本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风力驱动发电机组。
背景技术：
风力发电是指把风的动能转为电能，常规的风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；风轮通过一塔架支撑，风源带动风轮旋转，风轮的旋转通过传动轴带动发电机转动，进而实现发电。常规的风力发电机组的风轮的体积大，风流的利用率低，造成转化率低；运输和组装均麻烦。
再者，常规的风力发电机组一般设置于地面较为平坦的区域，如风源较为充足的平原。在一些较为陡峭的峡谷或山壁上，其风源充足，风向固定，若采用上述常规的风力发电机组的结构，安装难度大，需要将风轮伸出一定距离，塔架、风轮结构容易损坏，致使维护周期短，增大了维护难度和成本。
技术实现要素：
为此，本发明提供一种新的风力驱动发电机组，能够替换原先的风力驱动发电机组，其结构更为简便，体积更小。并且，还能够很好的克服常规的风力发电组件组的缺陷，很好的运用至特殊地形，如陡峭的峡谷或山壁上。
为此，本发明提供的一种风力驱动发电机组，包括气体动力装置及发电组件，所述气体动力装置包括：
一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；
一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；
至少一进气通道，其连通至少一喷口；以及
至少一排气通道，其连通至少一排口；
空气流从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出；
所述外圈的旋转做功作为发电组件进行发电的动能。
进一步的，至少一进气通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排气通道形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。
进一步的，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。
进一步的，进气通道和排气通道形成于芯体内。
再进一步的，芯体上包括：
进气通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；
次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成n阶流道，其中n≥2的自然数；
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成空气流能量递减的多阶冲程结构。
进一步的，次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。
再进一步的，芯体进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。
再进一步的，芯体上设有进气通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。
进一步的，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。
再进一步的，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出气轴道分别连通至芯体的进气通道和排气通道。
再进一步的，轴内进、出气轴道形成进气口和出气口，进、出气轴道为不连通结构。
再进一步的，外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。
再进一步的，独立做功单元中进气通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排气通道构成空气流流动路径。
再进一步的，该气体动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。
再进一步的，外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。
进一步的，还包括风力增压装置，所述风力增压装置的出口连通进气通道，以实现将增压的空气流从进气通道进入。
进一步的，所述风力增压装置包括而不限于导风增压流道或涡轮增压器。
进一步的，所述气体动力装置的外圈通过传动装置驱动连接所述发电组件的转子，所述外圈的旋转做功驱动发电组件的转子旋转，实现发电。
进一步的，所述气体动力装置的外圈替代发电组件的转子，直接与发电组件的线圈连接，所述外圈的旋转做功驱动线圈旋转，实现发电。
通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
本方案提供的风力驱动发电机组，将常规的风轮的结构替换成本案的气体动力装置，气体动力装置的芯体设置的多阶流道，即进气通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，空气流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至空气流从排气通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、空气流利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。
同时，芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，芯体上进气流道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。在相同的风流流量的基础上风流利用率高，扭矩大，转速高，传递效率高。整机结构简便、体积小，使得运输和组装均简便；同时，体积的大幅度减小使得能够很好的运用至特殊地形，如陡峭的峡谷或山壁上。
