本發(fā)明涉及發(fā)電機裝置領域，尤指一種分布式流能發(fā)電裝置。

背景技術：

2004年以來，美國和加拿大、英國、澳大利亞、丹麥和瑞典、意大利等國相繼發(fā)生的大停電事故，深刻說明傳統(tǒng)能源供應形式存在著嚴重的技術缺陷，隨著時代的發(fā)展，特別是信息社會的高度發(fā)達，傳統(tǒng)的電源供應形式已經(jīng)不可能繼續(xù)支撐人類文明發(fā)展的進程，必須加快信息時代的新型能源體系的建立，分布式能源必將成為該體系的核心技術。

分布式能源是最能體現(xiàn)節(jié)能、減排、安全、靈活等多重優(yōu)點的能源發(fā)展方式。中國人口眾多，自身資源有限，按照能源利用方式，依靠現(xiàn)有的能源方式是絕對不可能支撐13億人的“全面小康”，使用國際能源存在著能源安全的嚴重制約，分布式能源是中國可持續(xù)發(fā)展的必須選擇。同時，分布式能源技術由于其高效、低耗、低污染等諸多優(yōu)點在世界各國被越來越廣泛的應用。如何應對低流速和微動力能源形式的開發(fā)是本發(fā)明所需要解決的難題。

傳統(tǒng)的風力發(fā)電機和水輪發(fā)電機，均采用中心支撐，即葉片與中間導流體連接，導流體與主軸連接，主軸通過軸承與中心支撐的支腿滾動連接，并把主軸固定在轉動中心的支架上，葉片吸收流體動能后變成轉動的動能，并通過中間導流體把旋轉動能傳遞給主軸帶動發(fā)電機構轉動，最終把動能傳給發(fā)電機，把機械能轉變成電能。因此，無論是風電抑或是水電，其葉片總是越到葉片根部，即越接近葉片與中間導流體的連接部分，其體型越大，主要是考慮抵抗來自葉片的巨大剪力。

我們都知道，力矩是力和力臂的乘積叫做力對轉動軸的力矩。

即：m=f×l

式中m是力f對轉動軸的力矩，不難看出，力矩的大小取決于作用力f的大小，以及該作用力到轉軸的垂直距離l的大小。拿風力發(fā)電機葉片來說，在同樣的風速條件下，葉片越長，即l越大，相應的m就越大，也就是發(fā)電機功率越大；同樣的葉片長度下，即l一定，葉片末端攔風面積越大，相應的f就越大，最終m越大，也就是發(fā)電機功率越大。按此理論，風力發(fā)電機葉片的末端受風面積越大，風機的出力就越大，然而，事實卻是風力發(fā)電機葉片末端越來越小，這取決于葉片材料特性：越長的葉片對葉片根部的作用力就越大，葉片就更容易折斷。但這種末端越來越小的結構，對于風力發(fā)電能量的收集效率低的缺陷是顯而易見的。而水輪機葉片就更符合該力矩公式：葉片末端更發(fā)散，更大，吸收的水動能就更大，但為此，水輪機葉片的根部要非常非常厚，在傳統(tǒng)水力發(fā)電機結構中，數(shù)噸的鋼材要被堆積在葉片根部，而且，根部與水輪機輪轂的連接其結構也非常龐大，目的就是為了避免被剪斷的風險。這樣的結構也給加工帶來了極大的難題，同時，大體積大重量的葉片根部也是產(chǎn)生裂縫等缺陷的主要誘因。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種分布式流能發(fā)電裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案是一種分布式流能發(fā)電裝置，包括發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子，所述的發(fā)電機轉子相對發(fā)電機定子作旋轉運動，所述的發(fā)電機轉子包括圓環(huán)形轉子本體，所述的圓環(huán)形轉子本體內(nèi)圓周中心設有與其同心的中央導流體，所述的中央導流體圓周均布有若干塊葉片，葉片外緣與圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁相連，所述的葉片分別與中央導流體和圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁圍合成若干個供流體穿過的軸向流體通道。

