CN102639867B - 风力机 - Google Patents

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Abstract

水平轴风力机包括：转子，其具有通过风吹而转动的轮毂和桨叶；短舱组件，其通过主轴可转地支撑转子，其中主轴与转子相连；塔，其可转地支撑短舱组件；发电机，其放置在修建塔的位置附近；可转动的竖直轴，其配置在塔的内部并与主轴正交，用于将主轴的转动力传递给发电机；以及排斥力矩平衡机构，其用于将短舱组件的转动力(该短舱组件的转动力由于发电机的负荷而来源于排斥力矩)在平衡排斥力矩的方向上传递给竖直轴。

Description

风力机
技术领域
本发明涉及一种风力机，更具体地，涉及一种能展示出高输出功率并能够降低构造和维护费用的水平轴风力机。
背景技术
如本领域中所熟知的，风力机是将风能转化为有用的电能的装置。当风转动桨叶时产生运动，这样风力机利用桨叶的转动力产生电。因此风力机使用风能作为动力源，而风能是一种无限的清洁能源，故此进行无污染发电，用它代替化石燃料所取得良好的效果。此外，通过在不发达区域、沿海区域、山区安装风力机，能够使国土利用合理化并提供有竞争力。此外，当在一个特定区域(例如岛)上建造大规模风力发电厂综合设施时，风力机还能充当旅游景点。因此，风力机正吸引更多的注意。
自丹麦物理学家Poul la Cour于1891年以“转子桨叶型”(所谓螺旋桨型)风力机的形式构造了风力机以来，风力机处于公众注意的中心且其尺寸不断增加。此外，在风力发电中，风力机的输出功率的变化取决于其构造。例如，风力强度和风力机尺寸是非常重要的因素，因为当风更快且风力机更大时，能产生更多的风能。此外，风力机设置得越高越好，比设置得较低的风力机产生更多的电能，因为风力随着高度增加而更强。为了使用风力来产生电力，需要有以4m/s或更大的平均速度吹动的风。这里的风速指风力机桨叶所在的高度处的风速而不是人们所站的地面上的风速。
根据桨叶的转动轴的方向将这样的风力机分为竖直轴风力机(其中转动轴垂直于地表设置)和水平轴风力机(其中转动轴平行于地表设置)。水平轴风力机因结构简单而易于构造。然而水平轴风力机受风力影响很大。虽然竖直轴风力机能构造在沙漠或平原中而不管风向如何，但是其效率不佳，低于水平轴风力机的效率。
图1A和图1B示出了具有典型水平轴结构的转子桨叶型风力机实例。如图1A和1B所示，转子桨叶型风力机包括：转子10(其将风能转化为机械转动能)、短舱(nacelle)组件20(其包括将转动能转化为电能的构件)以及塔30(其支撑短舱组件20)。通过将在塔30下方起支撑作用的基础插件40埋入地下，风力机定位的基础工作就稳固的完成了，随后在基础插件40上方依次装配塔30、短舱组件20和转子10来完成风力机的安装。转子10包括毂鼻锥体组件14，毂鼻锥体组件14包括多个桨叶12(例如以相等的间隔径向地排列的三个桨叶)。毂鼻锥体组件14连接到主轴22，主轴22支撑在短舱组件20内的基架24上。加速齿轮箱26、圆盘制动器28和发电机50依次装配在主轴22上。在主轴22的正交方向上安置有桨叶12，因而当风吹动桨叶时，毂锥体组件14转动。该转动力传递给主轴22，且通过加速齿轮箱26，主轴22的转数增大，从而驱动发电机50发电。
在风力发电中，因为当桨叶转动面(即，桨叶的转动面)以直角与风向相交时，风能的利用率高，所以最优选地是实现所谓的无偏航状态。然而，由于风向不停地改变，其中桨叶的转动面不再与风向以直角相交而有所偏离，这就存在偏航误差。随着偏航误差的变大，风力的利用率下降。
为了防止上述问题，风力机还包括设置在短舱组件20中的主动偏航系统60，具体如图2所示。主动偏航系统60包括：齿轮62，其安装在塔的上端部形成的法兰的顶部上；以及风向控制马达64，其与齿轮62联锁。当风向改变时，操作与齿轮62联锁的风向控制马达64以转动短舱组件20，进而实现主动偏航控制。相应地，操作桨叶12以便持续地面向风。在图中，附图标记66表示风向仪。
图3示出了具有典型的水平结构的转子桨叶型风力机，其中发电机安装在地面上或塔下。如图3所示，短舱组件20通过轴承组件82支撑在塔30的上部。在该状态下，主轴22的转动力通过主动锥齿轮72a传递给与主动锥齿轮72a啮合的从动锥齿轮74a的竖直塔轴76，然后通过从动锥齿轮72b经由转动轴78传递给加速齿轮箱26。加速齿轮箱26用于驱动发电机50。在这种配置时，发电机50可设置在地面上或距地面上方不远的预定高度处。然而，该情况下，当转子10的桨叶12的转动力通过主动锥齿轮74b(与竖直塔轴76的下端相耦合)以及通过转动轴78的从动锥齿轮72b传递时，塔轴76受到由从动锥齿轮72b施加给主动锥齿轮74b的排斥力矩(repulsive torque)(显示为虚线)。该排斥力矩引起短舱组件20转动。因此，为了排除该排斥力矩，必须向主动偏航系统的内部添加强有力的止转功能。因此，风力机通常设置在短舱组件内而不设置在地面上或地面附近的位置处，这样使成本增加。
