[发明专利]转子集成式风电帆船及发电方法

说明书

技术领域

本发明属于风能利用技术领域，特指一种利用风能转化为航行所需动能以及船用电器所需电能的帆船及其发电方法。

背景技术

随着经济社会的发展，人类生产活动与日常生活所消耗的能源与日激增，全球范围内煤炭、石油等化石能源逐渐减少，加之常规能源使用过程中所带来的环境污染问题十分严重，能源危机和气候变化的影响已经引起国际社会的高度重视。开发风能是实现可持续发展的根本途径。

海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高，因此风能发电装置在船舶上的利用成为了科学家研究的重要方向，如发明专利“风电船”(申请号：200510017184.3)，它是一种利用风力自行充电的风电船，优点在于节能环保，但由于风能转化所产生的电能不足以完全供给船舶所需的航行动力，仍需其他化石能源进行辅助，所以并不能达到完全意义上的绿色船舶；而如专利“太阳能风帆船的电力持续驱动装置”(申请号：200920317265.9)提供了一种利用超级电容制作的电力持续供电装置，解决了新能源船舶持续性航行的问题，但所提到的太阳能风帆本身就是成本昂贵，使用寿命低的部件，不能作为成批量生产的环保船舶。

发明内容

为了克服现有技术的不足与缺陷，本发明旨在提供一种采用含有集成式转子系统的帆体的风电帆船，它能够将风能部分地转化为电能储存于蓄电池中，蓄电池中的电能一部分用于无风环境中的帆船电动推进，一部分用于帆船自带船用电器损耗。而大部分风能依然通过推动帆面的方式转化为动能，推动帆船航行，所以无需其他能源进行动力辅助。本发明产品结构简单，使用寿命长，不产生污染，且外形美观，易装饰，可作为环保旅游景区的观光旅游船，以及长时间海上航行的远洋大帆船。

本发明的技术方案是，转子集成式风电帆船，由船体和帆体两大部分构成，其中帆体由帆体框架、帆布、空心管及空心管上的集成式转子系统组成；帆体框架由凯芙拉纤维中空管制作而成，分为前帆框架和主帆框架两部分，前帆框架运用滑道和铰链固定于船壳上，主帆框架固定于桅杆上；帆体框架上面附有空心管和帆布，帆布和空心管的面积和数量根据应用场合而定，使其能够平衡地满足帆船所需的动能和电能；纺锤形转子沿空心管均匀分布，通过深沟球轴承与空心管过盈配合，并保证纺锤形转子沿空心管自由地转动；纺锤形转子由风叶、永磁体、转轴构成，其中永磁体利用高强度粘结剂镶嵌在转轴上，使之能够与风叶保持同步旋转，作为发电系统的转子；绕线架和铜线圈固定在空心管内部，铜线圈缠绕在绕线架上，作为发电系统的定子，并且每一个铜线圈对应一对永磁体；铜线圈的末端沿空心管而出，连接于并联电线上；并联电线预埋于帆体框架内，末端连接整流器，电流经整流器整流后，储存在蓄电池中，以供电动机和船用电器使用。

本发明转子集成式风电帆船中的帆体由帆体框架、帆布、空心管及空心管上的集成式转子系统组成，分为前帆框架和主帆框架两部分，帆体提供风电帆船的动能及电能。

本发明转子集成式风电帆船中的帆体框架由凯芙拉纤维中空管制作而成，分为前帆框架和主帆框架两部分，前帆框架运用滑道和铰链固定于船体上，主帆框架固定于船体的桅杆上；帆体框架上面附有空心管和帆布，帆布和空心管的面积和数量根据应用场合而定，使其能够平衡地满足帆船所需的动能和电能，帆体框架内穿有并联电线。

本发明转子集成式风电帆船中的集成式转子系统由空心管及均匀排布在中空管上的纺锤形转子构成，纺锤形转子沿空心管均匀分布，通过深沟球轴承与空心管过盈配合，并保证纺锤形转子绕空心管轴向自由地转动；空心管与水平方向呈45°角倾斜固定在帆体框架上，如图1所示，保证帆体的美观性以及转子系统的发电效率最大化；帆布和集成式转子系统的面积根据应用场合而定，使其能够平衡地满足帆船所需的动能和电能，但基本上来说集成式转子系统的面积不应超过前帆体的1/3，主帆体的1/2。

本发明转子集成式风电帆船中的纺锤形转子由聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等透明有机高分子材料制作而成，整体呈纺锤形，基本形状如图2及图3所示，基本尺寸轴向50厘米，直径25厘米，轴径10厘米；纺锤形转子由风叶、永磁体、转轴构成，其中永磁体利用高强度粘结剂镶嵌在转轴上，使之能够与风叶保持同步旋转，作为发电系统的转子。

本发明转子集成式风电帆船中的空心管由超高分子量聚乙烯材料制作而成，按照使用需求均匀排布在帆体框架上，空心管内部装有绕线架和铜线圈。