[实用新型]风力发电一体机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电一体机，尤其是适用于无线传感器网络和分布式小系统的风力发电一体机。

背景技术

随着无线传感器网络、分布式小系统和互联网的产生和发展，分散于各处并组成上述系统的节点的供电问题成为一个难题。这些节点一般需要有各自独立的供电装置，使用较多的是电池。但电池的电量有限，对无线传感器节点即使采用了低功耗设计，一般也只能维持数月，电池的寿命成为节点寿命的瓶颈；同时无线传感器节点大多不回收，所以节点携带的化学电池引起的二次污染势必成为环境的重大威胁。因此，利用新能源给无线传感器节点供电势在必行。

对一些运动物体，如飞行中的鸟类和行进中的汽车，可为依附其上的用于科学研究或跟踪侦查等目的无线传感器网络节点提供稳定的风源。另一种情况是使用自然风能或与太阳能等其他可再生能源配合为无线传感器网络节点提供能源。传统风力发电装置通常由风扇、变速器和发电机组成。例如发明专利200680021096.3，由风扇带动转轴转动，并通过行星齿轮变速后用发电机发电。再如发明专利200680016461.1把垂直轴风扇安装在3个环状结构上，风扇旋转时环旋转并带动交流发电机发电。传统的风力发电机其用途一般是提供电力，甚至可并网发电，而其体积一般也较大。而在无线传感器节点和分布式小系统中一般功耗较小，但要求供电系统的体积较小，故传统风力发电机不适宜直接移植到为无线传感器网络和分布式小系统供电。

发明内容

本实用新型要解决传统风力发电机不适宜为无线传感器网络和分布式小系统供电的问题，提供了一种适宜为无线传感器网络和分布式小系统供电的风力发电一体机。

风力发电一体机，其特征在于：包括一垂直轴风扇，所述垂直轴风扇的轴设置在上部的扇盖和下部的扇座之间，所述扇盖上的四壁是镂空的，所述扇盖和扇座的内侧各设有数个永磁体，所述永磁体围绕风扇轴周向均匀布置，所述永磁体在靠近风扇轴处与远离风扇轴处的极性相反，所述永磁体N极与永磁体S极均绕设有线圈；所述垂直轴风扇是非通磁材料，所述垂直轴风扇的扇叶的上、下两端分别设有扇叶上缘、扇叶下缘，所述扇叶上、下缘是软磁材料，所述扇叶上、下缘的形状与永磁体的形状相同；所述永磁体与扇叶上缘、扇叶下缘之间分别有气隙，所述扇盖上永磁体N极、气隙、扇叶上缘、气隙、永磁体S极再回到永磁体N极可形成数个闭合主磁路，所述扇座上永磁体N极、气隙、扇叶下缘、气隙、永磁体S极再回到永磁体N极可形成数个闭合主磁路。

本实用新型考虑到无线传感器节点一般要求体积较小，因此提出一种将风扇与发电装置一体化的设计，使风扇本身成为发电装置的一部分，从而较大幅度地减小发电装置的体积。另一方面，风力发电装置产生的电动势不宜过低，否则不能为发电机后面的电路提供足够的能源；而从发电机的原理看，单就发电装置来说为产生较高电动势希望发电装置有较大尺寸或转子的旋转速度较高。转子旋转速度高要求自然风速较高或运动物体速度较快，均非发电装置本身可以干预的因素；但风扇和发电装置的一体化使发电装置尺寸相对地达到其可以达到的最大程度，从而提高所产生的电动势。

本实用新型中采用了垂直轴风扇，垂直轴风扇能够利用各个方向的风能，同时使得该装置的安装位置、方向和精度上比较自由。可以将本实用新型作为无线传感节点的一部分，其产生的电能可用于为无线传感器提供能量。

本实用新型将风扇与发电装置合为一体，其结构与一般风扇有较大区别。下面陈述本实用新型的设计特点。

本实用新型所述的风力发电一体机其外壳由扇盖和扇座组成，扇盖上的四面扇壁镂空，以便于本实用新型可以利用各个方向的风源。扇盖和扇座的内侧各设有6个永磁体，所述永磁体围绕风扇轴周向均匀布置，永磁体在靠近风扇轴处与远离风扇轴处的极性相反。在扇盖和扇座间有垂直轴风扇。垂直轴风扇为非导磁材质；垂直轴风扇采用特殊形式，其每一片扇叶在普通扇叶基础上其上下分别延伸出平行于永磁体内侧面的软磁材料的扇叶上缘和扇叶下缘，所述扇叶上缘、扇叶下缘分别通过卡座固定在扇叶的上、下两端的U型固定口上。如果永磁体在靠近风扇轴处为N而远离风扇轴处为S，靠近扇盖处，磁力线可以从永磁体N极、经扇叶上缘到达永磁体S极；靠近扇座处，磁力线可以从永磁体N极、经扇叶下缘到达永磁体S极。为垂直轴风扇能良好转动，永磁体与垂直轴风扇间有个小气隙。最终可形成从永磁体N极、气隙、扇叶上缘或扇叶下缘、气隙、永磁体S极再回到永磁体N极的12个闭合主磁路。当风扇转动时，永磁体与扇叶上缘或下缘重合的部分也随之变化，该主磁路中的磁通同时不断变化，主磁路的变化频率为风扇转动频率的6倍。