專利名稱：一類小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明屬于天然能源利用、風(fēng)力發(fā)電機(jī)器設(shè)計(jì)及制造、自動(dòng)化等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對能源的需求明顯增加，而地球上可利用的常規(guī)能
源日益匱乏。據(jù)專家預(yù)測，煤炭還可開采221年，石油39年，天然氣只能用60年。如何實(shí)
現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，從而保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)是各國政府必 須解決的大問題，即能源戰(zhàn)略問題。唯一的出路就是有計(jì)劃的利用常規(guī)能源、節(jié)約能源、開 發(fā)新能源和可再生能源。現(xiàn)在作為占能源消耗首位的電能是二次能源，是由其他能源轉(zhuǎn)換而 來的。目前世界各國電能產(chǎn)生主要靠是火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電以碳?xì)浠衔餅橹饕煞值拿骸?br> 重油等為燃料，燃燒后向大氣排放S02、 C02、等有害氣體及煙塵、S02形成酸雨，對農(nóng)作物、 森林、建筑物及金屬材料構(gòu)成危害和腐蝕浪費(fèi).C02形成溫室效應(yīng)，改變局部氣候，造成各種自 然災(zāi)害.為了減少火電對大氣的污染，實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展，世界各國都在積極的發(fā)展風(fēng)力發(fā) 電.隨著全世界風(fēng)發(fā)電裝機(jī)容量的快速發(fā)展和風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的成熟和不斷完善，在今后10 年，風(fēng)力發(fā)電必將成為世界各國更加重視和重點(diǎn)開發(fā)的能源之一。
風(fēng)力發(fā)電的前景廣闊、優(yōu)點(diǎn)明顯風(fēng)力發(fā)電是可再生的潔凈能源風(fēng)力發(fā)電是一種可再
生的潔凈能源，不消耗資源，不污染環(huán)境。這是火力發(fā)電所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電可靠
性高把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使風(fēng)力發(fā)電可靠性大大提高，大、中、小型風(fēng)力
發(fā)電機(jī)組可靠性從20世紀(jì)80年代的50%提高到98%,高于火力發(fā)電，并且機(jī)組壽命可達(dá)20
年。風(fēng)力發(fā)電造價(jià)低從國外建成的風(fēng)電場看，單位千瓦造價(jià)和單位千萬時(shí)電價(jià)都低于火力 發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。運(yùn)行維護(hù)簡單現(xiàn)代大、中、小型風(fēng)力機(jī)自動(dòng)化 水平很高，由于采用了微機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)自診斷功能，安全保護(hù)更加完善，并且實(shí)現(xiàn)了 單機(jī)獨(dú)立控制，多機(jī)群控和遙控，完全可以無人值守，只需定期進(jìn)行必須要的維護(hù)。不存在 大修問題。實(shí)際占地面積小小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)占地幾平方米可供農(nóng)、牧、漁、家庭使用。發(fā) 電方式多樣化風(fēng)力發(fā)電既可離網(wǎng)運(yùn)用，也可以和其他能源，如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水 力發(fā)電組成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行，因此，對于解決邊遠(yuǎn)無電地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn) 實(shí)可行性。風(fēng)力資源及風(fēng)力發(fā)電的分析:廣義上講，風(fēng)能也是太陽能的一部分。太陽能以輻射短波
的形式不間斷地以17X1012kw的輻射照度發(fā)射到地球上來。其中半數(shù)以上的輻射能因受氣
體分子與石層的反射作用而損耗，其余不到20%的能量則被空氣與云層所吸收。根據(jù)估算，
一年中整個(gè)地球可從太陽獲得5.4X1024J的熱量。據(jù)理論計(jì)算，太陽輻射到地球的熱能中
約2%被轉(zhuǎn)變成風(fēng)能，全球大氣中總的風(fēng)能量約為1014MW，其中蘊(yùn)藏的可被丌利用的風(fēng)能約
有3. 5X 109MW，這比世界上可利用的水能大10倍。
中國風(fēng)力資源十分豐富，全國風(fēng)能儲(chǔ)量約4. 8 X 10 9麗，可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量達(dá)
2. 53億kW。由于中國幅員遼闊，地形復(fù)雜，風(fēng)能的地區(qū)性差異很大，即使在同一地區(qū)，風(fēng)能也
有較大的不同。在中國，風(fēng)能資源主要分布在新疆、內(nèi)蒙古等北部地區(qū)和東部至南部沿海地
帶幾島嶼。根據(jù)全國氣象臺風(fēng)能資料的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，繪制出中國風(fēng)能分布和中國每年3
20m/s風(fēng)度累計(jì)時(shí)數(shù)分布，中國一般用有效風(fēng)能密度和年累計(jì)有效風(fēng)速小時(shí)兩個(gè)指標(biāo)來表示
風(fēng)力資源的潛力和特征。
