CN118997988B - 一种风力发电装置以及储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及储能技术领域，特别是一种风力发电装置以及储能系统，风力发电装置包括风轮结构、第一转轴、第一斜齿轮、第一永磁悬浮轴承、第二转轴、第二斜齿轮、第二永磁悬浮轴承和发电机。风轮结构的叶片和第一斜齿轮均设置于第一转轴，第一转轴插设于第一永磁悬浮轴承，第一永磁悬浮轴承对第一转轴的作用力的方向与第一斜齿轮对第一转轴的作用力的方向相反；第二斜齿轮设置于第二转轴，第二斜齿轮与第一斜齿轮啮合；第二转轴插设于第二永磁悬浮轴承，第二永磁悬浮轴承对第二转轴的作用力的方向与第二斜齿轮对所述第二转轴的作用力的方向相反；发电机的输入端与第二转轴连接，从而可利用低风速的能量区间，风能可得到充分利用。

Description

一种风力发电装置以及储能系统

技术领域

本申请实施例涉及储能技术领域,尤其涉及一种风力发电装置以及储能系统。

背景技术

风力发电装置是一种将风能转换为电能的装置。它利用风力推动叶片旋转，进而驱动发电机转动，通过电磁感应原理产生电力。风力发电装置根据规模和用途可以分为小型风力发电装置和大型商用风力发电装置，后者通常安装在风力发电厂中。其中，前者小型风力发电装置，可用于多种场景，个体用户可自行选购并安装，成本较低，能搭建成离网型能源系统。

本申请的申请人在实现本申请的过程中，发现：目前，风力发电装置的传动机构都用机械轴承进行支撑，即使使用滚动轴承其内部也会存在滑动摩擦导致启动阻力矩大，致使风力发电装置普遍丢弃低风速的能量区间，风能不能得到充分利用。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种风力发电装置以及储能系统，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述风力发电装置的启动阻力大的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种风力发电装置，包括：风轮结构，包括叶片和风箱，所述叶片收容于所述风箱；第一转轴，所述叶片设置于所述第一转轴，所述第一转轴的轴线所在的方向为第一方向，所述叶片用于供风力作用，以使所述第一转轴环绕所述第一方向转动；第一斜齿轮，设置于所述第一转轴；第一永磁悬浮轴承，所述第一转轴插设于所述第一永磁悬浮轴承，所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反；第二转轴，与所述第一转轴垂直设置；第二斜齿轮，设置于所述第二转轴，所述第二斜齿轮与所述第一斜齿轮啮合；第二永磁悬浮轴承，所述第二转轴插设于所述第二永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承对所述第二转轴的作用力的方向与所述第二斜齿轮对所述第二转轴的作用力的方向相反；发电机，所述发电机的输入端与所述第二转轴连接。

在一种可选的方式中，所述风轮结构的数量为两个，两个所述风轮结构对称设置于所述第一转轴的两端；所述第一永磁悬浮轴承的数量为两个，所述第一转轴的一端插设于其中一个所述第一永磁悬浮轴承，所述第一转轴的另一端插设于其中另一个所述第一永磁悬浮轴承。

在一种可选的方式中，所述第一永磁悬浮轴承设置于所述风箱背离所述第一斜齿轮的一侧，所述第一转轴贯穿所述风箱后插设于所述第一永磁悬浮轴承。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括限位件，所述限位件设置于所述第一转轴，所述限位件用于承载两个所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括齿轮箱和第三永磁悬浮轴承，所述第一斜齿轮和第二斜齿轮收容于所述齿轮箱，所述第三永磁悬浮轴承设置于所述齿轮箱，所述第一转轴插设于所述第三永磁悬浮轴承，所述第三永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括支撑件，所述支撑件支撑于所述齿轮箱与所述风箱之间。

在一种可选的方式中，所述支撑件设置轴承孔，所述第三永磁悬浮轴承设置于所述轴承孔。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括寻风机构，所述寻风机构包括寻风内筒、第一轴承、寻风外筒和第二轴承；所述寻风内筒套设于所述第二转轴；所述寻风外筒分别与所述第一轴承和所述第二轴承固定；所述第一轴承的内圈与所述寻风内筒形成转动副，所述寻风外筒与所述寻风内筒形成转动副，所述第二轴承的内圈与所述寻风内筒形成转动副，所述寻风内筒设置于所述发电机；所述寻风外筒与所述第一转轴连接。

在一种可选的方式中，所述第一斜齿轮和第二斜齿轮收容于所述齿轮箱，所述寻风外筒固定于所述齿轮箱。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承设置于所述发电机，所述第二转轴依次插设于所述第二永磁悬浮轴承和所述圆锥滚子轴承。

