CN102414444A - 同轴风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮箱，其具有两个传动齿轮，该两个传动齿轮相对于从动齿轮相偏移180度，使得传动齿轮的反向旋转结合以一起旋转从动齿轮。齿轮箱可用于通过将传动齿轮连接到反向旋转的转子以及将从动齿轮连接到发电机来连接反向旋转的、同轴风力涡轮机转子，使得在风力涡轮机上的反向旋转的转子以相同的方向旋转从动齿轮。从动齿轮可以连接到发电机以产生电流。

Description

同轴风力涡轮机
发明领域
本公开内容涉及同轴风力涡轮机。
背景
风力涡轮机将风的动能转化为机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。同轴风力涡轮机利用第二反向旋转的转子，以增加从特定块天空转化的动能的量。
附图简述
图1是水平风力涡轮机的透视图。
图2是图1风力涡轮机的前视图。
图3是图1风力涡轮机的顶部平面图。
图4是齿轮箱的侧视图。
图5是图4齿轮箱沿剖面线5-5的横剖视图。
图6是图4齿轮箱的分解的透视装配图。
图7是具有切掉部分的图4齿轮箱的透视图。
图8是图4齿轮箱的透视图。
图9是垂直风力涡轮机的透视图。
图10是图9风力涡轮机的前视图。
图11是图9风力涡轮机的顶部平面图。
附图详述
为了增进权利要求理解的目的，现将参考其某些实施方式，且特定的语言将用于描述相同物。然而，将理解借此不欲限制本公开内容和权利要求的范围，对于本公开内容所涉及的本领域技术人员来说，通常可设想本文所述原理的改变、进一步的修改和进一步的应用。在几幅附图中，其中存在相同的或相似的元件，这些元件设有相同的或相似的参考数字。
图1-3图示了水平风力涡轮机50，水平风力涡轮机50包括齿轮箱60、发电机70和72、反向旋转的转子80和82以及支撑结构件90。如图所示，当转子80和82两者同轴安装在气流(风)中时，转子80和82被间隔开以在相反方向旋转。发电机70和72以大体直角布置到齿轮箱60。风力涡轮机50为具有指向风的转子80和82的水平轴风力涡轮机。虽然本文未具体论述，但用于维持转子80和82相对于风的方位的设备可以是本领域已知的任何设备，包括使用连接到伺服马达的风传感器(未图示)或者甚至是简单的风向标(未图示)。
在其他实施方式中，发电机70和72可远程地设有位于转子80和82与发电机70和72之间的合适的变速器。
现参考图4-7，图示了齿轮箱60。齿轮箱60包括安装支架61、外罩62、64、66和68、内传动轴102、外传动轴104、传动齿轮112和114、输出轴152和154、从动齿轮162和164。
传动齿轮112连接到内传动轴102，且传动齿轮114连接到外传动轴104。内传动轴102和外传动轴104连接到转子80和82。同样，内传动轴102和外传动轴104是反向旋转的。从动齿轮162和164设置在内传动轴102的相对侧上，并接合在传动齿轮112和114之间。传动齿轮112和114的反向旋转使传动齿轮112和114旋转，因为传动齿轮112啮合每个从动齿轮的位置与传动齿轮114啮合每个从动齿轮的位置相偏移180度(传动齿轮位于从动齿轮的相对侧上)。这种构型允许传动齿轮112和114两者推动从动齿轮的旋转。
传动齿轮112和114以及从动齿轮162和164为斜摩擦齿轮。在一个实施方式中，这些斜摩擦齿轮由硬化钢材料构造。在又一个实施方式中，它们由陶瓷材料构造。在其他实施方式中，可利用适用于摩擦齿轮的其他材料。在又一个实施方式中，传动齿轮112和114以及从动齿轮162和164为具有互相啮合的齿的斜齿轮。
输出轴152和154可直接地或间接地连接到发电机70和72。例如，在一个实施方式中，输出轴152和154直接地连接到发电机70和72。在该实施方式中，通过将从动齿轮162和/或164移入或移出与从动齿轮162和164的啮合，接合发电机70和72可以可控制地与齿轮箱60接合或分离。如图7图示的，摩擦联轴器172和174任意地位于输出轴152和发电机70以及输出轴154和发电机72之间。该实施方式通过摩擦联轴器172和/或174的操作，允许发电机70和/或72与输出轴154和/或152的接合和分离。另外，其他的齿轮装置可包括在齿轮箱60以及发电机70和72之间，以使发电机操作的RPM与转子80和82的旋转速度相匹配。
这种构型允许风力涡轮机50构型的改变。例如，因为来自转子80和82的功率输出可在多个输出轴之间分配，所以发电机70和72可按尺寸制成在对风力涡轮机50的总输出电位之下，以当与使用单个发电机相比时，允许使用相对更小的发电机。在另一个实施方式中，发电机70和/或72可任意地接合，以允许对于不同的风条件来优化风力涡轮机50的功率输出。例如，在相对较低速度的风操作条件下，一个发电机可与齿轮箱70分离，以允许最大功率至另一发电机。在相对较高的风速操作条件下，发电机70和72两者可与齿轮箱60接合，以最大化风力涡轮机50的功率输出。