通常，在兆瓦级风力机的情况下，考虑到风向以及其他因素，塔被设计为约50m至80m高。此外，要求塔支撑约为100吨的总塔头质量，即负荷包括发电机以及其上部的转子在内的短舱组件。因此必须将塔设计为能满足这样的条件的结构强度，且塔的顶部法兰巨大，其外径将近3m，这就增加了构造和维护费用。
此外，由于所述桨叶为线性，强烈的阻力增加能量损失，且旋转的桨叶导致大量的气动损耗。在顺风的情况下，在塔的反流(backwash)中形成低压区域，从而增加噪声(noise)并引起叶轮的疲劳。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明提供一种风力机，其中转子的转动能被传递给发电机，该发电机置于风力机构造处附近。
此外，本发明提供一种风力机，其中在没有主动偏航系统的情况下，通过平衡风力机的负荷引起的排斥力矩实现了零偏航。
此外，本发明提供一种能增加输出能力并降低噪声(发生在叶轮穿过在塔的反流中形成的低压区域时)的风力机。
技术方案
根据本发明的一个实施例，提供了一种水平轴风力机，包括：转子，其具有通过风吹而转动的轮毂和桨叶；短舱组件，其通过主轴可转地支撑转子，其中主轴与转子相连；塔，其可转地支撑短舱组件；发电机，其放置在修建塔的位置附近；可转动的竖直轴，其配置在塔的内部并与主轴正交，用于将主轴的转动力传递给发电机；以及排斥力矩平衡机构，其用于将短舱组件的转动力(该短舱组件的转动力由于发电机的负荷而来源于排斥力矩)在平衡排斥力矩的方向上传递给竖直轴。
优选地，排斥力矩平衡机构包括：配置在竖直轴的下方的机壳，其用于可转地支撑水平轴，其中水平轴与竖直轴啮合并与所述竖直轴正交；与竖直轴正交地配置的下支架，其用于可转地支撑所述机壳，以及用于可转地支撑发电机的转动轴；以及传递单元，其用于将短舱组件的转动力传递给机壳。
优选地，水平轴风力机进一步包括：运动转化机构，其用于将水平轴的转动力(其中水平轴相对于竖直轴转动)传递给转动轴。
优选地，运动转化机构包括：第一转化部分，其用于将水平轴的转动力转化为线性往复运动，这样就与竖直轴的方向垂直相交；第二转化部分，其用于将线性往复运动转化为转动力并将该转动力传递给转动轴；以及推力轴承组件，其连接在第一转化部分和第二转化部分之间，并可相对于竖直轴转动。
优选地，第一转化部分和第二转化部分各自都包括从下述选出的任一种：苏格兰轭(Scotch yoke)、曲柄和连接杆对、圆形凸轮和滑块对、具有圆形槽的凸轮和滑块对、斜盘凸轮和滑块形对。
优选地，转化组件包括：多个第一转化部分以及多个第二转化部分。
优选地，传递单元包括：中空段，其附接于所述短舱组件的下部、环绕竖直轴的局部和机壳并附接于机壳的下部。
优选地，传递单元包括：平衡轴，其与短舱组件的下部以及所述机壳的下部啮合。
优选地，所述水平轴风力机进一步包括：塔罩，该塔罩附接于短舱组件的下端、环绕塔的上部并相对于塔的转子的相反的方向上偏心放置。
优选地，位置包括在构建风力机的地面。
优选地，风力机包括：海中的海上风力机，且位置包括支撑海上风力机的浮子的上表面。
根据本发明，转子的转动能通过塔轴传递给发电机，且在没有主动偏航系统的情况下，平衡了施加在塔轴上的排斥力矩，从而减轻了整体重量并降低了构造费用。
此外，利用轻量级的短舱组件以及流线型的偏心罩(有助于短舱面朝迎风方向)可降低偏航误差的时间。此外，由于发电机放置在地面附近的位置，使得发电机的维护更为容易。
附图说明
本发明的上述及其它目标和特征，结合附图对以下优选实施例进行描述将变得明显，其中：
图1A和1B示出了相关技术的转子桨叶型风力机的后视和侧视示意图；
图2为图1A和1B中示出的偏航系统的详细视图；
图3为解释排斥力矩的概念性视图，其中在主轴的转动力通过竖直塔轴传递给地面上的发电机时发生的排斥力矩；
图4示出了根据本发明的一个实施例的风力机的侧剖面图；
图5为图4所示的塔的上部和短舱组件的详细视图；
图6示出了图4所示的在竖直轴的下部中的排斥力矩平衡机构的配置示意图；
图7示出了图4中所示的竖直轴的下部中的轭系统构造的示意透视图；
图8为沿着图6中的线VIII-VIII所得的剖面视图；
图9为解释将竖直轴的转动运动转化为线性运动的苏格兰轭构形的示意图；
图10示出了根据本发明的第二实施例的风力机的侧视图；
图11为图10中所示的竖直轴的下部中的排斥力矩平衡机构的构造的示意图；
图12A和12B分别示出了相关技术的线性桨叶和根据本发明的一个实施例的回扫翼型桨叶的视图；
图13A和13B分别示出了图12B中所示的回扫翼型桨叶和设计来去除空气涡流(air vortex)的塔罩安装在短舱组件上的状态的后视图和侧视图；以及