在一种可选的方式中，所述风力发电装置还包括控制器和立柱，所述发电机设置于所述立柱，所述控制器环抱于所述立柱。

根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种储能系统，包括储能电池和上述的风力发电装置，所述储能电池与所述风力发电装置连接。

本申请实施例的有益效果包括：提供了一种风力发电装置，包括风力发电装置包括风轮结构，包括叶片和风箱，所述叶片收容于所述风箱；第一转轴，所述叶片设置于所述第一转轴，所述第一转轴的轴线所在的方向为第一方向，所述叶片用于供风力作用，以使所述第一转轴环绕所述第一方向转动；第一斜齿轮，设置于所述第一转轴；第一永磁悬浮轴承，所述第一转轴插设于所述第一永磁悬浮轴承，所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反；第二转轴，与所述第一转轴垂直设置；第二斜齿轮，设置于所述第二转轴，所述第二斜齿轮与所述第一斜齿轮啮合；第二永磁悬浮轴承，所述第二转轴插设于所述第二永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承对所述第二转轴的作用力的方向与所述第二斜齿轮对所述第二转轴的作用力的方向相反；发电机，所述发电机的输入端与所述第二转轴连接。通过该设置，可利用第一永磁悬浮轴承和第二永磁悬浮轴承减小风力发电装置启动时的阻力，从而可利用低风速的能量区间，风能可得到充分利用。

另外，由于所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反，从而可利用第一斜齿轮空间受力，约束第一永磁悬浮轴承对第一转轴的作用力，从而阻碍第一永磁悬浮轴承的势能的降低，提升风力发电装置在第一方向上的悬浮稳定性。同理，由于所述第二永磁悬浮轴承对所述第二转轴的作用力的方向与所述第二斜齿轮对所述第二转轴的作用力的方向相反，从而可利用第二斜齿轮空间受力，约束第二永磁悬浮轴承对第二转轴的作用力，从而阻碍第二永磁悬浮轴承的势能的降低，提升风力发电装置在第二方向上的悬浮稳定性，其中，所述第二方向为所述第二转轴的轴线所在的方向。即通过第一斜齿轮和第二斜齿轮的设置，提升风力发电装置整体的悬浮稳定性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1本申请实施例提供的风力发电装置的示意图；

图2本申请实施例提供的风力发电装置的爆炸示意图;

图3本申请实施例提供的风力发电装置的受力分析图；

图4本申请实施例提供的势能的示意图；

图5本申请实施例提供的储能系统的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/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。

请参阅图1和图2，风力发电装置100包括风轮结构10、第一转轴20a、第一斜齿轮30a、第一永磁悬浮轴承40a、第二转轴20b、第二斜齿轮30b、第二永磁悬浮轴承40b和发电机50。所述风轮结构10包括叶片101和风箱102，所述叶片101收容于所述风箱102，所述叶片101设置于所述第一转轴20a，所述第一转轴20a的轴线所在的方向为第一方向D1，所述叶片101用于供风力作用，以使所述第一转轴20a环绕所述第一方向D1转动；所述第一斜齿轮30a设置于所述第一转轴20a，所述第一转轴20a插设于所述第一永磁悬浮轴承40a，所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反；所述第二转轴20b与所述第一转轴20a垂直设置；所述第二斜齿轮30b设置于所述第二转轴20b，所述第二斜齿轮30b与所述第一斜齿轮30a啮合；所述第二转轴20b插设于所述第二永磁悬浮轴承40b，所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b的作用力的方向与所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b的作用力的方向相反；所述发电机50的输入端与所述第二转轴20b连接。通过所述风力发电装置100，风力作用于所述叶片101，所述第一转轴20a环绕所述第一方向D1转动，由于所述第一斜齿轮30a和所述第二斜齿轮30b啮合，则所述第二转轴20b随着所述第一转轴20a的转动而环绕第二方向D2转动，所述第二方向D2为所述第二转轴20b的轴线所在的方向，进而所述第二转轴20b带动所述发电机50的输入端转动，实现发电机50产生电能，实现风能至电能的转换。

