CN102062054A - 一种无滑刷及双机偏航风力发电技术 - Google Patents

Abstract

一种无滑刷风力发电机及双机偏航方法，属机械－电子技术应用领域。发电机因随风向转动，电机引线通常是由滑刷(电极)导出，又因10kW以上的机组的自重问题，无法由方向舵导引；本方法将叶轮与电机分离，转向时不需再需拖带电机，同时在采用双机时会适合一种电控偏航方法，且结构简化，可广泛应用于各种风力发电场合中。

Description

一种无滑刷及双机偏航风力发电技术 

本发明属机械—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装置。 

发电机因随风向转动，电机引线通常是由滑刷(电极)导出，又因10KW以上的机组的自重问题，无法由方向舵导引；本方法将叶轮与电机分离，转向时不需再需拖带电机，同时在采用双机时会适合一种电控偏航方法，且结构简化，可广泛应用于各种风力发电场合中 

本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，一种无滑刷风力发电机及双机偏航方法，应用成熟机电领域成果，以一种电控偏航方法，无需增加其他设备，结构极大简化了。 

本发明的特点：10KW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，转向时不需再需拖带电机，同时在采用双机时会适合一种电控偏航方法，且结构简化，可广泛应用于各种风力发电场合中 

本发明的技术关键： 

基本构造由叶片、叶片轴、偏航转轴、2向节、叶片轴齿轮、偏航转轴齿轮、行星轮、整流罩、发电机、偏航转轴轴孔、联轴套管、叶片轴轴孔、基座等组成；基本工作原理为：当地面上的水平流动的风驱动叶片使叶片轴转动，2向节的功能是即能贯穿自身的叶片轴自由转动又能支撑2端的偏航转轴(适当改变结构，整流罩也能起到2向节的功能)，叶片轴齿轮将分别驱动偏航转轴齿轮转动(偏航转轴齿轮21及16是由联轴套管刚性连接，偏航转轴在套管内可自由转动，偏航转轴齿轮8可绕该套管自由转动)，最终传到行星轮上带动发电机发电；偏航功能即可由方向舵实现，又可以由双电机的控载比例来实现(改变2电机的负载比例可产生不同方向及大小的剩余力矩，使偏航转轴转动)。 

其基本特征是：结构中使用了2向节作为叶片轴及偏航转轴的承载部件；内部的齿轮传送方式为单电机比例传动方式或双电机比例传动方式；即可使用方向舵完成偏航，也可以用单电机配合偏航方式(加装双刹车装置)或双电机偏航方式或附加偏航驱动电机来实现偏航功能；偏航转轴与基座结合的一端可自由旋转并起到支撑全部齿轮，2向节及叶片构件的作用。 

所述2向节是指：承载2个相互垂直的轴(叶片轴及偏航转轴)， 上面至少有一个能使叶片轴贯穿的轴孔，且叶片轴可自由转动。 

所述的内部的齿轮传送方式为单电机比例传动方式是指：叶片轴的转矩经2个通道传给发电机；最终由2个齿轮由电机齿轮的任意直径2端齿合，2个通道的齿轮传送到最终与电机齿轮齿合的2个齿轮时，2个齿轮的线速度相等，使得电机齿轮只有自转力矩；当对2路传送通道的转动机械部件采用不同的刹车力矩时，改变不同的力矩大小就可改变整个运动系统对偏航转轴的转动力矩输出，使得产生顺时针及逆时针甚至0力矩。 

所述的内部的齿轮传送方式为双电机比例传动方式是指：叶片轴的转矩经2个通道传给发电机；最终由2个齿轮各自驱动2电机齿轮，此种情况下当2个电机的转轴与偏航转轴平行时，改变2个电机的负载大小就可改变整个运动系统对偏航转轴的转动力矩输出，使得产生顺时针及逆时针甚至0力矩；双机偏航力矩无需耗能。 

所述技术，其特征就在于所述的双电机偏航方式是指：改变2电机的(分流或加载)阻尼情况，就改变2电机的阻尼力矩，而是偏航转轴将产生额外的力矩输出，进行偏航转动。 

再有结构也可以是：方向舵所产生的力矩驱动主轴随风转动主轴与方向舵的结合既可以是刚性联接在一起的(也可以是以常规的风力助力偏转机构结合，当风力过大时方向舵相对于主轴(绕主轴轴线或与该轴线近似平行的轴略微旋转)自动偏转一定角度；还可以以自动电子控制装置的方式实现，这2种方法都被广泛应用)(使舵的方向顺应风向)；叶片的(自)旋转方式既可以是平行轴旋叶方式也可以是垂直轴旋叶方式；动力的输出可以是由小行星齿轮输出(使用行星齿轮与行星架之间的转速差来发电)，也可以由上下叶片轴承总承(差动)输出(既是2部发电机分别装置在上叶片轴承总承与主轴及下叶片轴承总承与主轴之间，用2者的转速差来同时发电)这样才能从物理机理上获得良好的动平衡保持方向舵能尽可能的顺向风向；可以实现对主轴上的滑道鼓及主轴上的滑道盘上的滑道路径的切换，当风速超常时，进行(电磁)切换变轨到每一叶片都是转向侧面迎风，始终呈最小风阻状态，不再产生过大的旋转力矩(可以适量的继续发电)，在方向舵功能不断顺向风向的过程中，叶片的使得该构造具有抗强风功能，风叶的表面即可以是刚性或弹性的平面或曲面，也可以是复合张力膜结构，弹性膜结构有2点优点：首先；自适应风力冲击，易于形成个状态下的最大风阻，其次；缓冲瞬间冲击。 

