[发明专利]风力涡轮交流发电机模块

说明书

技术领域

本发明涉及发电，具体而言，涉及风力发电装置。

背景技术

现有的风力发电系统依赖于传统的具有用于支承的中央轴的涡轮组件。这种组件在强风条件下，会经受到很大的应力，从而面临故障。因此，要想在变化的风力条件下安全地建造或使用这种涡轮是不切实际的，尤其是在城市和郊区和繁忙的地区。对于风力发电存在着改进涡轮组件的需要。

发明内容

应当明白，下文的发明内容和具体实施方式是示例性的和解释性的，旨在对权利要求的本发明提供进一步的解释。下文的发明内容和具体实施方式都不是为了将本发明的范围限定或限制在该发明内容或具体实施方式中的具体特征，相反，本发明的范围将在所附的权利要求中限定。

在具体实施例中，所公开的实施例可以包括下面描述的一个或多个特征。

一种新设备，包括：支承结构或壳体；涡轮组件，其包括：从无支承的枢轴（hub）辐射至外缘的一个或多个叶；轴承，其环绕涡轮组件或转子组件而安装，由壳体支承，为转子磁体和定子线圈之间提供了连续的隔离；转子组件，包括一个或多个由涡轮组件支承的磁体；定子具有一个或者多个线圈，设置成使得转子磁体和定子线圈之间的相对运动在线圈上感应出电压。在一些实施例中，所述外缘是环绕叶尖端的外环。在一些实施例中，所述转子是涡轮组件中的独立结构，然而在一些实施例中，所述转子是由叶或涡轮组件的外缘与连接的磁体组合而构成。轴承通过在外周支承转子而为转子磁体和定子线圈之间提供连续的隔离，防止其在变化的风力条件下而轴向运动。外周的轴承支承系统增加了中央轴支承系统的强度和稳定性，减少了故障，并提高了安全性。

特别的是，任何规模大小的设备模块，其本身可投入无限制的新的使用。利用这种应用自容纳模块的能力，将能够在各种风或气流条件下被允许安装在任何有空气运动的地方。

多个设备模块均会产生一小部分能量，类似在微型发电，这些将一个地点汇聚成总能量。在一些实施例中，应用多个小型模块在低风速地区产生极高的能量输出。该微型发电的概念尤其适合那些郊区及可能一些市区中依靠传统风能发电无法满足要求的住宅和商业区。

在优选实施例中，本新设备或模块包括一个在外周分布有多个永久磁体的旋转涡轮组件，以及空心线圈，其很靠近磁体以产生能量。一个或多个转子衬环从外周且优先为垂直地连接在涡轮外缘，以支承这些等距分布的永久磁体。

对于本领域技术人员来说，显然有可能会根据发电的要求而安装多个永久磁体和线圈。在一些实施例中，随着涡轮机重量和／或尺寸大小的增加，有必要在环绕衬环的多个位置安放更多导轴承，或者直接支承住涡轮机的外缘，以分散涡轮组件的载荷。

在一个实施例中，一个或多个转子背衬由铁磁材料构成，用于使安装的永久磁体增强了磁场，从而可以在各种风力条件下增加能量产生。对一个或多个转子衬环使用这种铁磁材料，还可以提供额外的转动惯量，让涡轮机和转子组件在风速降低后持续转动，从而增加阵风之间的能量生成。铁磁转子背衬在包围的导轴承内为涡轮和转子组件提供稳定的支承。

本模块对定子采用了空心线圈，以消除铁磁芯带来的镶齿效应，减少起动转矩，从而能在低风速条件下进行能源生产，并降低装置重量。

本模块的一个显著优点是环绕涡轮组件放置多个导轴承，这可以从外周支承涡轮，以在各种风速下保持稳定和恒定的间距。在一些实施例中，导轴承与旋转的转子衬环进行槽配合，提供了径向和轴向的支承。在一些实施例中，该导轴承可通过凸缘在外周与涡轮外缘直接配合。

为提高轴承寿命和减少摩擦，在一些实施例中，轴承是由陶瓷或类似的低摩擦系数材料制成。使用陶瓷或类似的材料可减少低风起速下引起的起动扭矩，并减少高速下热量的产生。非铁磁性材料的使用可防止旋转的铁材质转子组件之间的磁效应，以及避免转子环的最终腐蚀。

现有技术教导，风力涡轮机必须收拢或折叠，或者叶或桨必须水平化（feather），以减少风的轴向压力。现有技术的收拢或水平化意味着风力涡轮机在高风速情况下很少或不产生能量。如果该收拢或者水平化机制发生故障，会导致风力涡轮机的严重破坏，造成生命和财产的潜在危险。

本新型轴承的支承能取消在高风速条件下对收拢和羽毛化（而这是现有技术的要求）的要求，允许在所述条件下继续能量生产。

在一些实施例中，由于涡轮组件完全悬空并由导向轴承进行外周支承，并没有涡轮轴的支承（而这是现有技术的要求，这干扰了涡轮气流）。这有助于更好地在低风速或间接的风流动的条件下产生能量，在高风速条件下减少阻碍性湍流。