另外，通过所述风力发电装置100，可利用第一永磁悬浮轴承40a和第二永磁悬浮轴承40b减小风力发电装置100启动时的阻力，从而可利用低风速的能量区间，风能可得到充分利用。具体的，第一永磁悬浮轴承40a利用永磁体产生的磁场力来支撑第一转轴20a的旋转，无需传统的机械接触式轴承，从而避免了因与第一转轴20a的接触摩擦而产生的阻力。同理，第二永磁悬浮轴承40b利用永磁体产生的磁场力来支撑第二转轴20b的旋转，无需传统的机械接触式轴承，从而避免了因与第二转轴20b的接触摩擦而产生的阻力。当风力发电装置100启动时，第一转轴20a和第二转轴20b能够在无接触的状态下稳定悬浮并旋转，这种无接触的设计极大地减少了因机械接触而产生的摩擦阻力，从而降低了风力发电装置100在启动时的整体阻力。

值得说明的是，在一些实施例中，例如，所述第一斜齿轮30a的旋向为左旋，所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a具有向右的作用力分量，则所述第一永磁悬浮轴承40a为左推永磁悬浮轴承，所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a具有向左的作用力，从而所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，从而可利用第一斜齿轮30a空间受力，约束第一永磁悬浮轴承40a对第一转轴20a的作用力，从而阻碍第一永磁悬浮轴承40a的势能的降低，提升风力发电装置100在第一方向D1上的悬浮稳定性。

可以理解的是，在一些实施例中，例如，所述第一斜齿轮30a的旋向为右旋，所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a具有向左的作用力分量，则所述第一永磁悬浮轴承40a为右推永磁悬浮轴承，所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a具有向右的作用力，从而所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，从而也可利用第一斜齿轮30a空间受力，约束第一永磁悬浮轴承40a对第一转轴20a的作用力，从而阻碍第一永磁悬浮轴承40a的势能的降低，提升风力发电装置100在第一转轴20a所在的方向（即第一方向D1）上的悬浮稳定性。

值得说明的是，在一些实施例中，当所述第一斜齿轮30a的旋向为左旋，则与所述第一斜齿轮30a啮合的所述第二斜齿轮30b为左旋，所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b具有背向所述第二永磁悬浮轴承40b的作用力分量，例如是向上的作用力分量，则所述第二永磁悬浮轴承40b为下推永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b具有向下的作用力，从而所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b的作用力的方向与所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b的作用力的方向相反，从而可利用第二斜齿轮30b空间受力，约束第二永磁悬浮轴承40b对第二转轴20b的作用力，从而阻碍第二永磁悬浮轴承40b的势能的降低，提升风力发电装置100在所述第二转轴20b的轴线所在的方向（即第二方向D2）上的悬浮稳定性。即通过上述第一斜齿轮30a和第二斜齿轮30b的设置，提升风力发电装置100整体的悬浮稳定性。

可以理解的是，在一些实施例中，当所述第一斜齿轮30a的旋向为右旋，则与所述第一斜齿轮30a啮合的所述第二斜齿轮30b为右旋，所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b具有背向所述第二永磁悬浮轴承40b的作用力分量，例如是向上的作用力分量，则所述第二永磁悬浮轴承40b为下推永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b具有向下的作用力，从而所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b的作用力的方向与所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b的作用力的方向相反，从而也可利用第二斜齿轮30b空间受力，约束第二永磁悬浮轴承40b对第二转轴20b的作用力，从而阻碍第二永磁悬浮轴承40b的势能的降低，提升风力发电装置100在所述第二转轴20b的轴线所在的方向（即第二方向D2）上的悬浮稳定性。即通过上述第一斜齿轮30a和第二斜齿轮30b的设置，提升风力发电装置100整体的悬浮稳定性。

值得说明的是，在一些实施例中，所述叶片101的数量为多个，多个所述叶片101沿所述第一转轴20a的周向均匀分布。通过设置多个叶片101，则当风力作用于所述多个叶片101时，每个叶片101均能产生力矩，多个叶片101产生的力矩可叠加，提升对风力的利用，从而提高发电机50的发电效率。同时，将多个叶片101沿所述第一转轴20a的周向均匀分布，可以确保风力在各个方向上的均匀作用，避免因为叶片101分布不均而导致第一转轴20a转动不平稳的情况，进而降低发电机50运转不平稳的风险。这种设计不仅提高了第一转轴20a的转动稳定性和可靠性，还优化了风力发电装置100的整体性能，使其能够更好地适应复杂多变的风力环境。

