本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，但是有別于一般風(fēng)能發(fā)電廠的技術(shù)。移動式風(fēng)能發(fā)電站可以建立在高速行駛的列車上，利用列車行駛所產(chǎn)生的空氣阻力通過平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)變?yōu)榭諝鈩恿Φ娘L(fēng)能發(fā)電技術(shù)，為列車中的空調(diào)和照明系統(tǒng)提供電能。以達(dá)到減少列車對燃油消耗和供電網(wǎng)對列車的供電負(fù)荷。是一種全新的風(fēng)能利用方式和技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)能發(fā)電已不是什么新技術(shù)，一般的風(fēng)能發(fā)電站主要由。塔架、發(fā)電機(jī)機(jī)艙、葉輪和逆變控制系統(tǒng)組成。風(fēng)能發(fā)電機(jī)終年固定在風(fēng)電場里不可移動，而發(fā)電廠所產(chǎn)生的電能又不能直接利用，還必須通過輸變電網(wǎng)為用戶提供電能。當(dāng)今在全世界面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大難題的時期，利用清潔的可再生風(fēng)能資源替代不可再生的礦物質(zhì)能源為人類提供電能，已是人類共同體可持續(xù)發(fā)展的重要措施。但是風(fēng)能發(fā)電受到自然天氣的影響不能全天候的滿負(fù)荷發(fā)電，也是一個客觀的問題。2014年我國風(fēng)能發(fā)電廠平均利用風(fēng)能發(fā)電只有1905個小時。設(shè)想；如果在行駛的列車上建立移動式風(fēng)能發(fā)電站，減少了輸變電網(wǎng)的建設(shè)，既可以做到直接利用又可以在列車不間斷的高速行駛中做到滿負(fù)荷發(fā)電即發(fā)即用。雖然，不能代替空調(diào)發(fā)電車的功能，但是起碼可以做的輔助發(fā)電的作用。

2、發(fā)電機(jī)主要由發(fā)電機(jī)定子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成，發(fā)電機(jī)定子與底座相連接，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過發(fā)電機(jī)定子兩側(cè)端蓋的軸承組嵌入定子中間，轉(zhuǎn)子和定子之間除了軸承組之外沒有直接的摩擦接觸，但是發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的那種看不見摸不著的電磁力，會通過定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙牢牢的吸住轉(zhuǎn)子線圈中的鐵芯，使之形成一種強(qiáng)有力的電磁阻力。根據(jù)牛頓第三定律作用力和反作用力原則，作用在發(fā)電機(jī)葉輪上的風(fēng)力要想扭動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割定子磁場中的磁力線，定子磁場也會產(chǎn)生一個反作用力，彼此之間形成方向相反、力量相等的相互作用力。這種現(xiàn)象體現(xiàn)在運(yùn)載車輛上便形成并增加了一種空氣阻力。

由于安裝在風(fēng)能發(fā)電廠里的發(fā)電機(jī)它的塔基底座與大地連接，它的磁場阻力被大地吸收了所以不會被人們所重視，發(fā)電機(jī)沒有磁場阻力這個概念。如果把發(fā)電機(jī)安裝在行駛的列車上，這種阻力會通過定子與發(fā)電機(jī)的底座產(chǎn)生反作用力轉(zhuǎn)移到列車的車身上。最終轉(zhuǎn)移到車輪上。使列車在原有驅(qū)動列車向前行駛的動力上又增了這部分阻力的消耗，這種磁場阻力就會對空氣產(chǎn)生反作用力，通常把它認(rèn)為是空氣阻力。所以在汽車或火車上始終都沒有風(fēng)能發(fā)電機(jī)的用武之地。如果找到了克服定子磁場的反作用力的方法也就找到了汽車或火車風(fēng)能發(fā)電的鑰匙。也就可以實現(xiàn)移動式風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)。