優(yōu)選地，所述的葉片與圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁的連接為柔性連接。

優(yōu)選地，所述的流體是水。

優(yōu)選地，所述的葉片為水輪發(fā)電機葉片。

優(yōu)選地，所述的流體是氣體。

優(yōu)選地，所述的葉片為風力發(fā)電機葉片。

優(yōu)選地，所述的發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子組成三相交流發(fā)電機或三相永磁交流發(fā)電機或三相勵磁交流發(fā)電機或三相直流發(fā)電機或三相永磁直流發(fā)電機或三相勵磁直流發(fā)電機。

優(yōu)選地，所述的中央導流體中部設有中心支撐軸。中央導流體、葉片與發(fā)電機定子以中心支撐軸的中心支撐，即葉片與發(fā)電機定子圍繞中心支撐軸旋轉。

優(yōu)選地，所述的發(fā)電機定子和圓環(huán)形轉子本體采用回轉支撐結構。

優(yōu)選地，所述的發(fā)電機定子和圓環(huán)形轉子本體間設有回轉支撐結構?；剞D支撐使得流體穿過葉片時過流更充分，大大加大了流體效能轉化；另外，使得設備結構簡單、性能平穩(wěn)、精度高、震動小。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的分布式流能發(fā)電機裝置，其結構完全改變了葉片的受力形態(tài)，讓受力最大的葉片末端把動力直接傳遞給環(huán)形轉子本體，所述的葉片背流體一側設置導能角，葉片根部窄小，頂部寬大的體形設計，使葉片末端更有利于受力；使在相同條件下，此種葉片可承受轉矩更大，更有利于葉片轉動，葉片轉動速度也會平穩(wěn)提高；在此基礎上，導能角使葉片更加合理，更加符合流體動力學，葉片啟動所需的流體流量更小，開發(fā)同樣電能其機構更加小，且運行振動更低。

現(xiàn)有發(fā)電機的結構形式均通過葉輪與發(fā)電機間設置傳動機構，或設置增速裝置才可實現(xiàn)流體動能傳遞到發(fā)電機側，而本發(fā)明葉片直接帶動環(huán)形轉子本體轉動，省去了中間傳動環(huán)節(jié)，簡化了流能開發(fā)機構，大大提高了能量轉化效率；再一方面，把發(fā)電機轉子布置在流體獲能葉片末端，由于大直徑的葉片末端線速度大，永磁體和線圈之間相對運動被有效放大，機構本身就成為了一個大變比的增速機構，成倍節(jié)省了設置增速機構的機械能耗，同時有效減小了發(fā)電機用料。由于分布式能源都具有規(guī)模小、分散的特點，其開發(fā)最關鍵的就是提高開發(fā)能源機構的效率，本發(fā)明成功規(guī)避了傳動過程中的能耗，和增速過程中的能耗，使得電能開發(fā)實現(xiàn)最大化，這對于分布式電能的開發(fā)必將帶來新的發(fā)展機遇。

本發(fā)明的有益效果在于：目前最為棘手的問題還是在于，由葉片所獲得的能量給葉片的轉速較低，要驅動電機，必須經(jīng)過多級增速，而增速恰恰要消耗更多的能量，本發(fā)明所述的分布式流能發(fā)電機裝置，把發(fā)電機轉子布置在流體獲能葉片末端，由于大直徑的葉片末端線速度大，永磁體和線圈之間相對運動被有效放大，機構本身就成為了一個大變比的增速機構，由此，中間不經(jīng)過其他傳動機構，省去了傳統(tǒng)結構中的增速機構，使得流能開發(fā)中由于傳動和變速的能耗降低為零，起到節(jié)能、降耗、增效作用。

本發(fā)明分布式流能發(fā)電機的構造，把葉片受力最大的部分——葉片末端與環(huán)形轉子本體一體成型，葉片整體受力均勻，改變?nèi)~片形狀，增大葉片末端，不再受到葉片根部折斷威脅的制約，大大提高了葉片的獲能水平，提高了效率，減小了振動，增加了轉子機械強度，減小了葉片動應力，使葉片出現(xiàn)裂紋幾率大大降低，轉子的運行穩(wěn)定性得以提高。