对于上述风轮结构10和第一永磁悬浮轴承40a，在一些实施例中，所述风轮结构10的数量为两个，两个所述风轮结构10对称设置于所述第一转轴20a的两端；与两个所述风轮结构10配套使用的，所述第一永磁悬浮轴承40a的数量为两个，所述第一转轴20a的一端插设于其中一个所述第一永磁悬浮轴承40a，所述第一转轴20a的另一端插设于其中另一个所述第一永磁悬浮轴承40a。通过对称设置两个所述风轮结构10，一方面有助于平衡整个风力发电装置100的重量分布，减少因重心偏移而导致的风力发电装置100的倾斜或损坏的风险，提升风力发电装置100的运行稳定性。另外，两个所述风轮结构10可以同时捕捉风力，将风能转化为机械能，并传递给发电机50，提高发电效率。同样重要的是，两个所述第一永磁悬浮轴承40a分别支撑所述第一转轴20a的两端，有效降低了第一转轴20a在高速旋转时的振动和噪音，提高了风力发电装置100整体的可靠性和使用寿命。

值得说明的是，在一些实施例中，请参阅图3，所述风力发电装置100还包括限位件3，所述限位件3设置于所述第一转轴20a，所述限位件3用于承载两个所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力。例如所述第一斜齿轮30a的旋向为左旋，所述第一永磁悬浮轴承40a为左推永磁悬浮轴承，则所述限位件3位于所述第一转轴20a远离所述第一永磁悬浮轴承40a的一端，所述限位件3可以是顶针或者定位销等，从而所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a具有向右的作用力分量，两个所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a均具有向左的作用力，所述限位件3承载两个所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力，通过该设计，即便在第一转轴20a受到各种外力和内部作用力的作用下，限位件3也能确保第一转轴20a保持在预定的位置和姿态，防止其因受力不均而发生偏移或损坏。

值得说明的是，在一些实施例中，请参阅图1和图2，所述第一永磁悬浮轴承40a设置于所述风箱102背离所述第一斜齿轮30a的一侧，所述第一转轴20a贯穿所述风箱102后插设于所述第一永磁悬浮轴承40a。通过该设计，一方面可使得叶片101得到有效的封装和保护，提高整体的安全性和稳定性，另外，将第一永磁悬浮轴承40a设置于风箱102背离第一斜齿轮30a的一侧，并通过第一转轴20a贯穿风箱102后插设于第一永磁悬浮轴承40a，这样的布局使得整个传动系统结构紧凑，减少了不必要的空间占用。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括轴承盖60，所述轴承盖60与所述限位件相对设置于所述第一转轴20a的两端，所述轴承盖60盖设于所述第一永磁悬浮轴承40a背离所述风箱102的一端。通过设置所述轴承盖60，一方面可对所述第一永磁悬浮轴承40a进行防护，隔绝外部环境的尘埃、水分等杂质，从而减少第一永磁悬浮轴承40a的磨损和故障，提高第一永磁悬浮轴承40a的使用寿命；另一方面轴承盖60也起到了一定的固定作用，能够确保第一永磁悬浮轴承40a在风力发电装置100中的位置稳定，防止其因振动或外力作用而发生位移或松动。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括齿轮箱70和第三永磁悬浮轴承40c，所述第一斜齿轮30a和第二斜齿轮30b收容于所述齿轮箱70，所述第三永磁悬浮轴承40c设置于所述齿轮箱70，所述第一转轴20a插设于所述第三永磁悬浮轴承40c，所述第三永磁悬浮轴承40c对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反。即所述第一转轴20a贯穿所述第三永磁悬浮轴承40c后插设于所述第一永磁悬浮轴承40a。通过第三永磁悬浮轴承40c的设置，即第一转轴20a和风轮结构10通过第一永磁悬浮轴承40a和第三永磁悬浮轴承40c支撑，则第一转轴20a能够实现更为平稳的旋转运动，即第三永磁悬浮轴承40c的引入，使得第一转轴20a、第一斜齿轮30a、第二斜齿轮30b、第二转轴20b形成的传动系统更加稳定，能够承受更大的载荷和冲击，从而可提高风力发电装置100的运行效率和可靠性。

可以理解的是，所述风轮结构10的数量为两个时，所述第一永磁悬浮轴承40a的数量为两个，所述第三永磁悬浮轴承40c的数量为两个，所述第一转轴20a的一端贯穿其中一个所述第三永磁悬浮轴承40c后插设于其中一个所述第一永磁悬浮轴承40a；所述第一转轴20a的另一端贯穿其中另一个所述第三永磁悬浮轴承40c后插设于其中另一个所述第一永磁悬浮轴承40a。

