专利名称：软磁体扇叶风力发电一体机的利记博彩app
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 系统的软磁体扇叶风力发电一体机。
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软磁体扇叶风力发电 一体机。软磁体扇叶风力发电一体机，其特征在于包括一软磁材料的垂直轴风扇，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 盖和扇座的内侧分别设有第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与第二永磁体的内侧 面的极性相异，所述第一永磁体与第二永磁体在所述扇盖和扇座的四角方向上通过导磁软 磁体连通；所述垂直轴风扇的扇叶上下两端分别设有平行于第一永磁体与第二永磁体内侧 面的扇叶上缘、扇叶下缘；所述第一永磁体、第二永磁体分别与扇叶上缘、扇叶下缘之间有 气隙，所述第一永磁体、气隙、垂直轴风扇、气隙、第二永磁体、导磁软磁体、第一永磁体形成 一个闭合主磁路；所述第一永磁体与第二永磁体的内侧面均设有凹槽，所述凹槽内布设线 圈；所述扇叶上、下缘的形状与所述线圈所围的形状相同，面积相等。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。本实用新型所述的软磁体扇叶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。扇盖和扇座的内侧分别设 有第一永磁体和第二永磁体，所述的第一永磁体与第二永磁体的内侧面的极性相异，在第 一永磁体与第二永磁体间有垂直轴风扇。垂直轴风扇为软磁体材质；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第一永磁体与第二永磁体 内侧面的扇叶上缘和扇叶下缘。如果第一永磁体内侧面磁性为N而第二永磁体内侧面磁性 为S，磁力线可以从第一永磁体、经扇叶到达第二永磁体。为垂直轴风扇能良好转动，在第一 永磁体与垂直轴风扇间以及第二永磁体与垂直轴风扇间有两个小气隙。导磁软磁体从风扇 四角连接第一永磁体和第二永磁体，其作用是连通从第一永磁体外侧面到第二永磁体外侧 面的磁路。最终形成从第一永磁体、气隙、垂直轴风扇、气隙、第二永磁体、导磁软磁体再回 到第一永磁体的闭合主磁路。当风扇转动时，该主磁路同时转动，如果扇叶数为η则主磁路 的转动频率为风扇转动频率的η倍。所述的第一永磁体与第二永磁体的内侧面均设有凹槽，凹槽内布设线圈。当风扇 转动，主磁路也转动，从而经过线圈的磁通发生变化，凹槽和线圈的形状与风扇上下缘形状 匹配面积相等使磁通变化与风扇角速度成正比。于是在线圈中应产生电流以抵抗上述磁通 变化，收集线圈中产生的电流即达到发电的效果。各线圈之间串接以提高发电电动势。第一永磁体与第二永磁体各自内侧面的凹槽数目可以等于扇叶数，也可以为扇叶 数的两倍。综上所述，本实用新型的有益效果有1.将风扇和发电装置一体化，软磁体材质的风扇成为发电装置的一部分，结构简 单紧凑，体积小，适合在无线传感器网络和分布式小系统的应用需求；2.风扇和发电装置一体化后，其尺寸效应，有利于提高发电装置效能；3.装置中形成带小气隙的闭合主磁路，能量转换率高；4.本实用新型一方面利用可再生能源，可以节约能源；另一方面可大量减少使用 电池，保护环境。
图1为本实用新型沿图2中A-A向的剖视图。图2为本实用新型沿图1中B-B向的剖视图。[0019]图3为本实用新型扇叶的横剖视图。
具体实施方式
实施例一参照图1-3，本实用新型所述的软磁体扇叶风力发电一体机，包括软磁体材料的垂 直轴风扇7，所述垂直轴风扇7通过轴13和轴承12安装在上部的扇盖1和下部的扇座2之 间。所述的扇盖1通过四个卡座14安装在扇座2上。所述的扇盖1和扇座2的内侧分别 设有第一永磁体3和第二永磁体4，所述的第一永磁体3与第二永磁体4的内侧面的极性 相异。所述的第一永磁体3与第二永磁体4的外侧面之间，通过该风力发电一体机中扇盖 1和扇座2的四角，连接有一个导磁软磁体8，该软磁体为钣金件。导磁软磁体8、第一永磁 体3和第二永磁体4被上下共16个卡座15固定在扇盖1或扇座2上。所述的软磁材料是 由矫顽力很小(HC< 102A/m)的铁磁材料制成。因为这种材料的矫顽力小，所以容易磁化， 也容易退磁，磁滞损耗小，适合用到交变磁场中。纯铁、硅钢等材料都是软磁材料。因为本 装置常应用于户外，所以这些软磁材料具有一定的防腐蚀性，表面镀一层防腐蚀剂即可。所 述的第一永磁体3与第二永磁体4的内侧面均设有凹槽5，凹槽5内布设线圈6，线圈6可 采用粘接的方式固定。所述垂直轴风扇7上的每个扇叶11，与普通扇叶不同，有扇叶上缘9 和扇叶下缘10，扇叶上缘9在所述的扇盖1上的投影以及扇叶下缘10在扇座2上的投影 的面积等于所述的凹槽5的面积，其形状也相互匹配。