一种环形风力发电机的制作方法

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1.本实用新型涉及一种风力发电机，特别是一种环形风力发电机。

背景技术：

2.现有的风力发电机，通常是由塔架、发电机和风轮组成，其中风轮通过轮毂再经主轴和轴承座连接发电机组。现有的发电机主要包括转子和定子，通过风轮带动主轴转动，主轴再连接转子带动转子转动，与定子作切割磁力线动作，最终产生电能。然而由于现有的转子和定子都设于发电机的内部，这种方式需要设置较长的主轴，当风力过猛时，很容易造成风轮不稳定而使主轴折断等现象发生，甚至烧毁发电机。
3216044171u公开了一种零件变换水平轴或垂直轴外转子风车发电机，其记载了：风轮包括外壳和稳固单元，转子固设在外壳上，具体固设在外壳的圆环主体内壁面上；外壳的端盖与定子转动连接，且定子的一端与安装云台固定连接。通过风叶在风力的带动下转动，从而带动圆环主体、安装环和两组端盖转动，进而带动转子转动，使得定子作切割磁力线动作，最终产生电能。然而该方案具有以下缺陷：（1）转子和定子都是设在圆环主体的腔体内，一方面，会受到圆环主体的空间限制，导致不能更换不同尺寸大小的转子和定子，转子和定子会受到结构强度的约束；另一方面，这种结构适用于小型风力发电机，因为它受到空间限制会导致没有结构性，即没有设计支撑结构的空间；（2）将转子和定子设置在腔体内，在长时间运行下，其腔体内容易积聚灰尘，反而会降低转子和定子的使用寿命；（3）转子和定子的间隙无法保证不变，一但因风轮强度不够或支撑强度不够，很容易发生间隙改变，而间隙过小甚至接触，就会毁掉塔架，而间隙过大，则不能产生发电量。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种支撑强度高，不受空间约束，间隙精度高的环形风力发电机。
5.本实用新型的技术方案是：一种环形风力发电机，包括风轮、主轴座和环形电机，所述风轮包括风叶以及与风叶连接的主轴；所述环形电机设于风轮的背风侧；所述环形电机包括与主轴座和/或塔架上的主机座连接的环形支撑结构、设于环形支撑结构上的定子以及设于风轮上的转子，所述转子在风轮的带动下相对定子转动。
6.进一步，所述风叶的骨架包括叶茎部以及与叶茎部连接的叶框架，所述转子连接于叶茎部上。
7.进一步，所述转子和/或定子为一节或多节结构。
8.进一步，所述环形支撑结构为一节或多节结构。
9.进一步，所述风叶经轮毂与主轴连接，所述轮毂上设有轮毂尖，所述轮毂尖与风叶的骨架之间设有多根斜撑。
10.进一步，所述环形支撑结构包括多个支撑杆，多个支撑杆在与定子连接的那一端设有安装环，定子固定在安装环上。
11.进一步，所述转子和定子均为环形结构。
12.进一步，所述风轮包括至少两个风叶，所述转子与所有风叶的叶茎部同时连接。
13.进一步，多个风叶的骨架结构之间连接有拉索和/或拉杆。
14.进一步，所述风叶经主轴与设于主轴座上的轴承连接，形成转动结构。
15.进一步，所述主轴座固定于所述塔架的主机座上，所述主机座在与主轴座相对的那一侧设有配重体。
16.进一步，所述环形支撑结构和定子外露于风轮的背风侧。
17.本实用新型的工作原理为：叶轮在风力作用下转动，由于转子连接于叶轮的骨架上，因此转子随叶轮同时转动；转子通常选用永磁铁材质，当定子通电后，转子在转动过程中与定子之间作切割磁力线动作，从而产生电能。
18.本实用新型的有益效果：
19.（1）通过将转子设置于风轮的骨架上，将定子设置于环形支撑结构上，能够大大提高定子和转子的支撑强度，从而防止定子和转子在强风作用下产生摆动，进而保证转子与定子之间的间隙不发生改变，提高精度；
20.（2）通过将环形电机设于风轮的背风侧，使定子外露，这样，就可以做任意的高强度支撑结构，不受空间限制，从而提高定子的支撑强度；且根据风力发电机的尺寸和功率要求可以更换不同型号的定子，相比现有技术，本实施例的定子直径不受结构强度的约束；另一方面，定子外露可以在风力作用下清除灰尘，相比现有技术容易造成灰尘积累而言，本实施例的结构能够大大提高定子的使用寿命；