图14A和14B分别示出了当未安装塔罩时的空气流动的平面图以及显示当安装了图13A和13B中所示的塔罩时的空气流动的平面图。
具体实施方式
以下将参照所附附图详细说明本发明的优选实施例，以便本领域技术人员能容易地实施。所有附图中，在不同附图中始终用相同的附图标记指代相同的或相似的构件。
图4示出了根据本发明的一个实施例的风力机的侧剖面图；图5为图4所示的塔的上部和短舱组件的详细视图；图6示出了图4所示的在竖直轴的下部中的排斥力矩平衡机构的配置示意图；图7示出了图4中所示的竖直轴的下部中的轭系统的构造的示意性透视图；图8为沿着图6中的线VIII-VIII所得的剖面视图；以及图9为解释将竖直轴的转动运动转化为线性运动苏格兰轭的构形的示意图。
如图4所示，本发明的该实施例的风力机包括塔100、短舱组件200、转子300以及发电机500。根据该实施例，发电机600放置在构造该风力机的位置附近而不安装在短舱组件200内。此处，该位置在风力机设置于地面上的情况下，对应于地面650，或对应于支撑海中的海上风力机浮子的上表面。风力机还包括设置在塔100内的以平衡发电机600的负荷引起的排斥力矩力矩平衡机构500。
此外，在风力机中，虽然短舱组件200未设置有主动偏航系统，但实现了零偏航系统，其中短舱组件200可通过介于短舱组件200和塔100之间的轴承而相对于塔100自由移动。如图5中详细示出的，短舱组件200在其下部包括内法兰250和外法兰260。塔100的上内表面和内法兰250之间通过内轴承420偶联，且塔100的上外表面和外法兰260之间通过外轴承410偶联。因此，在没有主动偏航系统的情况下，该实施例的风力机仅使用施加在后文将描述的塔罩370(见图13B和图14B)和桨叶310上的风力的反作用力来相对于塔100自由地转动短舱组件200而实现了零偏航系统。
主轴220可转地设置在短舱组件200的内部并由一对支架210水平支撑。主轴220的一端与附接有桨叶的转子300相连，且主轴220的另一端与主轴锥齿轮230相连。当风力转动桨叶310时主轴220转动。
可转动的竖直塔轴120竖直地设置在塔100的内部，并具有附接于其上端的上锥齿轮110以及附接于其下端的下锥齿轮112。上锥齿轮110与主轴220的主轴锥齿轮230啮合。因此，主轴220的转动力被传递给竖直轴120。
传递给塔轴120的转动力通过排斥力矩平衡机构500，通过转动轴610在加速齿轮箱620中加速然后传递给发电机600。
如图4、图5和图7所示，塔100的内部还设置有作为排斥力矩平衡机构的一部分的内壳400，内壳400包括上部中空段402、中间壳体404以及下支架406，其中所述上部中空段402的上部分固定到短舱组件200的底部壁上，所述中间壳体404的上部壁固定到上部中空段402的下部分上，所述下支架406保持在机壳408的下方，如图6和图7所示。竖直轴120穿过上部中空段402的内部，且竖直轴120的下锥齿轮112位于中间壳体404的内部。此外，第一轭单元520位于中间壳体404的内部，第二轭单元560和在第二轭单元560上面的推力轴承组件540位于下支架406的内部。每个第一和第二轭单元520和560都是将转动运动转化为线性往复运动(或相反)的运动转化机构，且不限于此，例如，可包括苏格兰轭。这样的机构的其它实例可包括曲柄和连接杆对、圆形凸轮和滑块形对、具有圆形槽的凸轮和滑块形对、斜盘凸轮和滑块对等。
机壳408所具有的下端附接于中间壳体404的下端。机壳408的下端通过轴承409可转地偶联到下支架406上。水平转动轴440被可转地支撑在机壳408内。与竖直轴120的下锥齿轮112啮合的机壳锥齿轮442附接于水平转动轴440的一端，且转动齿轮444附接于水平转动轴440的另一端。此外，第一轭单元520的第一凸轮转动轴450被可转地支撑在机壳408内使得它平行于水平转动轴440。与转动齿轮444啮合的凸轮转动齿轮446附接于第一凸轮转动轴450的一端。导向盘470设置在第一轭单元520和推动力轴承组件540之间。
在下支架406中，导向盘460设置在推动轴承组件540和第二轭单元560之间。第二轭单元560的第二凸轮转动轴480连接到转动轴610。