附图说明
图1是实施例一中的气体动力装置的示意图。
图2是实施例一中的气体动力装置的轴a向侧视图。
图3是实施例一中的气体动力装置的轴b向侧视图。
图4是实施例一中的气体动力装置的一剖视图。
图5是实施例一中的气体动力装置的另一布局图。
图6是实施例一中的气体动力装置的驱动连接示意图。
图7是实施例二中的气体动力装置的示意图。
图8是实施例二中的气体动力装置的轴c向侧视图。
图9是实施例二中的气体动力装置的轴d向侧视图。
图10是实施例二中的气体动力装置的径向剖视图。
图11是实施例三中的风源采集组件的结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一
本实施例提供的一种风力驱动发电机组，包括气体动力装置及发电组件，具体的，参照图1至图4所示，所述气体动力装置包括：一外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体3的外环面设有至少一喷口301、至少一排口302、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道300；
至少一进气通道31，其连通至少一喷口301；以及
至少一排气通道310，其连通至少一排口302；
空气流从进气通道31进入，通过芯体3的喷口301及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈1周向上的至少二驱动凹部11，对这些驱动凹部11产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力连续输出，最后，空气流通过芯体3的排口经排气通道排出。该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上。
如图4所示，进气通道31和排气通道310形成于芯体3内，芯体3上的喷口301及次冲流道300，与外圈1对应的驱动凹部11连通，其中次冲流道300与对应的驱动凹部11交错布设依次连通，次冲流道300沿芯体或外圈周向设置。
如图4，芯体3上包括：进气通道31，其在芯体周面形成喷口31，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口301与外圈对应的驱动凹部11连通，形成第1阶流道；
次冲流道300，其走向为芯体3边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道300与外圈1对应的前后两驱动凹部11连通，沿芯体周向形成n阶流道，其中n≥2的自然数。需要说明的是：这里如果是2阶流道则包括第1阶流道(进气通道)和第2阶流道(一次冲流道)；如果是3阶流道包括第1阶流道(进气通道)、第2阶流道(一次冲流道)、第3阶流道(另一次冲流道)，……
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成空气流能量递减的多阶冲程结构。
根据负载的要求，可以对气体动力装置进行设计，其中的芯体3设置可以是2阶流道、3阶流道、或更多阶进气流道，每阶循环做功，能量充分利用，最大程度地提高使用效率，以满足输出扭矩和转速的需求。
如图5是4阶流道示意图，压缩空气流从第1阶流道311进入后，经第2、3、4阶流道312、313、314，并喷出作用在对应的驱动凹部11，最后体通过排气流道310输出；图4是5阶进气流道示意图，工作过程同图5示意类似。如图5，次冲流道300包括回程道和相通的冲程道，如图5中的第3阶流道中的回程道3131和相通的冲程道3132，回程道3131与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道3132与另一驱动凹部连通。
请参阅图1，该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上，该轴2上开设有进、出气轴道21、210分别连通至芯体3的进气通道31和排气通道310。轴内进、出气轴道形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。外圈1通过侧板41、42配合于轴2上形成一个封闭空间，芯体3设置于封闭空间内并与轴2连接固定。本方案中芯体3设有至少2阶流道，每一阶流道与外圈对应的驱动凹部连通，最后由排气流道排出空气流。
请参阅图1，本方案中芯体3可以是由左、右芯体配合而成，左、右芯体配合面设有进气通道31和排气通道310，芯体3也可以是整体铸造而成。
请参阅图1、图4，本实施例是一级驱动结构，芯体3上沿周向设置1条空气通道形成一级驱动结构，空气通道也称为独立做功单元，芯体3和外圈1上一进气通道31、一喷口301、至少二驱动凹部11、至少一次冲流道300、一排口302和一排气通道310形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。独立做功单元中进气通道31、喷口301、驱动凹部11、次冲流道300、排口302和排气通道310构成空气流流动路径。
请参阅图1、图4或图5，本方案中外圈1的内环面上设置有2个以上驱动凹部11，每一驱动凹部具有一轮廓底面111以及驱动面112，轮廓底面111的轮廓线可以是普通弧形线或螺旋线，当轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在轴上，每一驱动凹部11同时与相邻阶流道相通以使前一阶流道进入的空气流由下一阶流道输出。
本方案中芯体3进气通道即第1阶流道走向可以是普通弧形线或螺旋线，各次冲流道即第n阶流道中冲程道的走向也可以是普通弧形线或螺旋线。
