CN101956664B - 一种惯性及滑差式风力发电轮毂组件 - Google Patents

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Abstract

一种惯性及滑差式风力发电轮毂组件，属机械—电子技术应用领域。轮毂的方式将能产生于风力机物理机制相匹配的效能，本技术的3类轮毂构造尤其是万限速/限矩之构造，将使效率空前(在同样的回扫面积)提高30％，且结构简化，构件比例合理，可广泛应用于各种风力发电场合中。

Description

一种惯性及滑差式风力发电轮毂组件
本发明属机械一电子技术应用领域；确切的讲是依靠风力转换成动能及发电的轮毂组件装置。
目前已使用技术有2大缺陷：第1物理缺陷，第2风力的物理匹配缺陷：现有风机轮毂的限速/限矩的构造2极分化；或是简单性能很差或是高端部件过于复杂/成本过高；结合高性能的轮毂组件将有更大益处。
本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，以离心及转动惯性的物理构造，结合旋叶方式，尤其是水平径流方式最优！在应用成熟机电领域成果，使用惯性及滑差轮箍方法，结构极大简化了，效能提高较大。
本发明的特点：100KW以上的机组的自重问题，巧妙地将叶轮与电机转向约束呈分离状态，转向时可不需再需拖带电机，同时在采用双机时会适合一种简易的电控方法，且结构简化，本技术的3类构造尤其是万向旋叶双轮之构造，将使效率(在同样的回扫面积)提高0.5倍，且结构简化，构件比例合理，可广泛应用于各种风力发电场合中。
本发明的技术关键：
结构之1的基本结构为滑差式风力发电轮毂组件；由叶片、叶片轴、轮毂、轮毂轴、摩擦片、摩擦片压紧装置、(轮毂轴)滑道、叶片曲轴及滑块等组成(结构中也可以含有电机及齿轮等构造，用来驱动轮毂与轮毂轴之间产生相对转动，即滑差)；基本工作原理为：不需变浆矩时，摩擦片压紧装置紧压摩擦片，(结构中也可以是由电机及齿轮或离合器等构造来锁定)，当需要变浆矩时，摩擦片压紧装置失压于摩擦片，(结构中也可以是由电机及齿轮或离合器等构造来解除锁定)，由于惯性的原因，轮毂与轮毂轴之间将出现滑差(实际上当摩擦片压紧装置减弱对摩擦片的压力或动力电机解除锁死状态或动力电机主动驱动或被动进入阻尼状态或使用的电磁离合器处于“离”状态时都可进入滑差状态)；与叶片刚性固定在一起的叶片曲轴端部的滑块会在转动的(轮毂轴)滑道中滑动；曲线走向的滑道将使曲轴带动叶片相对于轮毂转动(绕叶片自转轴)；采取重新压紧摩擦片(或对动力电机在进入锁死状态或动力电机等)，可控制滑差的大小，可得到叶片的所需(自转)角度。
其根本特征；输出动力的轮毂轴与轮毂之间可相对转动(即滑差)；而且该相对转动(滑差)是通过装置在轮毂轴及轮毂以及叶片上的滑块(或滑槽)(或齿轮系统)来转变成叶片相对于轮毂的转动(自转：即变浆矩)；轮毂与轮毂轴之间的(转动)力矩的传递可以使用摩擦片传递，也可以使用动力电机(在有滑差过程中也可兼作电磁阻尼器，回收部分电能；传动动力时电机处于锁死状态)结合齿轮的方式传递，或用电磁离合器(及液体离合器)(或液压系统)传递方式。
结构2是离心式风力发电轮毂组件；由叶片轴，轮毂轴滑道盘，轮毂轴，滑块，滑道，滑块限位板，刹车片，壳体，弹簧等组成；基本工作原理为：叶片所产生的离心力将使叶片轴抵抗弹簧及摩擦片的阻力矩，当转速足够大时，叶片将沿离心力的方向向圆周外运动，同时弹簧的阻力矩也加大，直到新的力矩平衡；由于在叶片轴承(壁)上加工有螺旋状滑道，叶片在离心力的作用下伸出或收回运动时滑块在螺旋形滑道的约束下将使叶片产生一定的自转(变浆矩)运动；另外当突发风力使叶片所受的力矩突增时，滑道盘将产生与轮毂间的转动，该转动同样会使滑块滑动，而驱动叶片轴在2个滑道的约束下运动，使叶片产生转动分量而改变浆矩。
其根本的特征是：叶片轴可在离心力及弹簧力的作用下沿离心力的方向往复运动；叶片的自转即可以通过轮毂上的滑道约束滑道来完成也可以通过齿轮系统来完成；摩察片的摩察力的控制即可以是弹簧压紧式也可以是由电磁动力系统及液压动力系统的调整来完成。
[图1]离心力/弹力限速/限矩轮毂结构(剖面)示意图。
[图2]图1轮毂结构的正面剖面示意图。
[图3]单纯弹力限矩轮毂结构示意图。
[图4]惯性力可控浆矩调整结构示意图
图示说明：
(1)叶片轴
(2)轮毂轴
(3)轮毂轴(滑道鼓)
(4)刹车片位移驱动器
(5)刹车片
(6)常刹车片
(7)轮毂壳体
(8)叶片曲轴