如图6至8所示，第一轭单元520包括：一个或多个圆形偏心凸轮522、一个或多个长方形机架524、以及一个或多个轭526。圆形偏心凸轮522固定在第一凸轮转动轴450上，并优选包括三对偏心凸轮。长方形机架524垂直于穿过其内部的第一凸轮转动轴450。轭526随装入其中的每个偏心凸轮522一起在每个长方形机架524的内部往复移动。与所述圆形偏心凸轮一样，长方形机架524和轭526分别由三对构成。为了绘图的简单性起见，图7仅绘出一对圆形偏心凸轮522、长方形机架524和轭526。连接杆528附接于每个长方形机架524的下部并通过导向盘470的孔472。因此，当第一凸轮转动轴450转动时，轭526在长方形机架524的内部侧向地往复移动，使得连接杆528穿过导向盘470的每个孔472竖直地往复移动，这将在以下进行讨论。该情况下，如果第一轭单元520包括多个长方形机架524和多个偏心凸轮522，则可能更稳定地传递动力。在第二轭单元560中同样如此。此外，当短舱组件200自由转动时，连接杆528随其距离竖直轴的中心更远而受到更大的剪切力(shearing force)。因此，优选随连接杆528距离竖直轴120的中心变远而增加附接于长方形机架524的连接杆528的数目。
如上所述，短舱组件200通过上部中空段402以及中间壳体404与附接于中间壳体404的机壳408整合相连。当转子300在风中转动时，短舱组件200受到因发电机600的负荷而产生的排斥力矩，同时，来源于转子300的转动的转动力被传递给机壳408上。从而，当认为机壳408获得转动力时，这意味着在与排斥力矩方向相反的方向上的转动力的力矩通过竖直轴120的下锥齿轮112和可转地支撑在机壳408中的机壳锥齿轮442被传递给机壳408，从而平衡了排斥力矩。
以下为对于消除短舱组件200响应发电机600的负荷所致的排斥力矩而被迫转动的上述现象的详细说明。
主轴锥齿轮230受到来自上锥齿轮110的排斥力矩，当上锥齿轮110被主轴锥齿轮230驱动且排斥力矩传递给支撑主轴220的一对支架210时，所述排斥力矩作为力引起短舱组件200的转动。这种情况下，短舱组件200上的排斥力矩的方向与上锥齿轮110由来源于转子300的转动的转动力转动的方向相反。
以下为向竖直轴120的下锥齿轮112施加来源于转子300的转动的转动力的力矩之后的操作的说明，其中力矩在与排斥力矩的方向相反的方向上。
机壳408受到在与排斥力矩的方向相反的方向上的来源于转子300的转动的转动力的力矩，因为可转地支撑在机壳408中的水平转动轴440通过下锥齿轮112和附接于水平转动轴440的套锥齿轮442受到所述力矩。经由下锥齿轮112施加到机壳408上的力矩的方向与排斥力矩的方向相反。即，在平衡排斥力矩的方向上的力矩经由下锥齿轮112被传递给机壳408，由此使排斥力矩失效。
推力轴承组件540包括，与连接杆528的下部相偶联的上和下圆形推动器对542以及介于圆形推动器542之间的推力轴承544。连接杆548连接到下圆形推动器542的下部以便穿过导向盘460的孔462。当上圆形推动器542被连接杆528的垂直往复运动挤压时，下圆形推动器542通过推力轴承544被挤压，使得连接杆548穿过导向盘460的孔462垂直往复。
当短舱组件200随着风向转动时，连接杆528也转动。这样，推力轴承544允许连接杆528相对于下支架406自由转动的同时线性往复。
第二轭单元560具有与上述第一轭单元520相同的构件。然而，第二轭单元560与第一轭单元520的操作相反。更具体地说，当连接杆548穿过导向盘460的孔462垂直往复时，轭526在长方形机架524的内部往复移动。这将引起偏心凸轮522的转动以及随后的第二凸轮转动轴480的转动，从而转动转动轴610。
以下，将就如上述的构形的该实施例的风力机的操作给出说明。
当风力以例如4m/s或更高的速度转动转子300的桨叶310时，短舱组件200的主轴220被转动。经由竖直轴120的上锥齿轮110，主轴220的转动力传递给竖直轴120，其中上锥齿轮110与附接于主轴220的主轴锥齿轮230啮合。随后，通过套锥齿轮442，水平转动轴440和第一凸轮转动轴450的转动，其中通过套锥齿轮442与竖直轴120的下锥齿轮112啮合，从而引起偏心凸轮522转动。偏心凸轮522的转动引起轭526在长方形机架524的内部往复移动，使得第一轭单元520的连接杆528垂直往复。因此，上圆形推动器542进行垂直往复运动，接下来，经由推力轴承544传递给下推动器542，使得下推动器542相应地竖直往复。然后，第二轭单元560的连接杆548穿过导向盘460的孔462竖直往复。相应地，轭526在长方形机架524的内部往复移动，然后偏心凸轮522转动。这将引起第二凸轮转动轴480的转动，从而转动转动轴610。
如上所述，当通过套锥齿轮442将与排斥力矩相反的方向上的力矩传递给竖直轴120时，平衡了与转动轴610相连的发电机600的负荷所产生的排斥力矩，其中套锥齿轮442可转地支撑在与短舱组件200相连的机壳408中。
由于介于短舱组件200和塔100之间的外和内轴承410和420、介于中间壳体404和下支架406之间的轴承以及推力轴承544，即使当风向改变时，短舱组件200也能相对于塔100自由地面朝风的方向。相应地，在短舱组件200转动以面朝风力的同时，转动轴610通过使用加速齿轮箱620增加转数而驱动发电机600。
