[发明专利]高效率小型风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及水平轴式风力发电机，尤其是涉及带有风流罩的小型水平轴式 风力发电机，其主要用于风力资源丰富的城市或居住区。

背景技术

现有带有风流罩的小型水平轴式风力发电机如图1所示，其包括安装于水 平转轴4的风叶装置1，环套风叶装置1安装能提高其气动效果的风流罩11， 所述风叶装置1通过水平转轴4与发电机16连接，风叶装置1受风力推动旋 转时，通过水平转轴4带动发电机16发电。水平轴式风力发电机是世界上目 前最为成功、应用最为广泛、且普遍认为风能利用率最高的一种风力发电机。

经济合理地、最大限度地获取风能资源，一直是风力发电机设计和发展中 最主要的技术挑战与目标。为进一步提高风机的风能利用率，人们不断改进风 机的桨叶叶型设计或发明新型风叶，如美国专利US 6,736,600公开的螺旋型 风叶。在同样的风力状态下，性能优良的风叶可以更好地俘获风能，使风机有 更高的风能-电能转化率。此外，人们在一直不断地尝试另一种技术方案，其 是在风叶装置的外围于风叶旋转面的垂直方向安装一个扩散式、或集中式、或 简单直式的圆罩子11(这里笼统称其为风流罩)，以期通过其稳流、聚流和导 流等气动效应，进一步提高风机的风能利用率。其中扩散式风流罩的进风口面 积小于出风口面积，集中式风流罩则正好相反。图1所示的风流罩11为扩散 式风流罩。不同形式、不同轴向长度和不同端面形状的风流罩，其作用及强度 也有所不同。世界上已有不少的专利，公开了各式风流罩的设计、形状、选用 材料及生产加工工艺(如美国专利US 4,132,499、US 4,021,135；德国专利 DE 19903846A1、DE 20115330U1)。

常规风流罩风机除在结构上多出一个风流罩外，其它结构以及工作过程与 无罩风机(如桨叶开放式风机)完全相同。

普遍认为，上述风流罩具有下述积极效能：其能削减桨叶叶尖二次流的负 影响，提高风叶扫风面的来流风速(或来流风量)，从而提高整个风机的风能 利用率；同时，风流罩对消减叶尖噪声，增强风机运转安全性(如防止冬季抛 摔风叶面上积结的冻冰)等方面相对无罩风机具备相当的优势，使得带风流罩 (尤其小型风流罩)的风机在城市居民区的应用成为可能。

但带有风流罩的水平轴式风力发电机虽然其概念已存在几十年，却受限于 制造成本，至今没有得到广泛的应用。也就是说，风流罩通过其稳流、聚流或 导流等因素所起到的提高风能利用率之积极作用，相对于加装风流罩的附加成 本仍需要进行得失权衡，风流罩风机应用的经济性是其发展的瓶颈。

另一方面，高转速运行的发电机其整体性能被普遍认为较低转速发电机为 优；为此，风力发电机组中通常都带有变(增)速装置。而小型风力发电机由 于受结构、维护和成本等局限，不同于大型的风力机，一般均采用直驱式发电 方式，即风叶装置通过连轴直接驱动发电机。如何实现低转速而又能有效地高 发电，是至今制约所有小型风机效能的技术瓶颈。

本发明的目的是在充分利用风流罩结构上述积极效能的同时，克服上述小 型风力发电机的技术瓶颈，提供一种具有更高发电效率的小型风力发电机。在 该风力发电机中，赋予风叶装置、风流罩以及发电机的定子和转子结构全新的 意义和功能，从而获得诸多新的技术效果，进一步提高风力发电机的整体效能。 本发明使风流罩风力发电机的优势更加突出，使风流罩风力发电机应用的经济 性更趋合理，为风力发电机低转速高发电提出了一个新颖的技术方案。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

高效率小型风力发电机，其包括由各风叶片的一端分别连接于水平转轴的 风叶装置，各风叶片另一端的外围装置风流罩，在风流罩的罩体上嵌装发电机 的定子，发电机的定子与风流罩的罩体集成为一体，与所述发电机的定子相对 应装置发电机的转子。

所述发电机的转子构成如下：在所述风叶装置中各风叶片另一端的端部连 接有磁性件，由该磁性件与所述风叶装置集成，构成所述发电机的转子。