对于上述第二永磁悬浮轴承40b，在一些实施例中，所述第二永磁悬浮轴承40b的数量为两个，通过两个所述第二永磁悬浮轴承40b的设置，即第二转轴20b和通过两个第二永磁悬浮轴承40b支撑，则第二转轴20b能够实现更为平稳的旋转运动，能够承受更大的载荷和冲击，从而可提高风力发电装置100的运行效率和可靠性。另外，通过第二永磁悬浮轴承40b、第一永磁悬浮轴承40a和/或第三永磁悬浮轴承40c的设置，则可实现风轮结构10、第一轴承22、第二轴承24在第一方向D1（也可以是水平方向）和第二方向D2（也可以是竖直方向）上的悬浮，风力发电装置100在第一方向D1、第二方向D2上几乎没有摩擦损耗，从而不仅使得风力发电装置100的在启动时的阻力小，还可实现第一转轴20a、第二转轴20b更为平稳的旋转运动，能够有效提高风能的捕获效率和整体运行的可靠性，该设计使得风力发电装置100在各种环境条件下都能保持高效和稳定的运行，为风能的利用提供了更为可靠的技术支持。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括圆锥滚子轴承40d，所述圆锥滚子轴承40d设置于所述发电机50，所述第二转轴20b依次插设于所述第二永磁悬浮轴承40b和所述圆锥滚子轴承40d。由于所述圆锥滚子轴承40d的内圈和外圈可分离，从而在第二方向D2上第二转轴20b悬浮于所述第二永磁悬浮轴承40b并且第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b具有背向所述第二永磁悬浮轴承40b的向上作用力分量时，圆锥滚子轴承40d的内部摩擦消失，也可给所述第二转轴20b停止转动时提供对中定位的支承。

值得说明的是，在一些实施例中，所述圆锥滚子轴承40d设置于所述发电机50内部，具体的，可以设置于所述发电机50的下端盖501，从而所述第二转轴20b连接于所述发电机50的转子502，所述发电机50的转子502套接于所述发电机50的定子503，所述发电机50的定子503设置于所述发电机50的下端盖501，所述发电机50还包括外壳504，所述外壳504设置于所述发电机50的下端盖501，所述外壳504罩设于所述定子503外，所述发电机50的上端盖505盖设于所述外壳504，则沿所述第二转轴20b，所述风力发电装置100的结构紧凑，可减少沿所述第二转轴20b的轴向或者径向的不必要的空间占用。

对于上述风轮结构10和齿轮箱70，在一些实施例中，所述风轮结构10和齿轮箱70之间设置支撑件80，通过支撑件80支撑所述风轮结构10和齿轮箱70，通过所述支撑件80，所述风箱102与所述发电机50的相对位置被固定，从而可确保风力发电装置100在运行时的稳定性和可靠性。

值得说明的是，在一些实施例中，所述支撑件80支撑于所述风箱102与所述齿轮箱70之间的一种具体的实现方式为，所述支撑件80设置轴承孔801，所述第三永磁悬浮轴承40c设置于所述轴承孔801，即所述第一转轴20a、支撑件80同轴设置，从而风力发电装置100的结构紧凑，并且整体受力更加均匀。此外，支撑件80的设置还能够有效吸收和分散风力发电装置100在运行过程中产生的振动，进一步提高设备的稳定性和使用寿命。在一些特定的实施例中，支撑件80还可以设计成具有一定的弹性，以适应不同风速和载荷条件下的动态调整需求。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括立柱90，所述发电机50设置于所述立柱90。所述立柱90是所述风力发电装置100整体的支撑机构，通过立柱90的设置，所述风力发电装置100的稳定性得到了进一步的加强。所述立柱90通常采用高强度材料制成，以承受风力发电装置100在运行过程中产生的各种力和力矩。在一些实施例中，立柱90的底部固定于地基上，确保整个装置的稳固性。此外，为了提升发电机50设置于立柱90的便捷性和稳定性，立柱90还设置法兰901，发电机50设置于立柱90的所述法兰901。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括主控器1，所述主控器1环抱于所述立柱90，所述主控器1是所述风力发电装置100的控制中心，用于监控和调节风力发电装置100的运行状态，从而使得风力发电装置100能够更高效地捕获风能，同时减少因风力波动带来的设备损耗。另外，通过将主控器1环设于所述立柱90，则可充分利用立柱90，实现风力发电装置100的紧凑布局。