東南沿海、山東半島、遼寧半島以及海上島嶼。這一地區(qū)由于面向海洋，海面上風(fēng)速比 陸地大，有效風(fēng)能密度在200W以上。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí)間，全年有6000 8000h; 大于或等于6m/s風(fēng)速時(shí)間，也有3500h以上。這一帶的風(fēng)能最佳區(qū)在離海岸20km范圍內(nèi)。 至于季節(jié)分配，東南沿海，臺灣及南海諸島秋季風(fēng)能最大，冬季次之；山東、遼寧半島則是 春季風(fēng)能最大，冬季次之。
內(nèi)蒙古、甘肅北部、寧夏、陜西愉林地區(qū)。這一地區(qū)風(fēng)能密度也在200W左右。大于或 等于 3m/s風(fēng)速的吋間每年有6000h以上；大于或等于6m/s風(fēng)速的時(shí)間每年為2200-2500h。 由丁這一地區(qū)地形較平坦，所以風(fēng)能密度范圍較大，這是利用風(fēng)能的一個(gè)有利條件。這一地 區(qū)風(fēng)速的季節(jié)分配是東部北邊和西部春季最大，夏季次之；東部南一邊則春季最大，冬季次之。
黑龍江南部、吉林東部。風(fēng)能密度在200W以上。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí)間每年有 5000h 6000h;大于或等于6m/s風(fēng)速的吋間每年在2000h左右。該地區(qū)春季風(fēng)能最大，秋 季次之。風(fēng)能較佳區(qū)西藏高原中北部。風(fēng)能密度在150W以上。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí) 間每年在5000h以上；大于或等于6m/s風(fēng)速的時(shí)間每年在2000h以上。該地區(qū)由于空氣密 度小，所以風(fēng)能密度低，常為我國次大風(fēng)能區(qū)。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí)間，每年50%以上集中在春季，夏季次之。三北北部。包括東北圖門江、燕山北麓、河西走廊 到新疆阿拉山口一帶，風(fēng)能密度在150 200W。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí)間每 年有4000 5000h;大于或等于6m/s風(fēng)速的時(shí)間每年有1500 2000h。這一地區(qū) 除新疆北部夏季風(fēng)能大之外，其余地區(qū)以春季最大。東南沿海(離海岸線20 50km)。其風(fēng)能密度及大于或等于3m/s和6m/s風(fēng)速的時(shí)間每年的小時(shí)數(shù)，基本 和三北北部地區(qū)一致，但秋季風(fēng)能最大，冬季次之。以上地區(qū)風(fēng)能密度為50 150W。大于或等于3m/s風(fēng)速的時(shí)間每年有2000 4000h;大于或等于6m/s風(fēng)速 的時(shí)間每年有500 1500h。該地區(qū)在我國分布面積較廣。
從上述的風(fēng)值力資源分布情況來看，中國有相當(dāng)大的地區(qū)有著豐富的風(fēng)能資 源，具有很大的開發(fā)利用價(jià)值。
參考附圖
中國全年風(fēng)速大于3m/s小時(shí)數(shù)分布圖
家庭用電量計(jì)算:根據(jù)實(shí)際使用情況，計(jì)算以后風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷。 一個(gè)家庭 使用一臺350W的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)就可以保證正常用電。
本發(fā)明小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理發(fā)電機(jī)通過葉片直接地帶動(dòng)3 個(gè)繞組的AC發(fā)電器，轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。交流電在發(fā)電機(jī)機(jī)架之內(nèi) 被變成直流，。直流電壓通過滑動(dòng)的電流滑環(huán)被傳送到控制器上，由于通過電流 滑環(huán)所以導(dǎo)線不會(huì)被纏繞。
摩擦產(chǎn)生的熱量由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子、定子會(huì)升溫，溫度過高 會(huì)損壞設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)嵌入過熱保護(hù)功能，在到達(dá)熱保護(hù)極限時(shí)設(shè)備將減少輸 出電流讓繞組冷卻，免受發(fā)電機(jī)損傷，此時(shí)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)將緩慢，當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度恢 復(fù)正常后，發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常發(fā)電。尾翼系統(tǒng)尾翼被設(shè)計(jì)風(fēng)速接近15m/ s的風(fēng) 力發(fā)電機(jī)入風(fēng)的主要方向。在 此 之 上 "尾翼"系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持一個(gè)迎風(fēng)角度，由于發(fā)電機(jī)要求最大的電流輸出， 風(fēng)的大、小由支撐結(jié)構(gòu)用尾翼改變方向。在長期的大風(fēng)和惡劣的環(huán)境下要想使風(fēng)力發(fā)電機(jī)正 常運(yùn)行，系統(tǒng)盡可能保持垂直位置。
