CN112664400B - 基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其包括：发电基座、风车叶片、自调节传动装置以及发电机组。其中，风车叶片设于发电基座上，发电机组安装于发电基座内，风车叶片与发电机组通过自调节传动装置驱动连接；自调节传动装置包括：装置支架、往复移动机构、转矩传递机构；往复移动机构包括：风力感知帆、移动滑块以及伸缩弹性件；装置支架设有滑动引导槽，移动滑块设于滑动引导槽内；转矩传递机构包括：第一传动轮、第二传动轮、传动转轴、主动锥型轮以及从动锥型轮。本发明的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机能够根据风力强弱进行自动调节，在风力发电过程中保持输出功率的稳定。

Description

基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机

技术领域

本发明涉及发风力电机技术领域，特别是涉及一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机。

背景技术

风力发电机可以将清洁可再生的风能转变成可利用的电能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过传动装置对旋转的速度进行调节并驱动发电机组，最终促使发电机组发电。实际的发电过程中，由于风力不断变化，导致风车叶片旋转的速度也不断变化，进一步地，发电机组的输出功率也不够稳定。当风力强时，风车叶片旋转的速度快且转动力矩大，使得发电机组的输出功率高；相反的，当风力弱时，风车叶片旋转的速度慢且转动力矩小，使得发电机组的输出功率低。而输出功率的不稳定使得发电机组内电流的变化量大，容易损耗发电机组内的电力设备，降低了发电机组的使用寿命。

为此，如何设计一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，使其能够根据风力强弱进行自动调节，在风力发电过程中保持输出功率的稳定，这是该领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其能够根据风力强弱进行自动调节，在风力发电过程中保持输出功率的稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其包括：发电基座、风车叶片、自调节传动装置以及发电机组；

所述风车叶片设于所述发电基座上，所述发电机组安装于所述发电基座内，所述风车叶片与所述发电机组通过所述自调节传动装置驱动连接；

所述自调节传动装置包括：装置支架、往复移动机构、转矩传递机构；

所述往复移动机构包括：风力感知帆、移动滑块以及伸缩弹性件；所述装置支架设有滑动引导槽，所述移动滑块设于所述滑动引导槽内，所述风力感知帆安装于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述转矩传递机构包括：第一传动轮、第二传动轮、传动转轴、主动锥型轮以及从动锥型轮；所述第一传动轮与所述移动滑块连接，所述第二传动轮与所述移动滑块连接，所述传动转轴可转动安装于所述装置支架上，所述第一传动轮与所述第二传动轮可轴向移动地套接于所述传动转轴上，所述第一传动轮压持于所述主动锥型轮的轮面，所述第二传动轮压持于所述从动锥型轮的轮面；所述主动锥型轮与所述风车叶片驱动连接，所述从动锥型轮与所述发电机组驱动连接。

在其中一个实施例中，所述第一传动轮与所述第二传动轮上开设有限位槽，所述传动转轴上设有与所述限位槽配合的限位凸棱。

在其中一个实施例中，所述主动锥型轮通过第一万向节与所述风车叶片连接。

在其中一个实施例中，所述从动锥型轮通过第二万向节与所述发电机组连接。

在其中一个实施例中，所述第一万向节包括：第一十字连轴架、第一输入半轴以及第一输出半轴；所述第一输入半轴与所述第一输出半轴通过所述第一十字连轴架连接。

在其中一个实施例中，所述第二万向节包括：第二十字连轴架、第二输入半轴以及第二输出半轴；所述第二输入半轴与所述第二输出半轴通过所述第二十字连轴架连接。

在其中一个实施例中，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

综上，本发明的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机能够根据风力强弱进行自动调节，在风力发电过程中保持输出功率的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机的结构示意图；

图2为图1所示的自调节传动装置的结构示意图(一)；

图3为图1所示的自调节传动装置的结构示意图(二)；

图4为往复移动机构和转矩传递机构的局部拆解示意图；

图5为第一万向节的结构拆解示意图；

图6为自调节传动装置在强风力环境下的状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明公开一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机10，其包括：发电基座20、风车叶片30、自调节传动装置40以及发电机组50。

其中，风车叶片30设于发电基座20上，发电机组50安装于发电基座20内，风车叶片30与发电机组50通过自调节传动装置40驱动连接。风力发电时，风车叶片30在风力驱动下旋转，并将动能通过自调节传动装置40传递给发电机组50。在此期间，自调节传动装置40根据风力强弱自动调节传动比，使得发电机组50获得稳定的转速，从而得到稳定的输出功率。