上述的平行轴旋叶方式是指：叶片的自转轴与主轴平行，通过主轴上的滑道鼓滑道与叶片曲轴的配合产生叶片自转。上述的垂直轴旋叶方式是指：叶片的自转轴与主轴垂直，通过主轴上的滑道盘滑道， 驱动齿轮，(叶片自转)传动轴，叶片铰轴，滑道驱动连杆之间的配合产生叶片自转。 

上述的旋叶表面既可以是刚性的曲面也可以是中间区域弹性张力膜结构，有利于增加风阻及力学缓冲。所述的风叶表面的复合张力膜是指风叶的中间区域弹性张力膜结构，风吹下可使之凹陷，有利于增加风阻及力学缓冲；风力更加强时张力膜即可以是完整体，也可以是加工有一些泄流隙(无强风时处于闭合或微开状态，强风来到时泄流孔逐渐增大)；也或者是在上下叶片轴承总承与主轴之间增设离心摩擦刹车装置，已达到限速之目的，额外能量以热的形式释放，保护发电机及机械部件。 

旋叶式微风发电装置的具体应用的技术特征：在该发电装置中使用了旋叶式风力换能技术，来提供动力驱动发电机对外输出电力；发电机的安转位置可以在小行星齿轮与行星架之间利用其间的转速差发电或者对称的2部同时安装于上/下叶片轴承总承与主轴(或上/下叶片轴承总承与基座之间)之间利用其间的转速差同时发电。 

上述的旋叶式微风发电装置，可以是由多层垂向构造的结构组合而成塔状结构，有利于节省空间。与基座相连的框架的顶端可装有避雷装置。 

双发电机相向旋转发电，可抵消大部分电磁辐射。 

下面结合一个较佳实施例对本发明作进一步所说明(结构上所公知的诸如卡簧，轴销，键等未画处)。 

3向节的特征除多出1个叶片轴外与2向节完全相同，2个叶片轴仍垂直于偏航转轴，且叶片转轴不一定是在一条直线上。 

[图1]单机无(电流引出)滑刷技术原理示意图。 

[图2]双机无(电流引出)滑刷技术原理示意图。 

图示说明： 

(1)叶片 

(2)叶片轴 

(3)2向节 

(4)整流罩 

(5)方向舵 

(6)偏航转轴 

(7)叶片轴齿轮 

(8)叶片轴齿轮 

(9)偏航转轴齿轮 

(10)偏航转轴齿轮 

(11)偏航转轴齿轮 

(12)行星齿轮 

(13)齿轮联轴管 

(14)齿轮联轴管 

(15)发电机 

(16)基座 

(17)发电机输出电线 

(18)卡簧 

(19)偏航转轴齿轮 

(25)行星架(电机轴) 

如[图1]及[图2]所示： 

2种方式结构基本相同，基本工作过程：对于图1及2来说：主要是由风力驱动叶片(1)转动、通过可在2向节(3)的水平孔内自由转动的叶片轴(2)驱动固定在其上的叶片轴齿轮(7)、(8)、齿轮(7)驱动齿轮(9)，齿轮(8)驱动齿轮(11)，由于齿轮(11)与齿轮(19)是通过齿轮联轴管(13)及齿轮(9)与齿轮(10)是通过齿轮联轴管(13)及(14)刚性联接的，因而齿轮(10)(19)将最终驱动齿轮(12)带动2发电机转动；整流罩(4)也起到一定的2向节的作用(允许叶片轴及偏航转轴自由转动)、方向舵(5)安装在整流罩上、偏航转轴(6)分上下2段(一段插入整流罩轴孔内另一端插入基座(16)的座孔中，可套有轴承，进行自由转动)；齿轮(8)驱动齿轮(11)，由于齿轮(11)与齿轮(19)是通过齿轮联轴管(14)刚性联接的，因而齿轮(8)将最终驱动齿轮(19)；因而叶片轴(2)的转动最终使：偏航转轴齿轮(10)、(19)相向回转(适当的安排齿数比，可以使转速相等，对与行星齿轮(12)来说，相当于2个太阳轮(盘))；行星齿轮(12)可以以2个发电机(15)的轴为行星架；可带动(电机轴)转动；发电机与基座(16)固定在一起，输电线(17)将不会被缠绕，卡簧(18)卡入偏航转轴的环槽内，以限定齿轮轴向的窜动。偏航的实现过程之一；当风力使方向舵转向时；该转动将转化成齿轮(10)及(19)的转速改变，使电机产生附加转矩；因而与基座固定在一起的电机有理由不转动。 