本發(fā)明小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的詳細(xì)數(shù)據(jù)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從20世紀(jì)80年代中期開始逐歩 實(shí)現(xiàn)了商品化、產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過十余年的發(fā)展，容量已從數(shù)百瓦、千瓦級增大到兆瓦級，并以 定獎(jiǎng)距(失速型)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主導(dǎo)機(jī)型。盡管在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中已開始采 用變槳距技術(shù)和變速恒頻技術(shù)，但由此增加了控制系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的復(fù)雜性也對機(jī)組的成本 和可靠性提出了新的挑戰(zhàn)。因此，定槳距風(fēng)力發(fā)電組結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)是始終存在 的。
本發(fā)明小型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)
本發(fā)明在歐洲小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國的國情設(shè)計(jì)出適合小型農(nóng)場、兵 站、通訊站、家庭用的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是槳葉與輪的連接是固定的， 即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度隨之變化。這一特點(diǎn)給定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出了兩個(gè)必 須解決的問題。是當(dāng)風(fēng)速高丁風(fēng)輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)速既額定風(fēng)速時(shí)，槳葉能夠自動(dòng)地將功率限 制在額定植附近，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)上所有材料的物理性能是有限度的。本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電的小 型風(fēng)力發(fā)電機(jī)已設(shè)計(jì)的非常理想，它們在P〉3(W額定功率范圍內(nèi)，均有高于90%的效率。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍
最輕巧的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)！例如新型的910-3-300小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以極小的體積、極
輕的重量實(shí)現(xiàn)了額定功率300W、最大功率500W的輸出能力，完全滿足一般家用要求。通過
使用新材料及新工藝，機(jī)身成功的將重量控制在12.5公斤，這是同功率其他產(chǎn)品的1/2!同
時(shí)體積也減至其他同功率產(chǎn)品的2/3。
因?yàn)榫哂辛溯p巧的特點(diǎn)，可以由兩個(gè)人完成安裝，將單根的立桿下端連接在塔架底座上，
上端與機(jī)身法蘭連接，通過固定鋼索即可樹起風(fēng)力發(fā)電衫L。
而新材料的使用則可以使發(fā)電機(jī)耐腐蝕及不易損壞，風(fēng)葉和尾翼使用玻璃纖維制成，
發(fā)電機(jī)外殼使用玻璃纖維注模成型，這種材料均在得到較輕重量的同時(shí)擁有較高的強(qiáng)度和耐
腐蝕的特性，這樣在戶外可以經(jīng)受風(fēng)吹雨打。具有運(yùn)行噪音小及啟動(dòng)風(fēng)速小的特點(diǎn)。
910-3系列小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，從路燈照明到小型家用，從野營帳篷到通信設(shè)備，只要所處環(huán)境有足夠的風(fēng)力資源'，都"口丁為"您帶來源源不斷的能源。
1、裝到路燈上910-3系列小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安裝到路燈的頂端作為照明電源，為此路 燈的燈桿頂端需額外有外徑48隱、長約100,的鋼管用于與風(fēng)力發(fā)電機(jī)下部法蘭連接，且在 風(fēng)機(jī)下面(由電機(jī)軸中心算起)800隱內(nèi)不能有影響風(fēng)機(jī)回轉(zhuǎn)和風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)的障礙。
2、裝在房屋外壁果安裝在房屋外壁，需準(zhǔn)備外徑48mm、長度視房屋高度而定的一段 鋼管，為保證安全，鋼管的一端建議埋入地下至少200mm。鋼管的長度必須保證在安裝風(fēng)機(jī) 后在風(fēng)機(jī)下面(由電機(jī)軸中心算起)800mm內(nèi)不能有影響風(fēng)機(jī)回轉(zhuǎn)和風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)的障礙。
為了固定鋼管到墻壁上，可以焊接或使用U型夾具，考慮到房屋建筑方法和特點(diǎn)的 不同，我們不為此提供安裝建議，但為確保安全，鋼管上兩個(gè)固定點(diǎn)的距離不宜超過lm。
3、 裝在蒙古包外或其他類似空地是大部分家用風(fēng)機(jī)的安裝方法，為此我們特別提供了 一套塔架附件供您選擇，通過使用該附件您可以快速而牢固的豎起風(fēng)機(jī)?？紤]到昂貴的運(yùn)輸 成本和極其簡單的制造工藝，這套附件中沒有提供立桿，請自行采購?fù)鈴?8mm、長度6m的 鋼管作為立桿。因?yàn)榍八从械某◇w積和超輕重量，安裝只需兩人即可完成。
4、 在野營帳篷外或其他臨時(shí)使用的場地
