CN102189925B - 高效双风轮差速自平衡风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效双风轮差速自平衡风力发电机，属于风力发电机领域。要解决的问题是，双风轮的转速平衡与效率问题，通过应用汽车后桥的差速减速齿轮箱，完成双风轮的转速平衡，并提高效率。反向应用汽车后桥的减速齿轮箱达到风力机的增速问题。通过前风轮直径小风叶安装攻角大与后风轮直径大、风叶安装攻角小，实现低速风力机与高速风力机的有机结合(同时具备低速大扭矩风力机和高速小扭力风力机的功能)。后风轮的叶轮直径大、风叶安装攻角小，造成后叶轮总迎风面积大于前风轮风叶总迎风面积实现风力机的自动找风问题。

Description

高效双风轮差速自平衡风力发电机

技术领域：

本发明属于风力发电机领域，特别涉及一种高效双风轮差速自平衡风力发电机。

技术背景：

风力发电的原理，是利用风丸带动风轮叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来驱动发电机发电。依据目前的风轮技术，一般采用三浆叶水平轴风力机，大多采用单风轮，如获得高效率，就需要一个大直径的风轮，造成制造难度大，成本高。并且三浆叶平衡问题不好解决。

通过检索资料，参考既有专利：《水平正交差速型同向旋转双侧叶轮风力发电机组》，《一种低成本千瓦级风力发电机》，发明低成本高效双风轮差速自平衡风力发电机，基本解决DIY自制风力发电机的进入门槛。

汽车后桥差速器工作原理：『车辆直行时差速器状态』直线行驶时的特点是左右两边驱动轮的阻力大致相同。从发动机输出的动力首先传递到差速器壳体上使差速器壳体开始转动。接下来要把动力从壳体传递到左右半轴上，我们可以理解为两边的半轴齿轮互相在“较劲”，由于两边车轮阻力相同，因此二者谁也掰不过对方，因此差速器壳体内的行星齿轮跟着壳体公转同时不会产生自转，两个行星齿轮咬合着两个半轴齿轮以相同的速度转动，这样汽车就可以直线行驶了！『一侧车轮遇到阻力』假设车辆现在向左转，左侧驱动轮行驶的距离短，相对来说会产生更大的阻力。差速器壳体通过齿轮和输出轴相连，在传动轴转速不变情况下差速器壳体的转速也不变，因此左侧半轴齿轮会比差速器壳体转得慢，这就相当于行星齿轮带动左侧半轴会更费力，这时行星齿轮就会产生自传，把更多的扭矩传递到右侧半轴齿轮上，由于行星齿轮的公转外加自身的自传，导致右侧半轴齿轮会在差速器壳体转速的基础上增速，这样以来右车轮就比左车轮转得快，从而使车辆实现顺滑的转弯。

当我们把汽车后桥反向应用到风力发电机作为差速自平衡器使用时。会产生以下效果，如果前后风轮产生的力矩相同时，会产生象汽车直行时的效果，向汽车后桥传动轴输出动力，并且前后风轮转速一致。如果前后风轮转速不同，例如低风速时前风轮风叶安装攻角大，风力机(低速风力机)工作效率较高，造成前风轮转速大于后风轮，但前后风轮产生的旋转力矩可通过差速器自动平衡旋转力矩。实现在前后两个风力机转速不同时高效输出动力。如果风力继续加大，风轮转速加快，前风轮(低速风力机)的效率下降，转速增加较慢。后风轮(高速风力机)转速仍可快速增加，转速将大于前风轮。但差速器可相互传递力矩达到前后风轮转速协调，仍可在前后风力机转速不同时高效输出动力。这就是差速自平衡的工作原理。

以上原理我们可通过一个简单的比喻来理解，如果把汽车左后轮代表前风力叶轮、右后轮代表后风力叶轮，发动机位置代表发电机。我们推动汽车直线前进时，左右后轮转速一致，可带动发电机工作。当推动汽车向左转弯前进时，左后轮转速小于右后轮，但仍能高效带动发电机工作(相当于前风轮转速小于后风轮转速时的工作情况)。同理当我们推动汽车向左转弯前进时，产生的效果等同于前风轮转速大于后风轮转速时的工作情况。

发明内容：

本发明是为了解决前述专利：《水平正交差速型同向旋转双侧叶轮风力发电机组》，《一种低成本千瓦级风力发电机》，中的瑕疵，克服《一种低成本千瓦级风力发电机》的效率问题和《水平正交差速型同向旋转双侧叶轮风力发电机组》的制造难度问题。

本发明采用如下方案实现的：

在汽车后桥总成的轮毂处，前后各安装1个风轮总成同时通过汽车后桥差速器，实现《水平正交差速型同向旋转双侧叶轮风力发电机组》的全部功能。汽车后桥总成的传动轴连接处连接发电机简易实现了增速问题。实现《一种低成本千瓦级风力发电机》。

通过前风轮直径小风叶安装攻角大与后风轮直径大、风叶安装攻角小，实现低速风力机与高速风力机的有机结合(同时具备低速大扭矩风力机和高速小扭力风力机的功能)。后风轮的叶轮直径大、风叶安装攻角小，造成后叶轮总迎风面积大于前风轮风叶总迎风面积实现风力机的自动找风问题。