如图4及图5，本方案芯体3上设有进气通道31，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道300的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。芯体3进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°，角度越小，流道越长，损耗越多；角度越大，驱动外圈的切向分力越小。
请参阅图1、图2及图3，本方案轴2内进、出气轴道21、210形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。轴的进口和出口可以设置在轴一端或轴两端，进气轴道21与芯体的进气通道31相通，轴的出气口轴向延伸形成出气轴道210，出气轴道与芯体的排气通道310相通。
其中，发电组件103为常规发电机结构，包括：转子轴、设置在转子轴上的线圈及定子绕组，线圈通电产生磁场，转子轴旋转带动线圈转动，产生旋转磁场，定子绕组的线圈切割磁力线进而产生电流，并输出。当然的，在现有的发电机结构中，通常还会设有如碳刷、导电滑环、定子铁心等元器件，其具体的连接结构均为现有结构，不再详述。根据结构的不同，现有的发电组件可以是现有的两相交流发电机、直流发电机、三相交流发电机等等。
所述外圈1的旋转做功作为发电组件103进行发电的动能，本具体实施例中，所述外圈1通过传动装置驱动连接所述发电组件的转子轴，所述外圈的旋转做功驱动发电组件的转子轴旋转，实现发电。进一步的，参照图1所示，本实施例中，所述外圈的周侧上开设有多个装配孔，再参照图6所示，螺栓60穿过装配孔固定螺接于一转轴60上，该转轴60连接发电组件的转子轴，实现外圈与发电组件的转子轴的驱动连接。当然的，在其他实施例中，外圈与发电组件的转子轴的驱动连接也可以是通过其他传动装置实现，如齿轮传动机构实现，即在外圈设置外齿，以利于通过齿轮传动的方式输出动能；又例如外圈具有皮带槽，以通过皮带传动的方式输出动能；再例如外圈具有安装法兰盘，可以方便地安装联轴器以输出动能；等等。
该风力驱动发电机组中需要将空气流导入至进气通道，并最好经过风力增压后导入进气通道，可以采用一切已知技术实现，例如经过流体力学设计的导风增压流道(实现出口的风力增压)，涡轮增压器等等。
本申请案所涉气体动力装置是指能够将空气流能转换成机械转动的装置，其中该装置除必要的外圈、芯体及其相应凹部结构或流道结构设计外，还可以额外包括其他部件；例如，可以额外包括有提供外保护的壳体和密封结构等，又如可以额外包括有提供转矩传递的联轴器等。芯体和外圈的材质为硬质材料制成，不限于金属、金属合金、塑料、复合材质，芯体和外圈的凹部结构或流道结构的加工方式可以采用一切已知的生产手段实现，包括而不限于压铸、锻造、挤压、3d打印等等。
图1和图4中需要说明的是，芯体的进气通道31和排气通道310及进气轴道21、出气轴道210，按制图规则虽然不对应，但为了形象说明，图1中芯体的进气通道和排气通道就是指进气通道和排气通道，实施例二中图7和图10与此类似的示意图示。
实施例二
本实施例提供的一种风力驱动发电机组，其结构与实施例1的结构大致相同，不同之处在于：请参阅图7至图10，气体动力装置中包括2独立做功单元形成二级驱动结构，即芯体3上沿周向设置2条空气通道，每条空气通道包括1阶以上的进气通道31和次冲流道300并沿芯体3周向布设及排气流道。气体动力装置包括外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有2组喷口、排口、以及每组喷口和排口之间设有至少一次冲流道；芯体上设有2进气通道31、32，其对应连通喷口；以及2排气通道310、320，其对应连通排口；两股空气流从分别从芯体的2进气通道进入，通过芯体3的喷口及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈周向上相应的驱动凹部11，对这些驱动凹部产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出。上述的一进气通道、一喷口、相应数量的驱动凹部及对应的次冲流道、排口和一排气通道形成独立做功单元。
该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴上，该轴2上开设有进气轴道21、22及出气轴道210、220分别连通至芯体的进气通道31、32和排气通道310、320。轴2上设有与空气通道对应的两进气口和两出气口；压缩空气流从轴2的两进气口进入，通过芯体3进气通道喷出作用在外圈1的驱动凹部11，产生推力推动外圈1旋转做功，最后压缩空气流通过芯体3的排气通道回到相应的出气口，实现动力的连续输出。
再者，为进一步增加进气量，本实施例中，还包括风力增压装置，具体为常规的涡轮增压器，所述涡轮增压器的压气机空气出口连接气体动力装置的进气通道31、32，所述涡轮增压器的涡轮进口连接该气体动力装置的排气通道310、320，气体动力装置的排气通道310、320流出的废气驱动涡轮增压器的压气机叶轮转动，进而对气体动力装置的进气通道31、32输入的风流进行增压。无需电源驱动，直接经输入的气流驱动，无需损耗其他能源。当然的，在其他实施例中，风力增压装置也可以采用耗能较低的电力驱动的机械增压装置。
实施例三
本实施例提供的一种风力驱动发电机组，其结构与实施例1或实施例2的结构大致相同，不同之处在于：参照图11所示，本实施例中，还包括风源采集组件，所述风源采集组件包括采集口71及导风增压流道72，所述导风增压流道72的一端连接采集口71，另一端连接气体动力装置的进气通道，所述采集口71对应风流方向并采集风流，采集的风流经导风增压流道72的导向导至气体动力装置的进气通道。