在其他实施方式中，可以添加另外的输出轴，以增加超过两个发电机的此可变能力。例如，可以十字形的构型将其他输出轴和从动齿轮以近似垂直的角度设置到输出轴152和154。在其他实施方式中，外罩62可构型为其他形状(如从传动轴102和104的轴线观看)，例如六边形、五边形、八边形、十边形等，以允许使用另外的输出轴以及另外的发电机的可控的接合与分离。可使用与将安装在传动齿轮112和114之间一样多的输出轴。另外，可以改变传动齿轮112和114的尺寸，以为另外的输出轴腾出空间。
在多个实施方式中，输出轴的数目是独立可改变的，包括具有单个输出轴和连接到传动齿轮112和114的单个从动齿轮。
由于传动齿轮112和114与从动齿轮162和164之间的摩擦连接，内传动轴102和外传动轴104将大体被限制为以近似相同的旋转速度旋转，这继而大体将转子80和82限制为以相同的速度旋转。
在图示的实施方式中，转子80和82配有两个叶片。在其他实施方式中，其他的转子构型可以是三个或四个叶片。其他实施方式可使用转子80和82可能所需要的任何数目的叶片。在一个实施方式中，转子82可具有与转子80相比略微增加的表面积，以更有效地捕捉已被转子80搅乱的气流。在再其他的实施方式中，转子80和转子82之间的相对齿距可以改变。这些实施方式可优化大体将转子80和转子82限制为以相同速度旋转的齿轮箱60的性能。
现参考图9-11，图示了垂直风力涡轮机200。垂直风力涡轮机200包括齿轮箱60、发电机70和72、反向旋转的支撑件220和222、安装转子230、232、234和236。转子230和232安装在支撑件220上，且转子234和236安装在支撑件222上。转子230、232、234和236被构型并被布置成使得支撑件220和222处于风中时以相反的方向旋转。
支撑件220经由内传动轴210旋转地连接到齿轮箱60，且支撑件220经由外传动轴212旋转地连接到齿轮箱60。内传动轴210和外传动轴212以与如上文描述的内传动轴102和外传动轴104相同的方式接合齿轮箱60。尽管方位不同(垂直代替水平)，但齿轮箱60以及发电机70和72与上文关于图1-图8所描述的功能相同。
在图示的实施方式中，转子230、232、234和236为螺旋形构件。可替换的实施方式可使用其他的转子构型。在一个实施方式中，转子230、232、234和236可由能够将光转化为电以扩大垂直风力涡轮机200的动力生产力的太阳能电池膜构造。
在可替换的实施方式中，转子230和232可与转子234和236被不同地构造，以在遇到转子230和232之前产生由转子234和236搅乱的气流，且还产生了离中心距离上的不同，转子被安装在该距离处以实现支撑件210和212大体相等的角速度。
虽然未图示，但垂直风力涡轮机200可包括结构支撑件。例如，另外的水平支撑件可置于转子230、232、234和236的顶部，以减少单个转子230、232、234和236在强风条件下的偏移。
应理解图1-3仅公开了反向旋转的水平风力涡轮机的一个实施方式，以及图9-11仅公开了反向旋转的垂直风力涡轮机的一个实施方式。其他实施方式可使用齿轮箱60。例如，已开发了可用于代替本文公开的转子构型的用于反向旋转的风力涡轮机的许多不同的转子设计。
虽然在附图和前述描述中已详细阐述和描述了本公开内容，但阐述和描述在特征上应理解为示例性的而不是限制性的，应理解仅示出和描述了优选的实施方式，且在本公开内容实质内的所有改变和修改是所要求保护的。

Claims (21)

1.一种装置，包括：
第一转子；
第二转子，其被设定为与所述第一转子同轴且与所述第一转子反向旋转；
第一传动齿轮，其旋转地连接到所述第一转子；
第二传动齿轮，其旋转地连接到所述第二转子；以及
第一从动齿轮，其位于所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间，使得所述第一传动齿轮啮合所述第一从动齿轮的位置与所述第二传动齿轮啮合所述第一从动齿轮的位置相偏移大约180度。
2.如权利要求1所述的装置，还包括第一发电机，所述第一发电机旋转地连接到所述第一从动齿轮。
3.如权利要求1-2中任一项所述的装置，还包括第二从动齿轮，所述第二从动齿轮位于所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间，使得所述第一传动齿轮啮合所述第二从动齿轮的位置与所述第二传动齿轮啮合所述第二从动齿轮的位置相偏移大约180度。
4.如权利要求3所述的装置，还包括第二发电机，所述第二发电机旋转地连接到所述第二从动齿轮。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为斜摩擦齿轮。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮包括硬化钢。
7.一种齿轮箱，包括：
第一传动齿轮，其被构造并被布置为在旋转轴线上以第一方向旋转；
第二传动齿轮，其被构造并被布置为在所述旋转轴线上以与所述第一方向相反的第二方向旋转；以及