如图2所示，自调节传动装置40包括：装置支架100、往复移动机构200、转矩传递机构300。

具体地，如图3所示，往复移动机构200包括：风力感知帆210(如图1所示)、移动滑块220以及伸缩弹性件230。其中，装置支架100设有滑动引导槽110(如图2所示)，移动滑块220设于滑动引导槽110内，风力感知帆210安装于移动滑块220上，伸缩弹性件230为移动滑块220提供弹性力。

如图3及图4所示，转矩传递机构300包括：第一传动轮310、第二传动轮320、传动转轴330、主动锥型轮340以及从动锥型轮350。第一传动轮310与移动滑块220连接，第二传动轮320与移动滑块220连接，传动转轴330可转动安装于装置支架100上，第一传动轮310与第二传动轮320可轴向移动地套接于传动转轴330上，第一传动轮310压持于主动锥型轮340的轮面，第二传动轮320压持于从动锥型轮350的轮面。如图1所示，主动锥型轮340与风车叶片30驱动连接，从动锥型轮350与发电机组50驱动连接。

在本实施例中，如图4所示，第一传动轮310与第二传动轮320上开设有限位槽400，传动转轴330上设有与限位槽400配合的限位凸棱331。通过限位凸棱331与限位槽400的配合，第一传动轮310、传动转轴330以及第二传动轮320可以同步转动，使得第一传动轮310可以稳定地驱动第二传动轮320，实现动能的平稳传递。

在本实施例中，如图3所示，主动锥型轮340通过第一万向节360与风车叶片30连接。其中第一万向节的结构如图5所示，第一万向节360包括：第一十字连轴架361、第一输入半轴362以及第一输出半轴363，第一输入半轴362与第一输出半轴363通过第一十字连轴架361连接；第一输入半轴362与风车叶片30连接，第一输出半轴363与主动锥型轮340连接。

优选的，如图3所示，从动锥型轮350通过第二万向节370与发电机组50连接。其中，第二万向节370与第一万向节360结构相似，第二万向节370包括：第二十字连轴架、第二输入半轴以及第二输出半轴，第二输入半轴与第二输出半轴通过第二十字连轴架连接；第二输入半轴与从动锥型轮350连接，第二输出半轴与发电机组50连接。

要说明的是，如图3所示，风力发电的过程中，动能的传递路线为：风车叶片30驱动主动锥型轮340旋转，主动锥型轮340通过轮面将动能传递给第一传动轮310，第一传动轮310通过传动转轴330驱动第二传动轮320旋转，并将动能传递给从动锥型轮350，最终从动锥型轮350驱动发电机组50，完成动能的传递。在此期间，转矩传递机构300通过改变零件之间的配合关系，可以改变转矩传递的传动比，使得从动锥型轮350的转速保持稳定，即传递给发电机组50的转速保持稳定，从而得到稳定的输出功率。

下面结合本实施例，对自调节传动装置40的工作原理进行阐述说明：

如图3所示，当风力弱时，主动锥型轮340通过第一万向节360从风车叶片30获得动能，此时主动锥型轮340所获得的转矩小且转速慢。为了从动锥型轮350可以获得大于主动锥型轮340的转速，自调节传动装置40处于图3所示状态。这时，第一传动轮310压持于主动锥型轮340大径A处；第二传动轮320压持在从动锥型轮350的小径b处。由于第一传动轮310与第二传动轮320通过传动转轴330连接，则驱动时第一传动轮310与第二传动轮320的转速相同。又由于A处到主动锥型轮340中心轴线的距离大于b处到从动锥型轮350中心轴线的距离，因此，在这种状态下，转矩传递机构300零件之间配合得到较小的传动比，主动锥型轮340较慢的转速就可以使从动锥型轮350获得较高的转速；

如图6所示，当风力强时，主动锥型轮340所获得的转矩大且转速快，为了使从动锥型轮350保持稳定的转速，从动锥型轮350的转速要小于主动锥型轮340的转速。此时，较强的风力推动风力感知帆210和移动滑块220一起滑动，并压缩伸缩弹性件230，自调节传动装置40处于图6所示状态，第一传动轮310压持于主动锥型轮340小径B处；第二传动轮320压持在从动锥型轮350的大径a处。由于驱动时，第一传动轮310与第二传动轮320的转速相同，且B处到主动锥型轮340中心轴线的距离小于a处到从动锥型轮350中心轴线的距离，在这种状态下，转矩传递机构300零件之间配合得到较大的传动比，主动锥型轮340较快的转速可以转化为从动锥型轮350较慢的转速，从而使从动锥型轮350保持原有的转速不变。