微风时，前后两台风轮同时产生旋转力矩启动发电装置(基本可看做4浆叶的低速风力机)，前风轮虽然叶轮直径小20％，但因风叶安装攻角大，所以产生的旋转力矩与后风轮产生的旋转力矩基本相同。通过左右半轴对差速器产生旋转力矩。输出动力带动发电机启动，实现微风条件下风力发电机启动。

风力较小时，前风轮(低速风力机)风叶安装攻角大工作效率较高，转速提高较快，后风轮(高速风力机)因在低风速条件下工作效率较低，转速提高较慢，造成前风轮转速大于后风轮，但通过差速器的自平衡调节功能，仍能达到前后风轮转速不同时协调左右半轴力矩。使风力发电机在两组风力机带动下工作，产生很高的功率。

如果风力继续加大，前风轮(低速风力机)因风叶安装攻角大，效率逐步下降，转速提高较慢。后风轮(高速风力机)因风叶安装攻角小，在高风速下有较高效率，转速快速增加。这时前风轮转速小于后风轮转速，但通过差速器自平衡调节功能仍能达到前后风轮转速不同时协调左右半轴力矩。使风力发电机在两组风力机带动下工作，效率较单叶轮风力发电机明显提高。

通过前风轮直径小于后风轮直径，解决前叶轮对后叶轮的干扰。我们基本可以把前叶轮看做后叶轮特殊形式的整流锥。

制造风叶可采用简单的形状，即所有位置攻角一样，便于加工制造。并且风叶采用管梁(1)上焊接弧形肋板(2)，(注意肋板焊接密度风叶尖端密，靠中心稀)再在肋板上用铆钉铆接弧形的薄铁皮(3)。目前我们制造时风轮采用2浆叶结构。制造简单平衡易解决。实现前专利《一种低成本千瓦级风力发电机》设想。如果厂家通过工业化生产，可采用科学的升力型浆叶，效率可大幅提高。

附图说明：

图1为本发明实施例风力发电结构示意图。

图2为浆叶断面结构示意图。

图3为差速器工作原理图。

具体实施方式：

高效双风轮差速自平衡风力发电机，包括塔架，汽车后桥总成，上下风的两个风轮总成和安装在塔架下面基座上的发电机。安装方法是在汽车后桥总成的轮毂处，前后各安装1个风轮总成，前后风轮直径不同，通过前风轮直径小风叶安装攻角大与后风轮直径大风叶安装攻角小，实现低速风力机与高速风力机的有机结合(同时具备低速大扭矩风力机和高速小扭力风力机的功能)。后风轮的叶轮直径大、风叶安装攻角小，造成后叶轮总迎风面积大于前风轮风叶总迎风面积实现风力机的自动找风问题。

微风时，前后两台风轮同时产生旋转力矩启动发电装置(基本可看做4浆叶的低速风力机)，前风轮虽然叶轮直径小20％，因风叶安装攻角大，所以产生的旋转力矩与后风轮产生的旋转力矩基本相同。通过左右半轴对差速器产生旋转力矩。输出动力带动发电机启动，实现微风条件下风力发电机启动。

风力较小时，前风风轮叶安装攻角大(低速风力机)工作效率较高，转速提高较快，后风轮(高速风力机)因在低风速下工作效率较低，转速提高较慢，造成前风轮转速大于后风轮，但通过差速器的自平衡调节功能，仍能达到前后风轮转速不同时协调左右半轴力矩。使风力发电机在两组风力机带动下工作，产生很高的功率。

如果风力继续加大，前风轮(低速风力机)因风叶安装攻角大，效率逐步下降，转速提高较慢。后风轮(高速风力机)因风叶安装攻角小，在高风速下有较高效率，转速快速增加。这时前风轮转速小于后风轮转速，但通过差速器自平衡调节功能仍能达到前后风轮转速不同时协调左右半轴力矩。使风力发电机在两组风力机带动下工作，效率较单叶轮风力发电机明显提高。

当风力继续加大到一定时，前风力机风叶因失速转速不再增加。风力发电机新增负荷全部有后风力机提供，效率较双叶轮风力机降低。转速不会继续增加，实现限速

Claims (1)

1.一种高效双风轮差速自平衡风力发电机，它包括安装双风轮(1)、(2)的汽车后桥(3)和连接风力机与发电机(4)的传动系统，其特点是：自带差速与增速齿轮的汽车后桥，两个风轮(1)、(2)分别安装在汽车后桥原来安装车轮的轮毂上，利用原传动轴连接发电机(4)，塔架(5)，在汽车后桥总成(3)的轮毂处前后各安装个两个风轮(1)(2)总成，汽车后桥总成的传动轴处连接连接发电杌(4)，风力机的后风轮(2)叶轮直径大于前风轮(1)叶轮直径20％，并且前风轮(1)风叶安装攻角大于后风轮(2)风叶安装攻角，风叶安装攻角前风轮(1)大后风轮(2)50％，风叶采用简单的形状，并且风叶采用管梁上焊接弧形肋板，再在肋板上用铆钉铆接弧形的薄铁皮，风轮采用2浆叶结构，制造简单平衡易解决，如果厂家通过工业化生产，采用科学的升力型浆叶，效率大幅提高。

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