本發(fā)明工作原理：流體穿過軸向流體通道時推動葉片轉動，其中流體主要指水或空氣，圓環(huán)形轉子本體一起轉動，發(fā)電機定子感應出電力并通過電纜與用電設備聯(lián)網(wǎng)或儲藏起來，本發(fā)明無需像現(xiàn)有發(fā)電機通過葉輪與發(fā)電機間設置增速裝置才可實現(xiàn)傳動發(fā)電。葉片直接帶動環(huán)形轉子本體轉動，葉片周圍布置發(fā)電機空間大，葉片末端線速度大，本身就是一個大變比的增速機構，這不僅能有效減小了電機的尺寸，也節(jié)省了傳統(tǒng)流能開發(fā)過程中由于必須設置傳動或增速機構的機械能耗，定會為分布式電能的開發(fā)帶來新的發(fā)展機遇。

若流體涉及水，則指江河湖海的流動的水所具有的能量，把本發(fā)明放入江河湖海中，通過水流流過軸向流體通道時推動葉片轉動，葉片吸收水流的動能變?yōu)檗D動機械能，并通過連接在葉片末端的圓環(huán)形轉子本體一起轉動，使發(fā)電機線圈切割磁力線，最終把水流能轉換成電能；若涉及空氣，則指的風力發(fā)電，把本發(fā)明設置在具有風的地方，如沙漠、樹林、開闊的田野、高樓、公路邊等，通過風穿過軸向流體通道時推動葉片轉動，把風場中的風能吸收并變成葉片轉動的動能，并通過連接在葉片末端的圓環(huán)形轉子本體一起轉動，使發(fā)電機線圈切割磁力線，最終把空氣流動的動能轉換成電能。本發(fā)明與傳統(tǒng)水輪發(fā)電機和風力發(fā)電相比，減少了中間傳動過程，省略的變速機構，而是把葉片獲得的流能直接傳給電機，由電機把機械能轉化成電能，降低了機構的復雜性，大大提高了能量轉化效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結構圖。

圖2是本發(fā)明的圓環(huán)形轉子本體結構圖。

圖3是本發(fā)明的發(fā)電機定子結構圖。

圖4是本發(fā)明的回轉支撐結構圖。

標注說明：1.發(fā)電機定子;11.線圈繞組;2.發(fā)電機轉子;21.圓環(huán)形轉子本體;22.磁鐵;3.中央導流體;4.葉片;5.軸向流體通道;6.滾珠;7.軌道。

具體實施方式

請參閱圖1-4所示，本發(fā)明關于一種分布式流能發(fā)電裝置，包括發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子，所述的發(fā)電機轉子相對發(fā)電機定子作旋轉運動，所述的發(fā)電機轉子包括圓環(huán)形轉子本體，所述的圓環(huán)形轉子本體內(nèi)圓周中心設有與其同心的中央導流體，所述的中央導流體圓周均布有若干塊葉片，葉片外緣與圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁相連，所述的葉片與圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁的連接為柔性連接,柔性連接可以采用u形連接結構把葉片與圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁連接。u形連接結構可做為彈性連接理解，起到減震、消緩作用，可以有效減弱發(fā)電機轉子在軸向方向的震動傳遞，因此不會影響發(fā)電機轉子和發(fā)電機定子之間的間隙尺寸。通常定子和轉子之間的間隙只有1mm左右，如果發(fā)電機轉子在軸向方向震動大，發(fā)電機轉子和發(fā)電機定子就會碰在一起，發(fā)電裝置會因此遭受致命性損壞。所述的葉片分別與中央導流體和圓環(huán)形轉子本體內(nèi)壁圍合成若干個供流體穿過的軸向流體通道，流體可以為流動的水或氣體，當流體為水時，所述的葉片為水輪發(fā)電機葉片。當流體為氣體時，所述的葉片為風力發(fā)電機葉片。

優(yōu)選地，所述的發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子組成三相交流發(fā)電機或三相永磁交流發(fā)電機或三相勵磁交流發(fā)電機或三相直流發(fā)電機或三相永磁直流發(fā)電機或三相勵磁直流發(fā)電機。