值得说明的是，在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括寻风机构2，所述寻风机构2包括寻风内筒21、第一轴承22、寻风外筒23和第二轴承24；所述寻风内筒21套设于所述第二转轴20b；所述寻风外筒23分别与所述第一轴承22和所述第二轴承24固定所述第一轴承22的内圈与所述寻风内筒21形成转动副，所述寻风外筒23与所述寻风内筒21形成转动副，所述第二轴承24的内圈与所述寻风内筒21形成转动副，所述寻风内筒21设置于所述发电机50；所述寻风外筒23与所述第一转轴20a连接。通过寻风机构2，所述风力发电装置100能够实现对风向的自动跟踪，从而提高风能的捕获效率。具体来说，寻风机构2通过第一轴承22和第二轴承24的转动副设计，使得寻风内筒21和寻风外筒23能够灵活地相对转动，从而实现对风向的快速响应。当风向发生变化时，寻风外筒23带动第一转轴20a旋转，进而可以使得风轮结构10中的叶片101迎风，实现自动寻风，提高叶片101接收风能的效率，从而实现发电效率的最大化。

值得说明的是，在一些实施例中，所述第一轴承22为圆锥滚子轴承，所述第一轴承22可同时承载沿所述第一转轴20a的轴线所在的方向的作用力以及沿所述第二转轴20b的轴线所在的方向的作用力，提升所述风力发电装置100的稳定性。所述第二轴承24可以选用通用的轴承，例如是深沟球轴承。

值得说明的是，在一些实施例中，所述寻风内筒21和寻风外筒23之间还设置有轴承套筒25，沿所述第二转轴20b的轴线所在的所述第二方向D2，所述轴承套筒25设置于所述第一轴承22和所述第二转轴20b之间，通过该轴承套筒25，轴承套筒25的设置可确保寻风内筒21与寻风外筒23之间的顺畅转动。此外，轴承套筒25的使用还有助于分散和承受因风力作用而产生的振动，从而进一步提升整个风力发电装置100的稳定性和耐久性。

值得说明的是，当所述风力发电装置100设置齿轮箱70，所述寻风外筒23具体可以是固定于所述齿轮箱70，从而寻风外筒23转动时，可带动所述齿轮箱70、第一转轴20a以及所述风轮结构10等同步转动，实现寻风功能。

在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括风速仪4，所述风速仪4可设置于所述第二轴承24，通过风速仪4的设置，可以实时监测风速的变化。

在一些实施例中，所述风力发电装置100还包括避雷针5，所述避雷针5可设置于所述第二轴承24，通过避雷针5的设置，可以有效保护风力发电装置100免受雷击损害。

为了便于读者理解本申请实施例提供的风力发电装置100的设计构思，现举例说明风力发电装置100的优势。请参阅图3，风力发电装置100包括两个风轮结构（图3未示出）、第一转轴20a、第一斜齿轮30a、两个第一永磁悬浮轴承40a、两个第三永磁悬浮轴承40c、第二转轴20b、第二斜齿轮30b、两个第二永磁悬浮轴承40b、圆锥滚子轴承40d、限位件3和发电机（图3未示出）。

其中，所述第一斜齿轮30a的旋向为左旋，所述第二斜齿轮30b的旋向为左旋。两个所述第一永磁悬浮轴承40a和两个所述第三永磁悬浮轴承40c均为左推永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承40b为下推永磁悬浮轴承。沿所述第一转轴20a的轴线所在的方向（即第一方向D1/水平方向），其中两个所述第一永磁悬浮轴承40a的外圈40a1受到的磁化方向均朝向左，两个所述第一永磁悬浮轴承40a的内圈40a2受到的磁化方向均朝向右。其中两个所述第三永磁悬浮轴承40c的外圈40c1受到的磁化方向均朝向左，两个所述第三永磁悬浮轴承40c的内圈40c受到的磁化方向均朝向右。沿所述第二转轴20b的轴线所在的方向（即第二方向D2/竖直方向），其中两个所述第二永磁悬浮轴承40b的外圈40b1受到的磁化方向均朝下，两个所述第二永磁悬浮轴承40b的内圈40b2受到的磁化方向均朝上。