要说明的是，由于风力强弱不断变化，因此，转矩传递机构300零件之间的配合状态也是不断变化的，当风力逐渐加强时，转矩传递机构300的状态从图3逐步变化为图6所示状态；当风力减弱时，转矩传递机构300的状态又从图6逐步变化为图3所示状态。在自调节传动装置40根据风力调节过程中，其传递的传动比也随之变化，使得传递到从动锥型轮350的转速总能保持稳定，从而保证了发电机组50输出功率稳定。

要特别说明的是，自调节传动装置40在根据风力强弱进行调节的过程中还考虑了转矩因素。当风力弱时，自调节传动装置40处于图3所示状态，由于A处到主动锥型轮340中心轴线的距离大于b处到从动锥型轮350中心轴线的距离，根据转矩公式可知，此时主动锥型轮340只需要较小的转矩就可以被驱动，这使得在风力较弱的情况下，较小的风力就能够满足驱动要求，实现风力发电。如此，风力发电机可以更好地利用较弱的风力，在一定程度上也提高了风力发电机的使用范围。

要强调的是，如图3及图6所示，为了使自调节传动装置40可以根据风力强弱自动做出调节，设计人员特意增加了伸缩弹性件230。优选的，伸缩弹性件230为弹簧结构。如此，伸缩弹性件230可以发挥以下有益效果：其一，当风力逐渐加强时，移动滑块220压缩伸缩弹性件230，由于伸缩弹性件230的形变特性，伸缩弹性件230的压缩量，即移动滑块220的移动距离，与风力的强弱呈线性相关，如此，确保了移动滑块220移动距离与风力强弱的一一对应关系，做到了自动调节；其二，当风力逐渐减弱时，伸缩弹性件230为移动滑块220提供复位弹性力，从而为自调节传动装置40的复位提供动力。

综上所述，本发明的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机10，能够根据风力强弱进行自动调节，在风力发电过程中保持输出功率的稳定。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，包括：发电基座、风车叶片、自调节传动装置以及发电机组；

所述风车叶片设于所述发电基座上，所述发电机组安装于所述发电基座内，所述风车叶片与所述发电机组通过所述自调节传动装置驱动连接；

所述自调节传动装置包括：装置支架、往复移动机构、转矩传递机构；

所述往复移动机构包括：风力感知帆、移动滑块以及伸缩弹性件；所述装置支架设有滑动引导槽，所述移动滑块设于所述滑动引导槽内，所述风力感知帆安装于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述转矩传递机构包括：第一传动轮、第二传动轮、传动转轴、主动锥型轮以及从动锥型轮；所述第一传动轮与所述移动滑块连接，所述第二传动轮与所述移动滑块连接，所述传动转轴可转动安装于所述装置支架上，所述第一传动轮与所述第二传动轮可轴向移动地套接于所述传动转轴上，所述第一传动轮压持于所述主动锥型轮的轮面，所述第二传动轮压持于所述从动锥型轮的轮面；所述主动锥型轮与所述风车叶片驱动连接，所述从动锥型轮与所述发电机组驱动连接；

当风力弱时，第一传动轮压持于主动锥型轮大径A处，第二传动轮压持在从动锥型轮的小径b处；A处到主动锥型轮中心轴线的距离大于b处到从动锥型轮中心轴线的距离。

2.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一传动轮与所述第二传动轮上开设有限位槽，所述传动转轴上设有与所述限位槽配合的限位凸棱。

3.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥型轮通过第一万向节与所述风车叶片连接。

4.根据权利要求3所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述从动锥型轮通过第二万向节与所述发电机组连接。

5.根据权利要求3所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一万向节包括：第一十字连轴架、第一输入半轴以及第一输出半轴；所述第一输入半轴与所述第一输出半轴通过所述第一十字连轴架连接。

6.根据权利要求4所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第二万向节包括：第二十字连轴架、第二输入半轴以及第二输出半轴；所述第二输入半轴与所述第二输出半轴通过所述第二十字连轴架连接。

7.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

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