所述的第一永磁体3与第二永磁体 4上的凹槽有一定角度差以反应所述扇叶上缘9和扇叶下缘10之间的角度差。所述线圈6 间应串接，串接方向应保证在风扇转动时各线圈产生的电动势不互相抵消。从所述第一永 磁体3、导磁软磁体8、第二永磁体4、垂直轴风扇7回到第一永磁体3形成带有两个小气隙 的闭合主磁路，这里的气隙是指扇叶上缘9到第一永磁体3内侧面及扇叶下缘10到第二永 磁体4内侧面之间的部分，两气隙宽度应在0. 3mm以下，以获得较大的磁感应强度。所述的第一永磁体3与第二永磁体4的凹槽5的数目分别与所述扇叶11的数目 相同。所述扇盖1上的四壁均为空的。下面说明本软磁体扇叶风力发电一体机的工作原理。当风扇不转动时，每一个线 圈6中的磁通均不发生变化，此时线圈6中不能产生电流，从而不能产生电能。当风扇7遇 风转动时，风扇扇叶下缘10与扇座2上的线圈6的相对位置随扇叶7的转动会发生变化， 所有扇叶下缘10投影到第二永磁体4的区域与所有嵌入第二永磁体4的线圈6所围区域 的相交部分面积也经历0到第二永磁体4上所有线圈6所围总面积的往复变化。假设风扇 7有8片扇叶，则这种变化的频率是风扇7转动频率的8倍。同时上述通过第二永磁体4上 所有线圈6的总磁通正比于相交部分的面积，故总磁通的变化率正比于相交部分面积变化 率，相交部分面积变化率正比于风扇7的转速，而由电磁感应基本定理，第二永磁体4上所 有线圈6的总磁通的变化率正比于线圈6中产生的电动势。故线圈6中产生的电动势正比 于风扇转速。综合上述分析线圈6中可产生交变电流，而第二永磁体4上所有线圈6正确 串接后即可获得的电动势为单个线圈6产生电动势的8倍。扇叶上缘9与嵌入第一永磁体 3的线圈6的情况也类似。值得注意的是扇叶上缘9与下缘10间存在一定角度差，因此嵌 入第一永磁体3的线圈6与嵌入第二永磁体4的线圈6间也应有同样的角度差。在此基础上，上述两组在嵌入不同永磁体的线圈6间也应正确串接，获得的电动势为单个线圈6产生 电动势的16倍。为了得到直流电利用电路板整流电路实现交流电变直流电以便于充电。实施例二本实施例与实施例一的不同之处在于所述的第一永磁体3与第二永磁体4的凹槽 5的数目分别为扇叶11数目的两倍。此时分别嵌入第一永磁体3与第二永磁体4的线圈可 按电机中常用的单叠法安放。其余结构和功能都相同。与实施例一一样假设风扇7中包含 8片扇叶，作类似于实施例一的分析，获得的总电动势为每个线圈6产生电动势的32倍。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新 型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也 及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求软磁体扇叶风力发电一体机，其特征在于包括一软磁材料的垂直轴风扇，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分别设有第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与第二永磁体的内侧面的极性相异，所述第一永磁体与第二永磁体在所述扇盖和扇座的四角方向上通过导磁软磁体连通；所述垂直轴风扇的扇叶上下两端分别设有平行于第一永磁体与第二永磁体内侧面的扇叶上缘、扇叶下缘；所述第一永磁体、第二永磁体分别与扇叶上缘、扇叶下缘之间有气隙，所述第一永磁体、气隙、垂直轴风扇、气隙、第二永磁体、导磁软磁体、第一永磁体形成一个闭合主磁路；所述第一永磁体与第二永磁体的内侧面均设有凹槽，所述凹槽内布设线圈；所述扇叶上、下缘的形状与所述线圈所围的形状相同，面积相等。
2.根据权利要求1所述的软磁体扇叶风力发电一体机，其特征在于所述第一永磁体 和第二永磁体的凹槽数目分别与扇叶的数目相同。
3.根据权利要求1所述的软磁体扇叶风力发电一体机，其特征在于所述第一永磁体 和第二永磁体的凹槽数目分别是扇叶数目的两倍。
专利摘要软磁体扇叶风力发电一体机，包括一软磁材料的垂直轴风扇，其轴设置在上部的扇盖和下部的扇座之间，所述扇盖和扇座的内侧分别设有内侧面的极性相异的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与第二永磁体在四个角方向上通过导磁软磁体连通；所述第一永磁体与第二永磁体的内侧面均设有凹槽，所述凹槽内布设线圈；所述扇叶上、下缘的形状与所述线圈所围的形状相同，面积相等；所述第一永磁体、垂直轴风扇、第二永磁体和导磁软磁体形成带有两个小气隙的闭合主磁路。风扇转动时，主磁路也转动，各线圈的磁通量将随之增大或减小，进而产生交流电动势。本实用新型的有益效果结构紧凑、体积小、能量转换率高、节能环保。
文档编号H02K7/18GK201650604SQ20102012530
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者何熊熊, 张端, 郭慧贤 申请人:浙江工业大学