21.（3）通过在轮毂尖与叶茎部之间设有多根斜撑，能够减少叶茎部的摆动，进而保证转子与定子之间不会因风力大小与风叶变形而发生改变，保证设备不被毁坏。
附图说明
22.图1是本实用新型实施例1的背风侧结构示意图；
23.图2是图1所示实施例1的侧视图；
24.图3是图2所示实施例1风轮处的放大结构示意图；
25.图4是图3所示实施例1 的i部放大图；
26.图5是本实用新型实施例2的结构侧视图；
27.图6是图5所示实施例2的背风侧结构示意图；
28.图7是图5所示实施例2的ii部放大图。
29.附图标识说明：
30.1.风轮；2.主轴座；3.环形电机；4.主轴；5.塔架；6.环形支撑结构；7.风叶；8.配重体；9.斜撑；10.拉紧结构；21.定子；22.转子；51.主机座；61.主支撑杆；62.安装环；63.次支撑杆；71.叶茎部；72.叶框架；73.轮毂；221.转子座；731.轮毂尖。
具体实施方式
31.以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
32.实施例1
33.如图1~图4所示：一种环形风力发电机，包括风轮1、主轴座2和环形电机3，风轮1包
括风叶7及与风叶连接的主轴4；环形电机2包括与主轴座2和/或塔架5上的主机座51连接的环形支撑结构6、设于环形支撑结构6上的定子21以及设于风轮上的转子22，所述转子22在风轮的带动下相对定子21转动。
34.上述方案具有以下优点：（1）通过将转子连接风轮，定子设于外侧的环形支撑结构上，使得转子与定子不处于同一空间内，这样就能保证转子与定子的支撑强度，而且使定子不受空间约束；（2）通过设置环形支撑结构，能够大大提高定子的支撑强度，从而防止定子在强风作用下产生摆动，而转子连接于风轮上，由于风轮骨架具备一定的强度，也能保证转子的稳定下，进而保证转子与定子之间的间隙不发生改变，提高精度。
35.具体地，本实施例中，风叶7的骨架包括叶茎部71和沿叶茎部向两侧延伸出的叶框架72，叶框架上设置多个能够开合的窗扇，在一定的风力作用下能够自动将窗扇吹开。本实施例的风力发电机优选设置四个风叶7，且对称设置，四个风叶的叶茎部71经轮毂73与主轴4连接，主轴4与设于主轴座2上的轴承连接，使整个风轮形成转动结构。其中叶茎部71优选为桁架结构，轮毂73也可以设计成桁架轮毂，四个风叶的叶茎部连接于轮毂的不同面上，叶茎部与轮毂之间通过法兰固定连接。
36.本实施例的环形风力发电机除了包括风轮1和环形电机3外，还包括塔架5，塔架5上设有主机座5，主轴座2则固定于主机座51上。其中，主轴座2的外侧设有敞口的外壳，敞口侧用于连接主轴，外壳用于连接环形支撑结构6。主机座51在远离主轴座2的那一端设有配重体8，以保持塔架受力平衡。其中，配重体的一侧设有变压器,既能实现变压，又能作为配重体使用。
37.可以理解的是，主轴座可以与外壳形成一体化结构，即外壳即为主轴座的外壳；也可以是分体设置，如外壳罩于主轴座的外侧。
38.本实施例中，环形支撑结构6包括多根沿外壳设置的主支撑杆61，各主支撑杆之间对称布置。例如本实施例设置八根主支撑杆61，且八根主支撑杆均连接于主轴座的外壳上，形成环形排布结构，这种结构能够大大提高定子的支撑强度。主支撑杆在与定子连接的那一端设有安装环62，各主支撑杆均通过螺纹座与安装环通过螺栓连接，与安装环形成一整体，安装环则与定子连接。其中，主支撑杆连接于安装环的背面，安装环与主支撑杆之间还可连接小斜撑。另外，为了进一步提高环形支撑结构的支撑强度，在主支撑杆与主轴座以及主机座之间还设有次支撑杆63，从而大大提高定子的支撑强度。
39.本实施例中，转子22和定子21均为环形结构。由于转子、定子和环形支撑结构均为大型结构，如果一次成型会提高安装难度，且不便于运输。因此，本实施例的转子22、定子21和环形支撑结构6均为分节结构，能够在现场直接拼接安装，且便于运输。具体地，转子和定子均包括至少两节，例如：转子由六节弧形结构拼接形成，相邻弧形结构之间可通过螺纹连接、卡接或插接等方式拼接成型，以便于组装和拆卸。而环形支撑结构则将安装环设计成多节结构，例如：安装环分成四节，当现场组装时，将各节安装环拼接成一体。