3、空氣阻力是空氣與行駛車輛摩擦后形成的結(jié)果。不管你愿意不愿意接受，任何車輛只要向前行駛，車輛與空氣摩擦便形成的空氣阻力便開始產(chǎn)生。而且空氣阻力也是永遠(yuǎn)不可避免和永遠(yuǎn)瞬間產(chǎn)生的現(xiàn)象。這個瞬間恰好給車輛風(fēng)能發(fā)電創(chuàng)造了一個風(fēng)能發(fā)電的微環(huán)境。其一、車輛在向前行駛中風(fēng)向絕對穩(wěn)定。其 二、車輛在勻速行駛下風(fēng)速相對穩(wěn)定。這種風(fēng)能你不去利用它就會即刻消逝，你即使不用也不會減輕空氣阻力對車輛驅(qū)動力消耗?？傊灰囕v向前行駛空氣阻力就相伴而生，而不是為了發(fā)電機(jī)的發(fā)電去有意增加消耗去制造風(fēng)能。也可以說在車輛行駛過程中所產(chǎn)生的空氣阻力同時，也具備了風(fēng)力發(fā)電的潛在能量，因此車輛的空氣阻力也正是我們所需要的風(fēng)力發(fā)電的必要條件，也是最好的清潔能源利用方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的設(shè)計思路是：在高速行駛的列車上建立移動式風(fēng)能發(fā)電站，為列車的空調(diào)照明提供部分電能。為列車空調(diào)和照明提供電力的方式可以分為獨立柴油機(jī)組供電式，發(fā)電車集中供電式，以及DC600V機(jī)頭直接供電式這三種。不論哪一種方式都是消耗一次性能源所獲得的。能不能在行駛的列車上利用風(fēng)能發(fā)電，減少對一次性能源的消耗或降低供電電網(wǎng)的負(fù)荷。因此，要想實現(xiàn)移動式風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用就必須解決三個主要問題。

1、消除空氣對發(fā)電機(jī)的阻力影響。發(fā)電機(jī)安裝在列車上基本體現(xiàn)兩個阻力因素，一個是發(fā)電機(jī)形體投影面積的空氣阻力，一個是發(fā)電機(jī)的磁場阻力。而磁場阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)形體的空氣阻力，只要解決了發(fā)電機(jī)磁場阻力不被列車車身吸收，列車風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)完全能夠得以實現(xiàn)。依據(jù)對普通發(fā)電機(jī)在列車上的阻力分析，只有改變了發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就能解決磁場阻力對列車的能源消耗。如果把發(fā)電機(jī)的定子也懸空起來利用平衡力的理論，通過人為的技術(shù)手段制造一個力矩平衡的工作點，就可以有效的克服了定子磁場的反作用力。最終達(dá)到抑制發(fā)電機(jī)定子的磁場阻力不會對列車車身進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這就必須在行駛的列車中發(fā)電機(jī)的任何時間點和空間點要達(dá)到如圖1所示的平衡狀態(tài)。發(fā)電機(jī)只要達(dá)到了平衡力矩的技術(shù)狀態(tài)，移動式風(fēng)能發(fā)電站的設(shè)想就可以成立。根據(jù)經(jīng)典力學(xué)《大小，方向，作用點》三要素的理論，本發(fā)明構(gòu)思了運(yùn)載車輛在行駛中空氣阻力對發(fā)電機(jī)作用力和反作用力的條件，人為的通過技術(shù)手段把空氣阻力一分為二變成了發(fā)電機(jī)的一對平衡力，讓其分別作用在發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上，在發(fā)電機(jī)軸上形成扭矩力的平衡點。此時發(fā)電機(jī)中心轉(zhuǎn)軸的合力為零，因此它不會通過發(fā)電機(jī)支架把空氣阻力傳導(dǎo)到列車上，而作用在發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子上的平衡扭矩力已完成了對磁力線的切割產(chǎn)生了電能。所以，平衡力中存在著巨大的能量積累，就看怎樣去利用和釋放這部分能量了。由于平衡力在目前的社會生產(chǎn)實踐中沒有用武之地，所以在生產(chǎn)實踐中也沒有以平衡力的原理去解決生產(chǎn)力的理論基礎(chǔ)。目前，從互聯(lián)網(wǎng)上也無法查找到相關(guān)平衡力是否成為生產(chǎn)力的報道。

