装置主体的两侧面和前后表面下方均开设有出风口，且出风口的内部安装有第一单向阀片。本设计通过集风罩对风能进行加速，然后通过输风管将风能转换为垂直风向，使得风能转换的效率更高。

本申请需要和上述风力发电装置配合使用，通过上述风力发电装置将风能转换为垂直风向，然后通过本申请的风力发电机进行发电。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：风力发电机，包括底板、风罩、外筒和内筒，所述底板上设有风罩，所述风罩内依次设有外筒和内筒，所述内筒转动安装在所述底板上，所述外筒转动安装在所述风罩上，所述外筒上设有外旋风轮，所述内筒上设有内旋风轮，所述外筒与内筒之间依次设有夹层外壳和夹层内壳，所述夹层外壳和夹层内壳设置在底板上，且所述夹层外壳和夹层内壳之间设有夹层线圈，所述外筒内壁均匀设有外转子，所述夹层外壳上均匀设有与所述外转子配合的外定子，所述内筒外壁均匀设有内转子，所述夹持内壳上均匀设有与所述内转子配合的内定子，所述底板下方设有吸风风机和控制器，所述控制器与吸风风机电性连接。

其中，所述风罩内侧的顶部设有第一静音轴承，所述外筒通过所述第一静音轴承转动安装在所述风罩内部。

其中，所述外旋风轮的轴心线与所述内旋风轮的轴心线位于同一直线上，且所述外旋风轮与内旋风轮同步转动。

其中，所述夹层外壳和夹层内壳顶部设有支撑板，所述支撑板轴心处镶嵌有第二静音轴承，所述内筒通过所述第二静音轴承与所述支撑板转动连接。

其中，所述支撑板上均匀开设有第一散热孔。

其中，外筒上位于外旋风轮的侧下方具有镂空结构，具体地所述外筒上靠近所述外旋风轮的一侧均匀开设有喷气孔。

其中，所述底板轴心处镶嵌有第三静音轴承，所述内筒通过所述第三静音轴承转动安装在所述底板上。

其中，所述底板上具有镂空结构，具体地底板表面贯穿开设有排气孔和/或镂空槽。

其中，所述底板上开设有用于布置线路的线槽。

其中，所述外转子设置有6×n个，所述n为正整数,且n≧2；所述内转子设置有6×n个，所述n为正整数,且n≧2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用双转子、双定子、同频率发电系统，优化磁感应强度、距离、导线长度的关系，同时直接驱动，没有变速传动能量损耗，最大限度将风能转化为电能，保证了高功率电力输出，同时噪音较小；且安装方便，不受区域限制；

2、本发明采用双涡轮叶片(外旋风轮8和内旋风轮9)获取风能，涡轮叶片获取风能远高于传统风叶片获取风能能力。两项叠加，保证高能量风能的来源和获取，为转化高功率电力的基础；

3、本发明当风力充足时，超级电容组被充满电；当间歇风时，外风突然减小时，自励电力下降触发超级电容组放电，短时间内经吸风风机控制电路处理后对吸风风机加速，因为加速减小旋风轮出风密度，增加旋风轮入风压力(同时会因对流原理从风力收集系统会有风流入)，能维持两个旋风轮继续转动超级电容组放电的一段时间，如果间歇风比较短，能保证电能连续输出，能够调节间歇风为连续风。

附图说明

图1为本发明主视剖面结构示意图；

图2为本发明风罩主视剖面结构示意图；

图3为图2中A-A截面结构示意图；

图4为图2中B-B截面结构示意图；

图5为本发明底板俯视结构示意图。

图1-5中：1、底板；2、风罩；3、第一静音轴承；4、外筒；5、外转子；6、内筒；7、内转子；8、外旋风轮；9、内旋风轮；10、喷气孔；11、夹层外壳；12、夹层线圈；13、外定子；14、夹层内壳；15、内定子；16、支撑板；17、第一散热孔；18、第二静音轴承；19、第三静音轴承；20、排气孔；21、吸风风机；22、控制器；23、线槽；24、镂空槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-5，本实施例提供一种技术方案：风力发电机，包括底板1、风罩2、外筒4和内筒6，底板1通过螺栓固定安装有风罩2，风罩2内依次设有外筒4和内筒6，内筒6位于外筒4内侧，且内筒6的轴心线与外筒4的轴心线位于同一直线上；