图3中的F _l1为所述第一转轴20a在其中的一个所述第一永磁悬浮轴承40a处所受到的悬浮力；图3中的G ₁为所述第一转轴20a所受到的重力，图3中的F _d1为所述第一转轴20a所受到的所述第一斜齿轮30a施加的作用力，由于所述第一斜齿轮30a的旋向为左旋，则F _d1的方向朝向右；图3中的F _p1为所述第一转轴20a所受到的其中的一个所述第一永磁悬浮轴承40a施加的作用力，由于所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，所述第一永磁悬浮轴承40a为左推永磁悬浮轴承，则F _p1的方向朝向左。图3中的F _l2为所述第一转轴20a在其中的一个所述第三永磁悬浮轴承40c处所受到的悬浮力；图3中的F _p2为所述第一转轴20a所受到的其中的一个所述第三永磁悬浮轴承40c施加的作用力，由于所述第三永磁悬浮轴承40c对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，所述第三永磁悬浮轴承40c为左推永磁悬浮轴承，则F _p2的方向朝向左。图3中的F _l3为所述第一转轴20a在其中的另一个所述第三永磁悬浮轴承40c处所受到的悬浮力；图3中的F _p3为所述第一转轴20a所受到的其中的另一个所述第一永磁悬浮轴承40a施加的作用力，由于所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，所述第一永磁悬浮轴承40a为左推永磁悬浮轴承，则F _p3的方向朝向左。图3中的F _l4为所述第一转轴20a在其中的另一个所述第一永磁悬浮轴承40a处所受到的悬浮力；图3中的F _p4为所述第一转轴20a所受到的其中的另一个所述第一永磁悬浮轴承40a施加的作用力，由于所述第一永磁悬浮轴承40a对所述第一转轴20a的作用力的方向与所述第一斜齿轮30a对所述第一转轴20a的作用力的方向相反，所述第一永磁悬浮轴承40a为左推永磁悬浮轴承，则F _p4的方向朝向左。

根据恩绍定理，同时存在势能的极大值和极小值。根据图3所示的第一转轴20a按笛卡尔坐标系分解，假设朝向上的第二方向D2为y方向，假设朝向右的第一方向D1为z方向，假设垂直于纸面且由纸面朝外的方向为x方向，则在x方向，y方向位移和旋转均存在势能极小值，在z方向无势能极大极小值自由旋转，但在z方向位移存在势能极大值，即：

从而，若使得结构稳定，则需要在z方向上添加机械约束，即：

请参阅图4，图4中横轴为z方向，纵轴中的U_M代表势能。当在z方向上添加机械约束，例如本申请实施例提供的第一斜齿轮30a空间受力，则可约束第一永磁悬浮轴承40a、第三永磁悬浮轴承40c对第一转轴20a的作用力，从而阻碍第一永磁悬浮轴承40a、第三永磁悬浮轴承40c的势能的降低，提升风力发电装置100在第一方向D1上的悬浮稳定性。

图3中的G ₂为所述第二转轴20b所受到的重力，图3中的F _d2为所述第二转轴20b所受到的所述第二斜齿轮30b施加的作用力，由于所述第二斜齿轮30b的旋向为左旋，则F _d2的方向朝上；图3中的F _p5为所述第二转轴20b所受到的其中的一个所述第二永磁悬浮轴承40b施加的作用力，由于所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b的作用力的方向与所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b的作用力的方向相反，所述第二永磁悬浮轴承40b为下推永磁悬浮轴承，则F _p5的方向朝向下。图3中的F _p6为所述第二转轴20b所受到的其中的一个所述第二永磁悬浮轴承40b施加的作用力，由于所述第二永磁悬浮轴承40b对所述第二转轴20b的作用力的方向与所述第二斜齿轮30b对所述第二转轴20b的作用力的方向相反，所述第二永磁悬浮轴承40b为下推永磁悬浮轴承，则F _p6的方向朝向下。

根据图3所示的第二转轴20b按笛卡尔坐标系分解，则在x方向，z方向，位移和旋转均存在势能极小值，在y方向无势能极大极小值自由旋转，但在y方向位移存在势能极大值，即：

从而，若使得结构稳定，则需要在y方向上添加机械约束。当在y方向上添加机械约束，例如本申请实施例提供的第二斜齿轮30b空间受力，则可约束第二永磁悬浮轴承40b对第二转轴20b的作用力，从而阻碍第二永磁悬浮轴承40b的势能的降低，提升风力发电装置100在第二方向D2上的悬浮稳定性。即通过第一斜齿轮30a和第二斜齿轮30b的设置，可提升风力发电装置100整体的悬浮稳定性。

需要特别注意的是，斜齿轮的点接触是保证上述两组公式解耦的关键，即第一转轴20a在x方向上的旋转势能分量不会与第二转轴20b在x方向上的旋转势能分量形成对抗造成失稳。

本申请还提供了一种储能系统200的实施例，请参阅图5，储能系统200包括储能电池2001和风力发电装置100，储能电池2001与所述风力发电装置100连接。

在一些实施例中，储能系统200还包括控制器2002，交-直整流器2003，滤波器2004，升降压器2005，第一继电器K1，第二继电器K2，显示板2006和逆变器2007。所述风力发电装置100与所述交-直整流器2003连接，所述滤波器2004与所述升降压器2005连接，所述升降压器2005与所述控制器2002连接，所述升降压器2005与所述第一继电器K1连接，所述第一继电器K1与所述控制器2002连接，所述第一继电器K1与所述储能电池2001连接，所述储能电池2001与所述第二继电器K2连接，所述第二继电器K2与所述控制器2002连接，所述第二继电器K2与所述逆变器2007连接，所述逆变器2007用于对交流负载CL以及直流负载DL供电。所述显示板2006与所述控制器2002连接，可显示所述储能系统200的输出状态。对于风力发电装置100的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