40.本实施例中，转子22和定子21之间的间隙优选≥4mm，更优选≥12mm，以防止转子在转动过程中与定子产生碰撞，且最大间隙要保证转子和定子之间能够切割磁力线，保证发电量。
41.本实施例中，环形电机3和主轴座2均位于风轮1的后侧，即背风侧，定子21由环形支撑结构6支撑，并外露于转子22的磁场内。通过将主轴座2设于风轮1的外侧，便于连接定
子21。通过采用环形支撑结构6支撑定子21，能够大大提高定子的稳定性。通过将定子外露，即本实施例的环形支撑结构和定子并没有设于风轮的腔体内，也没有设置在其它舱室内，而是裸露于外界，具备以下优点：（1）定子外露，一方面可以做任意的高强度支撑结构，不受空间限制，从而提高定子的支撑强度；且根据风力发电机的尺寸和功率要求可以更换不同型号的定子，相比现有技术，本实施例的定子直径不受结构强度的约束；另一方面，定子外露可以在风力作用下清除灰尘，相比现有技术容易造成灰尘积累而言，本实施例的结构能够大大提高定子的使用寿命。
42.本实施例中，当本实施例选择设置四个风叶7时，每个风叶的叶茎部71上均设有连接座，四个风叶的叶茎部的连接座同时连接一转子座221，转子座221与连接座之间螺纹连接，转子座221的凹槽内则固定连接转子22。其中，转子座为环形结构。
43.可以理解的时，转子座也可以是弧形结构，每个叶茎部均通过连接座连接一个转子座，总共形成四个转子座，转子则固定于四个转子座所形成的环形空间内。本实施例通过将转子连接于叶茎部上，由于叶茎部本身具备很高的强度，从而大大提高转子的支撑强度。
44.本实施例中，轮毂73的前侧设有轮毂尖731，所述轮毂尖与风叶的叶茎部之间设有多根斜撑9。其中斜撑9可以是拉紧状态的绳索，也可以是拉杆，或者是二者的组合。之所以设置斜撑，是为了减少叶茎部的摆动，进而保证转子与定子之间的间隙不发生改变，而提高精确性。发明人发现，如果转子和定子之间的间隙消失，就会导致塔架毁掉，如果间隙过大则没有发电量，如果间隙很小没有达到摩擦程度，也会毁掉塔架。因此，本实施例通过设置拉紧状态的斜撑，能够保证叶茎部不发生摆动，而转子与叶茎部连接，就能够使转子不发生摆动，从而保证转子与定子之间的精确间隙，不会因风力大小与风叶变形而影响二者之间的间隙。
45.本实施例中，多个风叶7的骨架结构之间连接有拉紧结构10，拉紧结构包括拉索和/或拉杆。具体地，在相邻风叶的叶茎部71之间也连接有拉索和/或拉杆，且拉索和拉杆均为拉紧状态，拉索可以是钢丝绳，拉杆可以是桁架结构，也可以是空心杆体结构等。通过在相邻风叶之间设置拉索和/或拉杆，能够保证整个风力转动的稳定性，并提高强度，由于受力平衡，也能保证转子与定子之间的间隙。
46.可以理解的是，本实用新型的环形电机的转子和定子可根据不同尺寸的风力发电机进行更换，而环形支撑结构也可根据定子型号的不同更换成不同直径的杆体，灵活性强。
47.实施例2
48.如图5~图7所示：实施例1的区别在于，配重体不单独设置，而是将变压器和变流器同时放置于主机座51在远离主轴座2的那一端，这样就能大大减轻主机座的载荷，无需额外设置配重体。
49.另外，本实施例的各主支撑杆61全部与主机座51的壳体连接。本实施例的转子座221为带法兰板的环形空心结构，通过法兰板与叶茎部71上的法兰连接座连接，转子座221内壁连接转子22。安装环2的外壁连接定子21，且定子位于转子的圆环内，并与转子留有空隙。安装环62的结构可与实施例1的不同，如图7这种空心管结构。
50.综上所述，本实用新型一方面能够能够大大提高转子和定子的支撑强度，并通过对风轮骨架进行加固，从而保证转子与定子之间的间隙不受强风和叶片变形影响，大大提高间隙精度，防止整个风力发电机毁坏；另一方面，通过将环形电机设于风轮的背风侧，使
定子外露，并通过环形支撑结构支撑，不仅大大提高定子的支撑强度，且使得定子的直径不受结构强度约束；再者，本实用新型外露的环形电机不易积聚灰尘，大大提高使用寿命。