进一步的，该采集口71为喇叭口的结构，所述采集口71的大喇叭口对应风流方向，其小喇叭口连接导风增压流道72。
增加该风源采集组件，其采集口71可设置在风流较为集中的位置，更好的将风流采集，并通过导风增压流道72传导至气体动力装置的进气通道，使气体动力装置与发电组件能够放置在更为安全、方便的位置，方便操作为维护。例如，在较为陡峭的山壁上设置时，可将采集口71设置在山壁较高的位置，采集更多的风流，导风增压流道72沿着山壁设置延伸至山脚，所述气体动力装置与发电组件设置在山脚位置即可。
实施例四
本实施例提供的风力驱动发电机组，结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例中，所述气体动力装置的外圈替代发电组件的转子轴，直接与发电组件的线圈连接，所述外圈的旋转做功驱动线圈旋转，实现发电。
如此，气体动力装置可直接装配于发电组件上，无需额外的传动装置进行动力传动，在结构上更为简便，体积更小。
通过上述提供的风力驱动发电机组，将常规的风轮的结构替换成本案的气体动力装置，气体动力装置的芯体设置的多阶流道，即进气通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，空气流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至空气流从排气通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、空气流利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。
同时，芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，芯体上进气流道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。在相同的风流流量的基础上风流利用率高，扭矩大，转速高，传递效率高。整机结构简便、体积小，使得运输和组装均简便；同时，体积的大幅度减小使得能够很好的运用至特殊地形，如陡峭的峡谷或山壁上。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种风力驱动发电机组，包括气体动力装置及发电组件，其特征在于：所述气体动力装置包括：
一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；
一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；
至少一进气通道，其连通至少一喷口；以及
至少一排气通道，其连通至少一排口；
空气流从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出；
所述外圈的旋转做功作为发电组件进行发电的动能。
2.根据权利要求1所述的风力驱动发电机组，其特征在于：至少一进气通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排气通道形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。
3.根据权利要求1所述的风力驱动发电机组，其特征在于：进气通道和排气通道形成于芯体内，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。
4.根据权利要求3所述的风力驱动发电机组，其特征在于：芯体上包括
进气通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；
次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成n阶流道，其中n≥2的自然数；
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成空气流能量递减的多阶冲程结构。
5.根据权利要求3所述的风力驱动发电机组，其特征在于：芯体进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。
6.根据权利要求1所述的风力驱动发电机组，其特征在于：该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出气轴道分别连通至芯体的进气通道和排气通道。
7.根据权利要求2所述的风力驱动发电机组，其特征在于：该气体动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。
8.根据权利要求1至7之一所述的风力驱动发电机组，其特征在于：外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。
9.根据权利要求1至7之一所述的风力驱动发电机组，其特征在于：所述气体动力装置的外圈通过传动装置驱动连接所述发电组件的转子轴，所述外圈的旋转做功驱动发电组件的转子轴旋转，实现发电。
10.根据权利要求1至7之一所述的风力驱动发电机组，其特征在于：所述气体动力装置的外圈直接与发电组件的线圈连接，所述外圈的旋转做功驱动线圈旋转，实现发电。
技术总结
本发明提供一种风力驱动发电机组，包括气体动力装置及发电组件，所述气体动力装置包括：包括外圈和芯体，芯体的外环面的喷口和排口之间设有至少一阶以上的次冲流道，空气流从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，空气流通过芯体的排口经排气通道排出，所述外圈的旋转做功作为发电组件进行发电的动能。
技术研发人员：许水电;李延福;许涛
受保护的技术使用者：传孚科技(厦门)有限公司
技术研发日：.08.19
技术公布日：.02.25