2、在解決了發(fā)電機(jī)磁場阻力對列車的空氣阻力之后，風(fēng)能發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率就顯得尤為重要它直接關(guān)系到移動風(fēng)能發(fā)電站的技術(shù)是否得到應(yīng)用。移動式風(fēng)能發(fā)電機(jī)和普通發(fā)電機(jī)有兩點不同。第一、平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)在同一付支架上的一根主軸上可以讓轉(zhuǎn)子和定子同時作相對旋轉(zhuǎn)，兩個相互旋轉(zhuǎn)的作用力和反作用力可以得到合力等于零的工作點，它完全可以消除電磁場所產(chǎn)生的空氣阻力。第二、由于定子葉輪和轉(zhuǎn)子葉輪作相對的旋轉(zhuǎn)，作用在風(fēng)能發(fā)電機(jī)軸上的風(fēng)速也相對增加了一倍。尤如兩輛以120公里時速相對行駛的汽車，在會車的瞬間兩車產(chǎn)生240公里稍縱即逝的速度和。因此，移動式風(fēng)能發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子在 120公里同等速度風(fēng)力的作用下相對旋轉(zhuǎn)，作用在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的速度始終保持著相對于2倍的車速關(guān)系，相對加快了切割磁力線速度提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。根據(jù)風(fēng)能計算公式W＝1/2PAV3分析，風(fēng)能發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率是取決發(fā)電機(jī)的葉輪受力面積及吸收風(fēng)能的速度來決定的。最直觀最簡單的理解也應(yīng)該是；作用在移動式發(fā)電機(jī)定子的風(fēng)能功率是120公里風(fēng)速，作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)能功率也是120公里風(fēng)速。則移動式風(fēng)能發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率W＝定子發(fā)電功率(W＝1/2PAV3)+轉(zhuǎn)子發(fā)電功率(W＝1/2PAV3)。而移動發(fā)電機(jī)所消耗的空氣阻力功率則是以實際車速120公里來計算的。理論上基本可以得出收獲2付出1的能效產(chǎn)出比。

3、雖然移動式風(fēng)能發(fā)電機(jī)可以做到發(fā)電功率的產(chǎn)出大于發(fā)電機(jī)空氣阻力的消耗，但是空氣對發(fā)電機(jī)干擾阻力的影響也制約著該項技術(shù)的實施應(yīng)用。因此，只有最大限度的消除空氣對發(fā)電機(jī)干擾阻力的影響才能更有效的發(fā)揮風(fēng)能發(fā)電的作用。本發(fā)明通過多次的實驗對比最終設(shè)計了發(fā)電機(jī)隱藏安裝法，它可以最大限度的降低發(fā)電機(jī)整體投影面積對空氣阻力的影響，提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率與發(fā)電機(jī)的阻力消耗功率的產(chǎn)出比。實現(xiàn)移動式發(fā)電的目的，同時也保障了運(yùn)載車輛安全行駛的問題。

附圖說明

圖1是移動式風(fēng)能發(fā)電站專用平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)原理圖。

附圖1中標(biāo)識：1、代表發(fā)電機(jī)的同軸。2、代表發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。3、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子相當(dāng)于普通發(fā)電機(jī)定子的旋轉(zhuǎn)方向。4、代表發(fā)電機(jī)軸承支架。

圖中：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)和發(fā)電機(jī)的定子(3)同時圍繞發(fā)電機(jī)同軸(1)向相對的方向轉(zhuǎn)動。如果這兩個力矩大小相等，方向相反，同時作用在發(fā)電機(jī)軸上，此時發(fā)電機(jī)軸的兩個受力點相加，一定是0的工作狀態(tài)。只要達(dá)到了平衡，發(fā)電機(jī)的電磁阻力會被平衡的力矩吸收了，也就不會通過發(fā)電機(jī)的支架對車身產(chǎn)生磁場阻力的轉(zhuǎn)移。這一組平衡力矩的代數(shù)和是轉(zhuǎn)子力矩+定子力矩＝0。發(fā)電機(jī)只要符合了這個數(shù)學(xué)式的條件，在行駛的汽車上發(fā)電機(jī)只會在較小的空氣干擾阻力下，便可獲得大于發(fā)電機(jī)空氣干擾阻力所消耗能量的電能。得到產(chǎn)出大于消耗的結(jié)果。

圖2是移動式風(fēng)能發(fā)電站專用平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)剖面圖。

附圖2中標(biāo)識：1、代表發(fā)電機(jī)同軸。2、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪(這里的外轉(zhuǎn)子是指原有的發(fā)電機(jī)定子，以下雷同)。3、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子殼體。4、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子永磁體盤。5、代表發(fā)電機(jī)碳刷座。6、代表主動變向齒圈。7、代表中間導(dǎo)向齒輪及軸承支架。8、代表被動齒輪。9、代表發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承。10、代表發(fā)電機(jī)軸承支架。11、代表發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪。12、代表主動變向齒圈和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪的連接。13、代表發(fā)電機(jī)軸承支架。14、代表發(fā)電機(jī)滑環(huán)。15、代表發(fā)電機(jī)電樞線圈。16、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪與發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子殼體的連接裝置。17代表發(fā)電機(jī)底座。18、代表代表發(fā)電機(jī)軸承支架。