因?yàn)榫哂辛藰O小的體積和極輕的重量，可以把910-3系列小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶至任何需要 的場合，尤其是當(dāng)您想在野外住上一段時(shí)間的時(shí)候。您可以自己制作一個(gè)合適的支架，注意 與發(fā)電機(jī)連接的鋼管(或鋁合金管)外徑需為48醒。
5、 裝在通信或監(jiān)測基站些通信或監(jiān)測站因?yàn)槲恢眠h(yuǎn)離電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)無疑是代替電 源的很好選擇。建議根據(jù)具體情況參考前面的安裝方法或固定到設(shè)備塔架上，注意與發(fā)電機(jī) 連接的鋼管外徑需為48mm。
6、 裝在船上
910-3系列可以在船上作為柴油發(fā)電機(jī)的補(bǔ)充，建議根據(jù)船上的具體情況進(jìn)行安裝，注 意與發(fā)電機(jī)連接的鋼管外徑需為48mm。
權(quán)利要求
1. 本發(fā)明是一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電原理及制備技術(shù)發(fā)電機(jī)通過葉片直接地帶動(dòng)3個(gè)繞組的AC發(fā)電器，轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵在定子線圈外圈轉(zhuǎn)。交流電在發(fā)電機(jī)機(jī)架之內(nèi)被變成直流。直流電壓通過滑動(dòng)的電流滑環(huán)被傳送到控制器上，由于通過電流滑環(huán)所以導(dǎo)線不會(huì)被纏繞。通過對產(chǎn)生的熱量處理，尾翼系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)，蓄電池等實(shí)現(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的產(chǎn)生的熱量處理由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn) 磨察定子會(huì)升溫，溫度過高會(huì)損壞設(shè)備。風(fēng)力電機(jī)嵌入新型材料功能，在到達(dá) 熱保護(hù)極限時(shí)設(shè)備將減少輸出電流讓繞組冷卻，免受發(fā)電機(jī)損傷，此時(shí)發(fā)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)將緩慢，當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度恢復(fù)正常后，發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常發(fā)電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的尾翼系統(tǒng)尾翼被設(shè)計(jì)風(fēng)速接近15m/ s的風(fēng)力發(fā)電機(jī)入風(fēng)的主要方向，在此之上"尾翼"系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)為風(fēng)力發(fā)電 機(jī)保持一個(gè)迎風(fēng)角度，由于發(fā)電機(jī)要求最大的電流輸出，風(fēng)的大、小由支撐結(jié) 構(gòu)用尾翼改變方向。在長期的大風(fēng)和惡劣的環(huán)境下要想使風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行， 系統(tǒng)盡可能保持垂直位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它們在P〉 30%額定功率范圍內(nèi)，均有高于90%的效率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是槳葉與輪的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度隨之變化。這一特點(diǎn)給定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 提出了兩個(gè)必須解決的問題。 一是當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)速既額定風(fēng)速時(shí)， 槳葉能夠自動(dòng)地將功率限制在額定植附近，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)上所有材料的物理性能 是有限度的。
全文摘要
本發(fā)明在歐洲小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國的國情設(shè)計(jì)出適合小型農(nóng)場、兵站、通訊站、家庭用的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是槳葉與輪的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度隨之變化。本發(fā)明完成了定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須解決的問題，當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)速既額定風(fēng)速時(shí)，槳葉能夠自動(dòng)地將功率限制在額定值附近，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)上所有材料的物理性能是有限度的。本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的非常理想，它們在P＞30％額定功率范圍內(nèi)，均有高于90％的效率。
文檔編號F03D9/00GK101446266SQ20071019383
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者丁樹才, 李青山 申請人:丁樹才