图10为根据本发明的第二实施例的风力机，图11显示了如图10中所示的与竖直轴120的下部相结合的排斥力矩平衡机构500的详细构形。
本发明的第二实施例包括排斥力矩平衡机构500，其设有如图10和图11所示的上部中空段402与旋转轴412的结合，所述结合替换了如图7所示的本发明的第一实施例的上部中空段402与中间壳体404的结合。
除了上部中空段402被重新设定尺寸为上部中空段402和中间壳体404被移除且被与机壳408啮合的旋转轴412替换外，第二实施例的排斥力矩平衡机构基本与第一实施例的相应机构相同。分别通过一对上部环形齿轮和上部小齿轮和另一对下部环形齿轮和下部小齿轮，旋转轴412的相反端与上部中空段402和机壳408可转动地结合。因此将略去对第二实施例的详细说明。
本领域技术人员将理解，旋转轴412可依靠带和/或链以及齿轮与上部中空段402以及机壳408啮合，如图11所示。
图12A和12B分别示出了比较相关技术的线性桨叶和根据本发明的一个实施例的回扫翼型桨叶的视图；而图13A和13B分别示出了图12B中所示的回扫翼型桨叶和在短舱组件上安装塔罩(用来去除空气涡流)的后视和侧视图。
优选根据本发明的实施例的风力机使用转子300，其中转子300包括图12B中所示的回扫翼型桨叶310。这样的回扫翼型桨叶310包括毂附接部312和弯曲部314。毂附接部312等间距地附接于毂锥组件，并且毂附接部312的每个自由端以预定角度自毂附接部312的每个外端向后弯曲。具有回扫翼型桨叶310的转子300增加了效率且降低了反应噪声(reaction noise)，因为它将反应阻力(reaction resistance)降低到小于相关技术的线性翼型桨叶。它还大大降低了低频噪声(low-frequency noise)，因为回扫翼型桨叶310渐进地穿过在塔的反流中形成的低压区域。
如图14B所示，本发明的风力机还包括附接于短舱组件200的下端并环绕塔100上部的塔罩700。当从上方看时，塔罩700具有细长的形状，并相对于塔100偏心放置。更具体地说，在逆风方向(即与转子310相对的方向)，塔罩700相对于塔100偏心放置。塔罩700通过与短舱组件200一起转动而起到引起塔100周围空气的流动。
根据本发明，因既未安装发电机也未安装主动偏航系统，所以短舱组件200是轻量级的。这样，短舱组件200可凭借于风力的改变而以低转动惯量转动，从而降低偏航误差持续的时间。此外，由于具有偏心塔罩700的短舱组件200能快速地面朝顺风，这就可进一步降低偏航误差存在的时间。
图14A示出了未安装图13B中所示塔罩时的空气流动的平面图，而图14B示出了安装了图13B中所示塔罩时的空气流动的平面图。如图14A所示，在塔的反流中的空气涡流形成了低压区域。然而，如图14B所示，去除了在塔的反流中的空气涡流形成的低压区域。这就降低噪声(在顺风情况下，当桨叶穿过塔的反流时所发生的噪声)，并且降低了桨叶上的应力(由低压区域引起)，以便降低疲劳，从而防止桨叶受损。
根据上述的本发明的实施例，转子的转动能通过竖直轴被传递给设置在地面上的发电机，其中竖直轴可转动得竖直地设置在塔内部。此处，通过使用排斥力矩平衡机构平衡掉该竖直轴所受的排斥力矩，且实现了零偏航。因此，与相关技术的设备相比，使用更为简单的设备就可产生更大的输出功率。
此外，尽管本发明是就顺风型风力机进行说明的，排斥力矩平衡机构也可用于逆风型风力机。在逆风型风力机的情况下，可在其中加入主动偏航系统。
尽管是就优选实施例展示和说明了本发明，本领域技术人员将理解，在不违背如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围，可作出各种改变和修改。

Claims (10)

1.一种水平轴风力机，包括：
转子，其具有通过风吹而转动的轮毂和桨叶；
短舱组件，其通过主轴可转地支撑所述转子，其中所述主轴与所述转子相连；
塔，其用于可转地支撑所述短舱组件；
发电机，其放置在修建所述塔的位置附近；
可转动的竖直轴，其放置在在所述塔的内部并与所述主轴正交，用于将所述主轴的转动力传递给所述发电机；以及
排斥力矩平衡机构，其用于将所述短舱组件的转动力在平衡所述排斥力矩的方向传递给所述竖直轴，其中所述短舱组件的转动力由于发电机的负荷而来源于排斥力矩，所述排斥力矩平衡机构包括：
上部中空段，其固定于所述塔中的短舱组件的底部壁；
与所述上部中空段结合并且配置在所述竖直轴的下方的机壳，其用于可转地支撑水平轴，其中所述水平轴与所述竖直轴啮合并与所述竖直轴正交；
与所述竖直轴正交地配置的下支架，其用于可转地支撑所述机壳，以及用于可转地支撑所述发电机的转动轴；以及
传递单元，其用于将所述短舱组件的转动力传递给所述机壳。