圖中：1、發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪(2)與發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子殼體(3)通過發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪與外轉(zhuǎn)子殼體(16) 的連接裝置相連，并通過軸承與發(fā)電機(jī)同軸1做滾動連接，這樣可以不受發(fā)電機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)方向限制。

2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪(11)與主動變向齒圈(6)通過主動變向齒圈和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪的連接裝置(12)相連，進(jìn)一步的通過連接在葉輪上的軸承9與發(fā)電機(jī)同軸1做滾動連接，不受發(fā)電機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)方向限制。

3、發(fā)電機(jī)中間導(dǎo)向齒輪(7)把發(fā)電機(jī)導(dǎo)向齒圈(6)傳遞的動能傳遞給被動齒輪(8)。強(qiáng)迫發(fā)電機(jī)同軸(1)做反方向轉(zhuǎn)動。

4、發(fā)電機(jī)同軸(1)與發(fā)電機(jī)線圈盤(15)和發(fā)電機(jī)滑環(huán)(14)緊密相連，通過發(fā)電機(jī)軸承支架(10)、(13)、(18)與葉輪做相反方向的旋轉(zhuǎn)。

5、發(fā)電機(jī)永磁體(4)與發(fā)電機(jī)線圈盤(15)在相互旋轉(zhuǎn)中切割磁力線，產(chǎn)生的電能通過發(fā)電機(jī)碳刷(5)輸送到整流調(diào)壓器上

圖3是移動式風(fēng)能發(fā)電站專用平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)變向齒輪組平面圖。

附圖3中標(biāo)識：1、代表齒輪圈與轉(zhuǎn)子葉輪的安裝孔。2、代表齒輪圈。3、代表被動齒輪。4、代表中間導(dǎo)向齒輪。

圖中：發(fā)電機(jī)主動齒圈(2)與中間導(dǎo)向齒輪(4)做逆時針旋轉(zhuǎn)，由于齒輪的變向作用使得被動齒輪(3)帶動發(fā)電機(jī)同軸做順時針旋轉(zhuǎn)。

圖4是移動式風(fēng)能發(fā)電站專用平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)齒輪組與轉(zhuǎn)子渦輪結(jié)合示意圖。

附圖4中標(biāo)識：1、代表齒輪圈與內(nèi)轉(zhuǎn)子葉輪的安裝孔。2、代表齒輪圈。3、代表被動齒輪。4、代表中間導(dǎo)向齒輪。5、代表齒輪圈與內(nèi)轉(zhuǎn)子葉輪的安裝孔。6、代表安裝在轉(zhuǎn)子葉輪總成上的軸承。7、代表葉輪總成。8、代表葉輪葉片。

圖中：齒圈(2)通過(1)和(5)與和葉輪總成(7)連接，發(fā)電機(jī)同軸穿過被動齒輪(3)和安裝在轉(zhuǎn)子葉輪總成上的軸承(6)實現(xiàn)相互旋轉(zhuǎn)的目的。

圖5是移動式風(fēng)能發(fā)電站專用平衡風(fēng)能發(fā)電機(jī)總成示意圖。

附圖5中標(biāo)識：1、代表發(fā)電機(jī)同軸。2、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪3、代表隱藏在渦輪殼里的發(fā)電機(jī)總成。4、代表中間導(dǎo)向齒輪軸。5、代表轉(zhuǎn)子渦輪殼。6代表主動齒圈。7、代表中間導(dǎo)向齒輪軸。8、代表被動齒輪。9、代表發(fā)電機(jī)安裝吊架。10、代表發(fā)電機(jī)同軸軸承支架。11、代表轉(zhuǎn)子葉輪。12、代表主動變向齒圈和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪的連接。13、發(fā)電機(jī)中間支架。14、代表外轉(zhuǎn)子渦輪殼。15、代表發(fā)電機(jī)安裝吊架。16、代表發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子葉輪與發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子殼體的連接裝置。17、代表發(fā)電機(jī)底座。18、代表發(fā)電機(jī)同軸軸承支架。