在本申请实施例中，所述风力发电装置100产生交流电，经所述交-直整流器2003和所述滤波器2004送入所述升降压器2005，所述升降压器2005接收所述控制器2002控制信号匹配电压经所述第一继电器K1给所述储能电池2001充电，充满电时所述第一继电器K1断开；所述储能电池2001中的电能经一路所述第二继电器K2送入所述逆变器2007，可给交流负载CL供电，另一路可给直流负载DL供电，所述储能电池2001欠压时所述第二继电器K2断开；所述控制器2002可控制所述显示板2006显示输出状态。

值得说明的是，在一些实施例中，也可不设置上述显示板2006，也可实现本申请实施例提供的储能系统200的功能。

需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种风力发电装置，其特征在于，包括：

风轮结构，包括叶片和风箱，所述叶片收容于所述风箱；

第一转轴，所述叶片设置于所述第一转轴，所述第一转轴的轴线所在的方向为第一方向，所述叶片用于供风力作用，以使所述第一转轴环绕所述第一方向转动；

第一斜齿轮，设置于所述第一转轴；

第一永磁悬浮轴承，所述第一转轴插设于所述第一永磁悬浮轴承，所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反；

第二转轴，与所述第一转轴垂直设置；

第二斜齿轮，设置于所述第二转轴，所述第二斜齿轮与所述第一斜齿轮啮合；

第二永磁悬浮轴承，所述第二转轴插设于所述第二永磁悬浮轴承，所述第二永磁悬浮轴承对所述第二转轴的作用力的方向与所述第二斜齿轮对所述第二转轴的作用力的方向相反；

发电机，所述发电机的输入端与所述第二转轴连接；

所述风力发电装置还包括齿轮箱和第三永磁悬浮轴承，所述第一斜齿轮和第二斜齿轮收容于所述齿轮箱，所述第三永磁悬浮轴承设置于所述齿轮箱，所述第一转轴插设于所述第三永磁悬浮轴承，所述第三永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力的方向与所述第一斜齿轮对所述第一转轴的作用力的方向相反。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述风轮结构的数量为两个，两个所述风轮结构对称设置于所述第一转轴的两端；

所述第一永磁悬浮轴承的数量为两个，所述第一转轴的一端插设于其中一个所述第一永磁悬浮轴承，所述第一转轴的另一端插设于其中另一个所述第一永磁悬浮轴承。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

所述第一永磁悬浮轴承设置于所述风箱背离所述第一斜齿轮的一侧，所述第一转轴贯穿所述风箱后插设于所述第一永磁悬浮轴承。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，

所述风力发电装置还包括限位件，所述限位件设置于所述第一转轴，所述限位件用于承载两个所述第一永磁悬浮轴承对所述第一转轴的作用力。

5.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置还包括支撑件，所述支撑件支撑于所述齿轮箱与所述风箱之间。

6.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，所述支撑件设置轴承孔，所述第三永磁悬浮轴承设置于所述轴承孔。

7.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述风力发电装置还包括寻风机构，所述寻风机构包括寻风内筒、第一轴承、寻风外筒和第二轴承；

所述寻风内筒套设于所述第二转轴；

所述寻风外筒分别与所述第一轴承和所述第二轴承固定；

所述第一轴承的内圈与所述寻风内筒形成转动副，所述寻风外筒与所述寻风内筒形成转动副，所述第二轴承的内圈与所述寻风内筒形成转动副，所述寻风内筒设置于所述发电机；

所述寻风外筒与所述第一转轴连接。

8.根据权利要求7所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一斜齿轮和第二斜齿轮收容于所述齿轮箱，所述寻风外筒固定于所述齿轮箱。

9.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述风力发电装置还包括圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承设置于所述发电机，所述第二转轴依次插设于所述第二永磁悬浮轴承和所述圆锥滚子轴承。

10.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置还包括控制器和立柱，所述发电机设置于所述立柱，所述控制器环抱于所述立柱。

11.一种储能系统，其特征在于，包括储能电池如权利要求1-10中任意一项所述的风力发电装置，所述储能电池与所述风力发电装置连接。