第一从动齿轮，其被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第一从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第一从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度。
8.如权利要求7所述的齿轮箱，还包括第二从动齿轮，所述第二从动齿轮被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第二从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第二从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度。
9.如权利要求8所述的齿轮箱，其中所述第二从动齿轮被构造并被布置为与所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮可控地啮合和分离。
10.如权利要求7-8中任一项所述的齿轮箱，还包括第三从动齿轮，所述第三从动齿轮被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第三从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第三从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度。
11.如权利要求10所述的齿轮箱，还包括第四从动齿轮，所述第四从动齿轮被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第四从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第四从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度。
12.如前述权利要求中任一项所述的齿轮箱，其中所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为斜摩擦齿轮。
13.一种发电系统，包括：
第一风力涡轮机转子；
第二风力涡轮机转子；
齿轮箱，其包括：
第一传动齿轮，其旋转地连接到所述第一风力涡轮机转子，其中所述第一传动齿轮被构造并被布置为在旋转轴线上以第一方向旋转；
第二传动齿轮，其旋转地连接到所述第二风力涡轮机转子，其中所述第二传动齿轮被构造并被布置为在所述旋转轴线上以与所述第一方向相反的第二方向旋转；
第一从动齿轮，其被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第一从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第一从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度；以及
第一发电机，其旋转地连接到所述第一从动齿轮。
14.如权利要求13所述的发电系统，其中所述第二风力涡轮机转子被构造并被布置为与所述第一风力涡轮机转子同轴且与所述第一风力涡轮机转子反向旋转。
15.如权利要求14所述的发电系统，其中所述第二风力涡轮机转子具有比所述第一风力涡轮机转子大的表面积。
16.如权利要求14所述的发电系统，其中所述第二风力涡轮机转子具有与所述第一风力涡轮机转子不同的齿距，使得所述第一风力涡轮机转子和所述第二风力涡轮机转子以大体相同的速度旋转。
17.如前述权利要求中任一项所述的发电系统，其中所述齿轮箱还包括第二从动齿轮，所述第二从动齿轮被构造并被布置为啮合所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮，其中所述第二从动齿轮和所述第二传动齿轮之间的啮合与所述第二从动齿轮啮合所述第一传动齿轮的地点相偏移大约180度。
18.如权利要求17所述的发电系统，还包括第二发电机，所述第二发电机旋转地连接到所述第二从动齿轮。
19.如权利要求17-18中任一项所述的发电系统，其中所述第二从动齿轮被构造并被布置为与所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮可控地啮合和分离。
20.如权利要求18所述的发电系统，还包括在所述第二从动齿轮和所述第二发电机之间的联轴器，所述联轴器允许受控制地接合和分离所述第二发电机和所述第二从动齿轮之间的旋转连接。
21.如前述权利要求中任一项所述的发电系统，其中所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为斜摩擦齿轮。
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