2.根据权利要求1所述的水平轴风力机，其中，用于将所述短舱组件的转动力传递给所述机壳的所述传递单元是中间壳体，所述中间壳体配置在并且固定在所述上部中空段和与所述上部中空段结合的机壳之间。
3.根据权利要求1所述的水平轴风力机，其中，用于将所述短舱组件的转动力传递给所述机壳的所述传递单元是旋转轴，所述旋转轴布置在所述上部中空段和与所述上部中空段结合的机壳之间。
4.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的水平轴风力机，进一步包括：运动转化机构，其用于将所述水平轴的转动力传递给所述转动轴，其中所述水平轴相对于所述竖直轴转动，其中，所述运动转化机构包括：
第一转化部分，其用于将所述水平轴的转动力转化为线性往复运动，以便与所述竖直轴的方向垂直相交；
第二转化部分，其用于将所述线性往复运动转化为转动力并将该转动力传递给所述转动轴；以及
推力轴承组件，其连接在所述第一转化部分和第二转化部分之间，并相对于所述竖直轴转动。
5.根据权利要求4所述的水平轴风力机，其中，所述第一转化部分和所述第二转化部分各自都包括从下述选出的任一种：苏格兰轭、曲柄和连接杆对、圆形凸轮和滑块对、具有圆形槽的凸轮和滑块对、斜盘凸轮和滑块对。
6.根据权利要求5所述的水平轴风力机，其中，所述转化组件包括：多个所述第一转化部分以及多个所述第二转化部分。
7.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的水平轴风力机，其中，所述水平轴风力机包括顺风型风力机。
8.根据权利要求7所述的水平轴风力机，进一步包括塔罩，所述塔罩附接于所述短舱组件的下端、环绕所述塔的上部并相对于所述塔在与所述转子相反的方向上偏心放置。
9.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的水平轴风力机，其中，所述水平轴风力机包括逆风型风力机。
10.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的水平轴风力机，其中，所述风力机包含海中的海上风力机，且修建所述塔的位置包括支撑所述海上风力机的浮子的上表面。
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Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8247915B2 (en) * 2010-03-24 2012-08-21 Lightsail Energy, Inc. Energy storage system utilizing compressed gas
US8541897B2 (en) * 2009-09-01 2013-09-24 University Of Southern California Generation of electric energy using cable-supported windmills
KR101392412B1 (ko) * 2011-08-08 2014-05-27 케이이티주식회사 자동차의 얼티네이터를 재활용 한 발전구조를 갖는 풍력발전 장치
BRPI1104840A2 (pt) * 2011-11-25 2012-11-20 Barros Marcelo Monteiro De turbina eàlica multi-geradora de energia elÉtrica
CN102418673B (zh) * 2011-12-28 2013-06-19 董勋 发电机组安装于陆地的风力发电机系统
KR101377818B1 (ko) * 2012-04-23 2014-03-26 조황 새로운 구조의 수평축 풍력 터빈 발전기와 그 운전 방법
KR101418415B1 (ko) 2012-07-13 2014-07-09 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 주축과 기어 박스의 연결 구조체
CN102979489A (zh) * 2012-12-14 2013-03-20 田育均 一种风力抽油系统
KR101466098B1 (ko) * 2013-02-06 2014-11-27 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기
BR102013005496B1 (pt) * 2013-03-07 2021-04-27 Marcelo Monteiro De Barros Turbina eólica geradora de energia elétrica com tecnologia naval