技术特征：

1.一种环形风力发电机，包括风轮、主轴座和环形电机，所述风轮包括风叶以及与风叶连接的主轴；其特征在于，所述环形电机设于风轮的背风侧；所述环形电机包括与主轴座和/或塔架上的主机座连接的环形支撑结构、设于环形支撑结构上的定子以及设于风轮上的转子，所述转子在风轮的带动下相对定子转动。2.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述风叶的骨架包括叶茎部以及与叶茎部连接的叶框架，所述转子连接于叶茎部上。3.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述转子和/或定子为一节或多节结构。4.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述环形支撑结构为一节或多节结构。5.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述风叶经轮毂与主轴连接，所述轮毂上设有轮毂尖，所述轮毂尖与风叶的骨架之间设有多根斜撑。6.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述环形支撑结构包括多个支撑杆，多个支撑杆在与定子连接的那一端设有安装环，定子固定在安装环上；所述转子和定子均为环形结构。7.根据权利要求3所述的环形风力发电机，其特征在于，所述风轮包括至少两个风叶，所述转子与所有风叶的叶茎部同时连接。8.根据权利要求7所述的环形风力发电机，其特征在于，多个风叶的骨架结构之间连接有拉索和/或拉杆。9.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述主轴与设于主轴座上的轴承连接，形成转动结构；所述主轴座固定于所述塔架的主机座上，所述主机座在与主轴座相对的那一侧设有配重体。10.根据权利要求1所述的环形风力发电机，其特征在于，所述环形支撑结构和定子外露于风轮的背风侧。

技术总结

一种环形风力发电机，包括风轮、主轴座和环形电机，所述风轮包括风叶以及与风叶连接的主轴；所述环形电机设于风轮的背风侧；所述环形电机包括与主轴座和/或塔架上的主机座连接的环形支撑结构、设于环形支撑结构上的定子以及设于风轮上的转子，所述转子在风轮的带动下相对定子转动。本实用新型一方面能够大大提高转子和定子的支撑强度，并通过对风轮骨架进行加固，从而保证转子与定子之间的间隙不受强风和叶片变形影响，大大提高间隙精度，防止整个风力发电机毁坏；另一方面，通过将环形电机设于风轮的背风侧，使定子外露，并通过环形支撑结构支撑，不仅大大提高定子的支撑强度，且使得定子的直径不受结构强度约束。得定子的直径不受结构强度约束。得定子的直径不受结构强度约束。