優(yōu)選地，所述的中央導流體中部設有中心支撐軸。中央導流體、葉片與發(fā)電機定子以中心支撐軸的中心支撐，即葉片與發(fā)電機定子圍繞中心支撐軸旋轉。

優(yōu)選地，所述的發(fā)電機定子和圓環(huán)形轉子本體間設有回轉支撐結構?；剞D支撐使得流體穿過葉片時過流更充分，大大加大了流體效能轉化；另外，使得設備結構簡單、性能平穩(wěn)、精度高、震動小?，F(xiàn)有的流能發(fā)電裝置采用中心支撐軸支撐，而本發(fā)明發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子間增設滾珠和滾珠滾動的軌道，從而形成回轉支撐結構。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的分布式流能發(fā)電機裝置，其結構完全改變了葉片的受力形態(tài)，讓受力最大的葉片末端把動力直接傳遞給環(huán)形轉子本體，所述的葉片背流體一側設置導能角，葉片根部窄小，頂部寬大的體形設計，使葉片末端更有利于受力；使在相同條件下，此種葉片可承受轉矩更大，更有利于葉片轉動，葉片轉動速度也會平穩(wěn)提高；在此基礎上，導能角使葉片更加合理，更加符合流體動力學，葉片啟動所需的流體流量更小，開發(fā)同樣電能其機構更加小，且運行振動更低。

本發(fā)明的有益效果在于：目前最為棘手的問題還是在于，由葉片所獲得的能量給葉片的轉速較低，要驅動電機，必須經(jīng)過多級增速，而增速恰恰要消耗更多的能量，本發(fā)明所述的分布式流能發(fā)電機裝置，把發(fā)電機轉子布置在流體獲能葉片末端，由于大直徑的葉片末端線速度大，永磁體和線圈之間相對運動被有效放大，機構本身就成為了一個大變比的增速機構，由此，中間不經(jīng)過其他傳動機構，省去了傳統(tǒng)結構中的增速機構，使得流能開發(fā)中由于傳動和變速的能耗降低為零，起到節(jié)能、降耗、增效作用。

本發(fā)明分布式流能發(fā)電機的構造，把葉片受力最大的部分——葉片末端與環(huán)形轉子本體一體成型，葉片整體受力均勻，改變?nèi)~片形狀，增大葉片末端，不再受到葉片根部折斷威脅的制約，大大提高了葉片的獲能水平，提高了效率，減小了振動，增加了轉子機械強度，減小了葉片動應力，使葉片出現(xiàn)裂紋幾率大大降低，轉子的運行穩(wěn)定性得以提高。

本發(fā)明工作原理：流體穿過軸向流體通道時推動葉片轉動，其中流體主要指水或空氣，圓環(huán)形轉子本體一起轉動，發(fā)電機定子感應出電力并通過電纜與用電設備聯(lián)網(wǎng)或儲藏起來，本發(fā)明無需像現(xiàn)有發(fā)電機通過葉輪與發(fā)電機間設置增速裝置才可實現(xiàn)傳動發(fā)電。葉片直接帶動環(huán)形轉子本體轉動，葉片周圍布置發(fā)電機空間大，葉片末端線速度大，本身就是一個大變比的增速機構，這不僅能有效減小了電機的尺寸，也節(jié)省了傳統(tǒng)流能開發(fā)過程中由于必須設置傳動或增速機構的機械能耗，定會為分布式電能的開發(fā)帶來新的發(fā)展機遇。

若流體涉及水，則指江河湖海的流動的水所具有的能量，把本發(fā)明放入江河湖海中，通過水流流過軸向流體通道時推動葉片轉動，葉片吸收水流的動能變?yōu)檗D動機械能，并通過連接在葉片末端的圓環(huán)形轉子本體一起轉動，使發(fā)電機線圈切割磁力線，最終把水流能轉換成電能；若涉及空氣，則指的風力發(fā)電，把本發(fā)明設置在具有風的地方，如沙漠、樹林、開闊的田野、高樓、公路邊等，通過風穿過軸向流體通道時推動葉片轉動，把風場中的風能吸收并變成葉片轉動的動能，并通過連接在葉片末端的圓環(huán)形轉子本體一起轉動，使發(fā)電機線圈切割磁力線，最終把空氣流動的動能轉換成電能。本發(fā)明與傳統(tǒng)水輪發(fā)電機和風力發(fā)電相比，減少了中間傳動過程，省略的變速機構，而是把葉片獲得的流能直接傳給電機，由電機把機械能轉化成電能，降低了機構的復雜性，大大提高了能量轉化效率。

以上實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。