其中，内筒6通过第三静音轴承19转动安装在底板1上，外筒4通过第一静音轴承3转动安装在风罩2上；

其中，外筒4上固定安装有有外旋风轮8，内筒6上固定安装有内旋风轮9，外旋风轮8的轴心线与内旋风轮9的轴心线位于同一直线上，且外旋风轮8与内旋风轮9同步转动，经过申请号为CN202120800876.X专利公开的风力发电装置对风能进行加速，然后通过输风管将风能转换为垂直风向，然后风力同时作用于外旋风轮8和内旋风轮9上，两个外旋风轮8和内旋风轮9为一体的，驱动外旋风轮8和内旋风轮9同向转动；

其中，外筒4与内筒6之间依次设有夹层外壳11和夹层内壳14，夹层外壳11和夹层内壳14固定安装在底板1上，且夹层外壳11和夹层内壳14之间设有夹层线圈12，外筒4内壁均匀固定安装有外转子5，夹层外壳11上均匀固定安装有与外转子5配合的外定子13，内筒6外壁均匀固定安装有内转子7，夹持内壳14上均匀固定安装有与内转子7配合的内定子15，底板1下方固定安装有吸风风机21和控制器22，控制器22与吸风风机21电性连接；

其中，在风力驱动外旋风轮8和内旋风轮9同向转动的过程中，外旋风轮8带动外筒4绕着轴心线做圆周转动，内旋风轮9带动内筒6绕着轴心线做圆周转动，同时外筒4带动外转子5绕着外定子13做圆周运动，根据相对运动原理等同于外定子13转动而外转子5不动，外定子13切割外转子5磁场垂直的磁力线，内筒6带动内转子7绕着内定子15做圆周运动，根据相对运动原理等同于内定子15转动而内转子7不动，内定子15切割内转子7磁场垂直的磁力线；根据电磁感应原理分别产生两组感应电动势，连通后可输出频率相同(因为外转子5和内转子7为一体，转速相同，并且外定子13和内定子15的极数相同)的两组交流电，作为本风力发电机的电力供应。

其中，本发明能够实现高功率电力输出；

其一、传统风力发电机获取风能最佳的是获取垂直于风向的气动升力，流动空气表示为空气动能之和是

本发明首先需要选用能提高较高风能的集风装置(申请号为CN202120800876.X专利公开的风力发电装置)，然后采用双涡轮叶片(外旋风轮8和内旋风轮9)获取风能，涡轮叶片获取风能远高于传统风叶片获取风能能力。两项叠加，保证高能量风能的来源和获取，为转化高功率电力的基础。

其二、在夹层线圈12中产生的自励交流电，在电机启动后通过自励交流电控制的吸风轮能够在外风力不变情况下对外旋风轮8和内旋风轮9加速，感应电动势E＝BLv，看出E与V正相关，由此相当于提高了风能转化率，再次提高输出电力功率。

其三、从感应电动势公式E＝BLv看出，E与磁感应强度和定子线圈长度也正相关。但B与距离成反比，L过长内阻增加，发热后不易散热。所以综合考虑，本发明采用双转子、双定子、同频率发电系统，优化磁感应强度、距离、导线长度的关系，同时直接驱动没有变速传动能量损耗，最大限度将风能转化为电能，保证了高功率电力输出。

其中，外转子5和内转子7由同极数的多极永磁体组成，外定子13和内定子15由软磁体材料绕线圈组成，外定子13、内定子15、夹层线圈12都与夹层外壳11和夹层内壳14相连，同时通过夹层外壳11和夹层内壳14固定在底板1上，外转子5和内转子7旋转运动后，根据电磁感应原理，外定子13和内定子15会同时产生感应电动势，连通后产生电流，向外提供电能；因为两套转子极数和转速相同，两套系统输出的交流电功率不一定相同，但频率是相同的，可使用同一套电路后续处理。

其中，两组交流电与外定子13和内定子15之间的夹层线圈12产生感应电动势(内定子15和外定子13、夹层线圈12的绕组方向保持同名端，以此保证此互感为正向)，连通后输出交流电，此交流电为本风力发电机内部使用，成为“自励电力”；

其中，外定子13和内定子15因为电磁感应原理产生并向外输出交流电时，因为交流电的交变性会对邻近绕制在软磁体材料上的夹层线圈12产生自感效应，夹层线圈12会产生感应电动势，连通后输出“自励电力”交流电，此交流电通过线槽23内的导线与控制器22电性连接，提供自励电力，发电机两个定子的输出线路经线槽和控制器盒与外部连接。