圖6是移動式風(fēng)能發(fā)電站在空調(diào)發(fā)電車上安裝風(fēng)能發(fā)電機(jī)示意圖。

附圖6中標(biāo)識：1、代表發(fā)電機(jī)。2、代表發(fā)電機(jī)渦輪殼。3、代表移動發(fā)電站的載體車廂。

具體實施方式

具體實施方式：以青藏鐵路西寧至拉薩為實施例。西寧至拉薩全程1972公里運(yùn)行約21小時。列車由內(nèi)燃機(jī)車牽引時速每小時120公里，列車車廂的空調(diào)照明采用發(fā)電車集中供電式。發(fā)電車集中供電式是指列車尾部掛一輛發(fā)電車。里面設(shè)置了三臺單機(jī)功率400千瓦的康明斯柴油發(fā)電機(jī)組，由這些機(jī)組向全列車供電帶動空調(diào)照明。本發(fā)明首先要說明移動式風(fēng)能發(fā)電站不是取代發(fā)電車的功能，而是利用列車行駛時產(chǎn)生的風(fēng)能補(bǔ)充發(fā)電車的發(fā)電功率，以降低發(fā)電車燃油消耗為目的。1、根據(jù)已知列車的運(yùn)行時速，設(shè)計生產(chǎn)適應(yīng)于100-120公里的發(fā)電機(jī)組。根據(jù)風(fēng)能計算公式W＝1/2PAV3計算，設(shè)葉輪的受風(fēng)面積0.1平方米，在風(fēng)速120公里的條件下，排除空氣阻力對發(fā)電機(jī)的消耗基本可以發(fā)2kw的電能。顯然1臺風(fēng)能發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率對于列車的空調(diào)照明耗電補(bǔ)充量極其微弱，但是發(fā)電機(jī)的集群發(fā)電效應(yīng)也是一個不可忽視的能量。2、進(jìn)一步的根據(jù)發(fā)電車車頂?shù)膶嶋H使用面積，已知發(fā)電車長23.1寬3.1米。在車廂的頂部均勻的開30--40個天窗。3、進(jìn)一步的把發(fā)電機(jī)倒掛在發(fā)電車的頂部，只漏出1小部分葉輪的葉片。把大部分葉片和發(fā)電機(jī)都隱藏在發(fā)電車的車廂里，以減少發(fā)電機(jī)對空氣形成的阻力消耗提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。4、進(jìn)一步的把每臺發(fā)電機(jī)連接在調(diào)壓器上通過整流和逆變使之達(dá)到380伏50赫茲的工頻電壓。5、進(jìn)一步的把發(fā)電機(jī)的電能并入列車供電系統(tǒng)為列車車廂提供空調(diào)照明用電。也可以獨立的自成供電體系為臨近的列車車廂供電。那還需要增加蓄電池的投資成本經(jīng)濟(jì)上不劃算。由于發(fā)電車車頂?shù)睦妹娣e有限，發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量也是及其有限，但是，如果全路網(wǎng)的列車每趟都節(jié)約一點點燃油也是一個不小的數(shù)量。

根據(jù)風(fēng)能計算公式W＝1/2PAV3分析：

當(dāng)列車行駛速度120/h時，此時風(fēng)中能量＝1/2PA×33m/s3此定義為“式1”。

如果增加到240/h時；此時風(fēng)中能量＝1/2PA×66m/s3此定義為“式2”。

用式2去除以式1，比值為663÷333＝287496÷35937＝8倍。即風(fēng)速從每秒33米增加到每秒66米后(2倍關(guān)係)，風(fēng)中的能量增加了8倍?？上霑r速240公里的列車發(fā)移動風(fēng)能電機(jī)的單機(jī)容量可做到16kw。

總之，列車在向前行駛的每一分鐘都是一個移動的風(fēng)能發(fā)電站載體，而且是行駛速度越快發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量就越大。正是由于移動式風(fēng)能發(fā)電機(jī)改變了發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了相對旋轉(zhuǎn)的技術(shù)特點，做到了平衡發(fā)電機(jī)電磁阻力的作用，移動風(fēng)能發(fā)電機(jī)以消耗部分空氣阻力為代價，換取了空氣中取之不盡的風(fēng)電資源?；咀龅搅溯o助空調(diào)發(fā)電車的發(fā)電功能，減少了列車對石油資源的消耗。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。