(9)滑块
(10)叶片
(11)轮毂(叶片轴承壁)滑道
(12)轮毂前部外壳
(13)轮毂轴2的内部延长部分
(14)位移滑快(叶片轴向)
(15)惯性离心力的方向
(16)轮毂滑道盘
(23)轮毂轴(滑道鼓)滑道
(24)刹车片推杆
(31)叶片轴
(32)叶片轴承
(33)轮毂壳
(34)轮毂轴
(35)轮毂轴2的内部延长部分
(36)弹簧
(37)摩擦片
(38)叶片齿轮
(39)轮毂轴齿轮
(42)滑块
(43)滑块
(44)滑块限位板
(45)叶片根部凸台
(47)弹簧
(48)插入(轮毂壳)的弹簧端部
(49)插入(轮毂滑道盘)的弹簧端部
如图1及图2所示：
工作原理如下：
当轮毂轴转动时；叶片轴(1)将产生1个惯性离心力由叶片根部凸台(45)带动位移滑快(14)沿(叶片)轴向往复运动；(15)是惯性离心力的受力方向；
轮毂轴滑道盘(16)随轮毂轴(2)一起转动，滑块(9)可在盘(16)上的滑道(21)内自由滑动，滑块(14)与滑块(9)之间可通过1个转轴相互连接(转轴的方向与轴(2)平行)；滑块(14)的位移方向是沿叶片轴向(如箭头(15)所示)且在滑块限位板(44)的约束下，不能发生转动。
常刹车片(6)安装与轮毂(内面)壳体(7)与滑道盘(16)之间；(6)2表面摩察力将使轮毂(12)与盘(3)之间生成力矩(转矩)；(47)弹簧的一端(48)插入(轮毂壳)的内部，另一端(49)插入(轮毂滑道盘)的内部；(47)弹簧的力矩方向是使盘(3)的转动结果将叶片(1)的位移向轮毂轴(2)的轴心靠拢(收回叶片)；弹簧(47)同时也提供压力使(6)压紧。
在轮毂壳体上加工有约束叶片轴(1)的叶片轴承(壁)，在轴承壁上加工有滑道(11){轮毂(叶片轴承壁上)滑道}；滑道(11)约束滑块(42)沿螺旋状运动，使叶片轴(1)产生自转运动(变浆矩)；
(12)为轮毂前部外壳部分，(13)为轮毂轴2的内部延长部分并申入轮毂的轴孔内部。
一些限位部件及卡簧等未画出。
如[图3]所示：叶片轴(31)在固定在轮毂壳(33)上的叶片轴承(32)的约束下能进行自转运动，轮毂轴(34)上的轮毂轴齿轮(39)驱动叶片齿轮(38)转动，而是叶片(31)转动(自转)；(35)为轮毂轴2的内部延长部分并申入轮毂壳上的轴孔内，弹簧(36)提供恢复力矩；摩擦片(37)的压力也由(36)提供。
当风驱动叶片的转矩大于弹簧力矩与摩察片(37)的力矩之和时，轮毂轴(34)将相对于轮毂(33)产生相对转动；该转动位移通过齿轮传动到叶片轴上使叶片轴(31)自转，而改变浆矩。
一些限位部件及卡簧等未画出。
如[图4]所示：(沿轮毂轴走向的剖面图)
滑差变浆矩构的基本原理：轮毂轴(2)通过轴承与轮毂壳体(7)进行连接；常刹车片(6)提供(2)与(7)之间的摩擦力；刹车片(5)可被刹车片位移驱动器(4)通过驱动刹车片推杆(24)来移动位移，使(2)与(7)之间建立起摩擦力矩；当刹车片(5)与轮毂壳体(7)的内壁接合时，加上(6)的常摩擦力矩的之和，将使轮箍(25)与轮毂轴(2)之间无相对转动；保持一体化运动关系。
叶片轴(1)的端部刚性联接有叶片曲轴(8)，该曲轴(8)的另一端部插入滑道滑块(9)的中孔内(可自由转动)；同时滑块(9)也嵌入轮毂轴(滑道鼓)(3)表面上的轮毂轴(滑道鼓)滑道(23)内((9)可在弯曲的滑道中，并沿滑道自由滑动)，
叶片(10)与轴(1)刚性联接。
一些限位部件及卡簧等未画出。

Claims (1)

1.一种离心式风力发电轮毂组件；由叶片轴，轮毂轴滑道盘，轮毂轴，滑块，滑道，滑块限位板，摩擦片，壳体，弹簧组成；基本工作原理为：叶片所产生的离心力将使叶片轴抵抗弹簧及摩擦片的阻力矩，当转速足够大时，叶片将沿离心力的方向向圆周外运动，同时弹簧的阻力矩也加大，直到新的力矩平衡；由于在叶片轴承壁上加上工有螺旋状滑道，叶片在离心力的作用下伸出或收回运动时滑块在螺旋形滑道的约束下将使叶片产生一定的自转运动；另外当突发风力使叶片所受的力矩突增时，滑道盘将产生与轮毂间的转动，该转动同样会使滑块滑动，而驱动叶片轴在2个滑道的约束下运动，使叶片产生转动分量而改变浆矩；其特征就在于：叶片轴可在离心力及弹簧力的作用下沿离心力的方向往复运动实现自转；叶片的自转还可以通过轮毂上的滑道约束块来完成；摩擦片的摩擦力的控制既可以是弹簧压紧式也可以是由电磁动力系统及液压动力系统的调整来完成。
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