其中，“自励电力”连通控制器22，控制器22由超级电容组、超级电容充放电控制电路、吸风风机控制电路组成，“自励电力”为控制器22提供电力后，控制器22驱动吸风风机21工作，然后吸风风机21吸风，加速风力排出电机外。

其中，外风力作用于外旋风轮8和内旋风轮9时，因为涡轮将风轮能化为机械能效率比较高(也即是对风的阻力大)，风经过后速度会大幅下降；

本发明自励电力输入控制器22后，控制器22驱动吸风风机21工作，然后吸风风机21吸风，加速风力排出电机外，并引起外旋风轮8和内旋风轮9的出风口的风因为吸风密度下降，而此时两个旋风轮入口的风密度未变，两相比较入口风的压力加大，促使风经过两个风轮时速度加快，而感应电动势E＝BLV，与转速正相关，由此增加感应电动势，提高输出电力功率。

其中，控制器22由超级电容组、超级电容充放电控制电路、吸风风机控制电路组成，超级电容充放电控制电路控制超级电容组充放电，在自励电力电压达到一定值后对超级电容组充电，在下降到一定值后，单向放电予吸风风机控制电路，控制吸风风机21转动；

进一步地，当风力充足时，超级电容组被充满电；当间歇风时，外风突然减小时，自励电力下降触发超级电容组放电，短时间内经吸风风机控制电路处理后对吸风风机21加速，因为加速减小旋风轮出风密度，增加旋风轮入风压力(同时会因对流原理从风力收集系统会有风流入)，能维持两个旋风轮继续转动超级电容组放电的一段时间，如果间歇风比较短，能保证电能连续输出，能够调节间歇风为连续风。

其中，超级电容组具有蓄能和调节作用。

其中，夹层外壳11和夹层内壳14顶部固定安装有支撑板16，支撑板16轴心处镶嵌有第二静音轴承18，内筒6通过第二静音轴承18与支撑板16转动连接；通过支撑板16对内筒6进行支撑，防止内筒6发生倾斜，便于内筒6在底板1上转动。

其中，支撑板16上均匀开设有第一散热孔17，底板1表面贯穿开设有排气孔20和镂空槽24，外转子5和外定子13之间的上方开口设置，风力会通过上方的开口进入到外转子5和外定子13之间，起到散热的作用，风力经过外转子5和外定子13之间后通过镂空槽24和排气孔20排出；

其中，内转子7和内定子15之间的上方设有第一散热孔17，风力会通过第一散热孔17进入到内转子7和内定子15之间，起到散热的作用，风力经过内转子7和内定子15之间后通过镂空槽24和排气孔20排出。

其中，外筒4上靠近外旋风轮8的一侧均匀开设有喷气孔10，在风力驱动外旋风轮8转动后，会有部分通过喷气孔10吹出。

其中，底板1上开设有用于布置线路的线槽23，控制器22需要连接的线路通过线槽23布置，可以起到隐藏布线的目的。

其中，外转子5设置有12个，外转子包括N极和S极，12个外转子的N极和S极交替设置；内转子7设置有12个，内转子包括N极和S极，12个内转子的N极和S极交替设置。

在本发明中，内旋风轮9固定在内筒6上，其圆心处是空的，具有一个圆形空间，风经过内旋风轮9时让风旋涡式从中间向下出。风经过外旋风轮8时，风呈离心运动，风从侧边以及下面出。

工作原理，经过申请号为CN202120800876.X专利公开的风力发电装置对风能进行加速，然后通过输风管将风能转换为垂直风向，然后风力作用于外旋风轮8和内旋风轮9的轮叶上，冲击轮叶使流道旋转，并带动外筒4和内筒6绕着轴心线做圆周旋转，然后风力部分从喷气孔10排出，部分通过上方的开口进入到外转子5和外定子13之间，起到散热的作用，部分通过第一散热孔17进入到内转子7和内定子15之间，起到散热的作用，然后风力通过镂空槽24和排气孔20排出；并且在外筒4和内筒6绕着轴心线做圆周旋转时，外筒4带动外转子5绕着外定子13做圆周运动，根据相对运动原理等同于外定子13转动而外转子5不动，外定子13切割外转子5磁场垂直的磁力线，内筒6带动内转子7绕着内定子15做圆周运动，根据相对运动原理等同于内定子15转动而内转子7不动，内定子15切割内转子7磁场垂直的磁力线；根据电磁感应原理分别产生两组感应电动势，连通后可输出频率相同(因为外转子5和内转子7为一体，转速相同，并且外定子13和内定子15的极数相同)的两组交流电，作为本风力发电机的电力供应。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。