WO2014174654A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 株式会社 日立製作所 風力発電装置
EP3073822B1 (en) 2013-11-27 2023-06-21 The Procter & Gamble Company Insect trap portion
WO2015192858A2 (en) * 2014-06-15 2015-12-23 Sharkas Mohamed Abdel Razek Ahmed Mohamed The mechanical battery
CN105275745A (zh) * 2014-07-07 2016-01-27 深圳市福田区青少年科技教育协会 自适应风向的风能发电机
JP5926428B2 (ja) * 2014-08-12 2016-05-25 西浦　信一 発電システム及び発電システム用往復運動機構
WO2016024520A1 (ja) * 2014-08-12 2016-02-18 西風技研株式会社 発電システム及び発電システム用往復運動機構
JP6510227B2 (ja) * 2014-12-17 2019-05-08 株式会社日立製作所 風力発電システム
JP6654821B2 (ja) * 2015-07-08 2020-02-26 Ntn株式会社 横軸風車
US9917362B2 (en) * 2015-07-20 2018-03-13 Viasat, Inc. Hemispherical azimuth and elevation positioning platform
JP6486245B2 (ja) * 2015-08-26 2019-03-20 住友重機械工業株式会社 風力発電設備及び第２制動装置
TWI645108B (zh) * 2015-08-27 2018-12-21 胡龍江 具有免動力自動追向功能之風力發電機
US9872403B2 (en) * 2015-09-02 2018-01-16 General Electric Company Electrical cabinet wall for an electrical cabinet of a wind turbine
US11384729B2 (en) 2016-05-11 2022-07-12 Crossed Arrows Ranch, Inc. Wind turbine
US20170328341A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Hawkeye Wind LLC Wind Turbine
CN106014866A (zh) * 2016-07-08 2016-10-12 兰州理工大学 一种风力发电机组传动装置
KR101834922B1 (ko) * 2016-07-18 2018-03-06 이동거 풍력발전장치
GB2552957A (en) * 2016-08-15 2018-02-21 Abdel Razek Sharkas Mohamed The mechanical battery
EP3409940B1 (en) * 2017-05-30 2022-08-24 General Electric Company Method for reducing loads during an idling or parked state of a wind turbine via yaw offset
WO2019017754A1 (ko) * 2017-07-21 2019-01-24 윤진목 풍력 발전기
JP2020528514A (ja) * 2017-07-21 2020-09-24 ユン, ジーン モクYoon, Jeen Mok 風力発電機
FR3081191B1 (fr) * 2018-05-18 2020-06-05 Centre National De La Recherche Scientifique Eolienne rabattable a axe vertical
CN108869184B (zh) * 2018-05-31 2020-10-02 泗县汉能诚信电气工程有限公司 一种具有防尘和风力发电功能的通讯基站
CN109357879B (zh) * 2018-10-10 2020-07-31 中国航发湖南动力机械研究所 对转桨扇试验装置及系统
FR3089491B1 (fr) * 2018-12-10 2021-05-28 Dietswell Eolienne, notamment une éolienne flottante ayant une stabilité améliorée.