对于图2来说：与图1的不同之处在于：2个发电机(15)(15)分别通过行星齿轮(12)(12)齿合到齿轮(10)及(19)上；2发电机转轴平行于偏航转轴，转动方向相反。 

偏航的产生有以下方式： 

2电机方式：即可使用方向舵完成偏航，也可以(完全不用方向舵)用双电机的负载的人为改变来实现偏航功能；具体的讲是将2电机串联或并联使用，改变电机通路中的阻抗或安排2电机的电流通过的大小比例状态；就可改变2电机的转速，由于电机可固定不动，因而叶片轴将绕偏航转轴转动。 

单电机配合偏航方式：(加装双刹车装置，可加载在2个通道上，如2个联轴管(13)(14)上)，这样单一刹车时或不一致刹车时，叶片轴也将绕偏航转轴转动。 

3向节的特征除多出1个叶片轴(可使齿轮(7)独立装上一个叶片转轴，该转轴象(2)一样，伸出罩(4)之外，独立回转)外与2向节完全相同，2个叶片轴仍垂直于偏航转轴，且叶片转轴不一定是在一条直线上。 

或附加偏航驱动电机方式：这一是最常用的方式，正大量使用中。 

上述所有转动部件除需轴承以外，阻挡齿轮等转动部件不至于轴向滑动，为简单起见，图中未画出。 

Claims (5)

1.一种无滑刷及双机偏航风力发电技术，由叶片、叶片轴、偏航转轴、2向节、叶片轴齿轮、偏航转轴齿轮、行星轮、整流罩、发电机、偏航转轴轴孔、联轴套管、叶片轴轴孔、基座等组成；基本工作原理为：当地面上的水平流动的风驱动叶片使叶片轴转动，2向节的功能是即能贯穿自身的叶片轴自由转动又能支撑2端的偏航转轴(适当改变结构，整流罩也能起到2向节的功能)，叶片轴齿轮将分别驱动偏航转轴齿轮转动(偏航转轴齿轮21及16是由联轴套管刚性连接，偏航转轴在套管内可自由转动，偏航转轴齿轮8可绕该套管自由转动)，最终传到行星轮上带动发电机发电；偏航功能即可由方向舵实现，又可以由双电机的控载比例来实现(改变2电机的负载比例可产生不同方向及大小的剩余力矩，使偏航转轴转动)；其特征就在于：结构中使用了2向节(或3向节)作为叶片轴及偏航转轴的承载部件；内部的齿轮(通往发电机轴)传送方式为单电机比例传动方式或双电机比例传动方式；即可使用方向舵完成偏航，也可以用单电机配合偏航方式(加装双刹车装置)或双电机偏航方式或附加偏航驱动电机来实现偏航功能；偏航转轴的一端与基座结合并支撑全部齿轮(构件)。

2.如权利要求1及所述技术，其特征就在于所述2向节是指：承载2个相互垂直的轴(叶片轴及偏航转轴)，上面至少有一个能使叶片轴贯穿的轴孔，且叶片轴可自由转动；3向节的特征除多出1个叶片轴外与2向节完全相同，2个叶片轴仍垂直于偏航转轴。

3.如权利要求1及所述技术，其特征就在于所述的内部的齿轮传送方式为单电机比例传动方式是指：叶片轴的转矩经2个通道传给发电机；最终由2个齿轮由电机齿轮的任意直径2端齿合，2个通道的齿轮传送到最终与电机齿轮齿合的2个齿轮时，2个齿轮的线速度相等，使得电机齿轮只有自转力矩；当对2路传送通道的转动机械部件采用不同的刹车力矩时，改变不同的力矩大小就可改变整个运动系统对偏航转轴的转动力矩输出，使得产生顺时针及逆时针甚至0力矩。

4.如权利要求1及所述技术，其特征就在于所述的内部的齿轮传送方式为双电机比例传动方式是指：叶片轴的转矩经2个通道传给发电机；最终由2个齿轮各自驱动2电机齿轮，此种情况下当2个电机的转轴与偏航转轴平行时，改变2个电机的负载大小就可改变整个运动系统对偏航转轴的转动力矩输出，使得产生顺时针及逆时针甚至0力矩；双机偏航力矩无需耗能。

5.如权利要求1及所述技术，其特征就在于所述的双电机偏航方式是指：改变2电机的(分流或加载)阻尼情况，就改变了2电机的阻尼力矩，而是偏航转轴就产生额外的力矩输出，进行偏航转动(方向及大小可人为控制)。

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