CN109505735A (zh) * 2018-12-28 2019-03-22 苏州市职业大学 一种风力压电发电机
KR102039700B1 (ko) 2019-04-26 2019-11-01 배헌민 고출력 발전 와류풍차날개
KR102170798B1 (ko) 2019-08-29 2020-10-27 주식회사 씨엔스카이텍 고출력 발전 와류풍차날개
CN112145363B (zh) * 2019-10-08 2022-04-05 江苏卓海电气装备有限公司 一种磁悬浮风力发电机组
US11009010B1 (en) * 2020-04-21 2021-05-18 Look For The Power, Llc Wind-powered electric generator with base-mounted generator
US11306703B2 (en) 2020-05-01 2022-04-19 William Tolli Wind turbine drive train
JP7187593B2 (ja) 2021-02-08 2022-12-12 ソフトバンク株式会社 情報処理装置、プログラム、及び情報処理方法
ES2923099A1 (es) * 2021-03-12 2022-09-23 Ingecid Investig Y Desarrollo De Proyectos S L Aerogenerador.
US11754056B1 (en) 2021-03-26 2023-09-12 Hawk Spider Energy Corp. Dynamic mass torque generator
CN113060920A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 生态环境部华南环境科学研究所 一种农村户用式无动力粪尿分离收集装置
CN112922789A (zh) * 2021-04-20 2021-06-08 宁波爱思信息技术有限公司 一种塔架倾斜放置的水平轴风力机及风力发电机组
US11739733B2 (en) * 2021-06-23 2023-08-29 Wch Engineering Down-wind horizontal axis turbine apparatus and methods for making and using same
CN113417816A (zh) * 2021-08-03 2021-09-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种节地降载的风力发电系统
KR102701575B1 (ko) 2022-02-09 2024-09-02 주식회사 씨엔스카이텍 3차원 와류 발생의 여진력에 의한 진동 발전장치
CN118423234B (zh) * 2024-07-05 2024-09-13 国网甘肃省电力公司武威供电公司 一种新能源电力节能装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311435A (en) * 1979-10-01 1982-01-19 Ramon Bergero Balanced power transmission device
US4427342A (en) * 1981-10-15 1984-01-24 Wind Baron Corporation Straight line drive mechanism drivable by wind or other power source
WO1995021326A1 (fr) * 1994-02-07 1995-08-10 Evgeny Alexeevich Trushkov Systeme de production d'energie eolienne
ES2273609A1 (es) * 2006-06-30 2007-05-01 Gamesa Eolica S.A.U. Sistema de transmision para turbinas eolicas.

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191018516A (en) * 1910-08-05 1911-03-09 Edouard Herve Improvements in and relating to Windmills.
US1362700A (en) * 1920-01-27 1920-12-21 Orla L Huffman Power-transmitting device
JPS595886A (ja) * 1982-07-02 1984-01-12 Mitsubishi Electric Corp 風力発電装置
US4613760A (en) * 1984-09-12 1986-09-23 The English Electric Company Limited Power generating equipment
JPS61192869A (ja) * 1985-02-22 1986-08-27 Yamaha Motor Co Ltd 風力発電装置
JPS61152775U (zh) * 1985-03-13 1986-09-20
KR100444616B1 (ko) 2001-07-20 2004-08-16 이인우 태양광/풍력 복합 발전 시스템
JP3810723B2 (ja) * 2002-09-13 2006-08-16 三菱重工業株式会社 連環式翼通過面積調整装置を備えた風車
KR200279047Y1 (ko) 2002-03-11 2002-06-21 허현강 풍력발전장치
JP2005320865A (ja) * 2004-05-06 2005-11-17 Yasuhisa Choshoin 脱着式ギヤー回転増速伝導装置
US7276807B2 (en) * 2006-01-19 2007-10-02 General Electric Company Wind turbine dump load system and method
DE102009052493B3 (de) * 2009-11-11 2011-03-31 Ees Gmbh Windkraftanlage
KR101377818B1 (ko) * 2012-04-23 2014-03-26 조황 새로운 구조의 수평축 풍력 터빈 발전기와 그 운전 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311435A (en) * 1979-10-01 1982-01-19 Ramon Bergero Balanced power transmission device
US4427342A (en) * 1981-10-15 1984-01-24 Wind Baron Corporation Straight line drive mechanism drivable by wind or other power source
WO1995021326A1 (fr) * 1994-02-07 1995-08-10 Evgeny Alexeevich Trushkov Systeme de production d'energie eolienne
ES2273609A1 (es) * 2006-06-30 2007-05-01 Gamesa Eolica S.A.U. Sistema de transmision para turbinas eolicas.

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