CN103590977A

CN103590977A - 双驱动发电系统

Info

Publication number: CN103590977A
Application number: CN201210289333.1A
Authority: CN
Inventors: 王文平; 姚利斌; 于晨光
Original assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Current assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明提供一种双驱动发电系统。所述双驱动发电系统包括：风力叶轮组、潮流叶轮组及发电机组；其中，所述发电机组包括：定子和转子；所述风力叶轮组的输出端与所述定子的输入端连接，所述潮流叶轮组的输出端与所述转子的输入端连接；或者所述风力叶轮组的输出端与所述转子的输入端连接，所述潮流叶轮组的输出端与所述定子的输入端连接；所述风力叶轮组的输出端的旋转方向与所述潮流叶轮组的输出端的旋转方向相反。本发明提供的实施例将风能和潮流能两种能源有效的结合起来，解决了现有风力发电机在近海风场中发电效率低的问题，极大的提高了能源转化的效率，使近海能源的利用成为了可能。

Description

双驱动发电系统

技术领域

本发明涉及发电技术，尤其涉及一种双驱动发电系统。

背景技术

在近海区域，海风、潮流等能源蕴含了大量的能量有待开发利用。目前，风能发电系统还不能有效地利用这些能源，因而海上风力发电的发展长期处于停滞状态。其主要原因在于：近海区域的风力极不稳定，且相对内陆风场风力较小，因此在近海风场安装现有的风力发电机，其发电效率较低，建立海上风场的可行性较差。

发明内容

本发明提供一种双驱动发电系统，以提高发电效率。

本发明提供一种双驱动发电系统，包括：风力叶轮组、潮流叶轮组及发电机组；其中，

所述发电机组包括：定子和转子；

所述风力叶轮组的输出端与所述定子的输入端连接，所述潮流叶轮组的输出端与所述转子的输入端连接；或者，所述风力叶轮组的输出端与所述转子的输入端连接，所述潮流叶轮组的输出端与所述定子的输入端连接；

所述风力叶轮组的输出端的旋转方向与所述潮流叶轮组的输出端的旋转方向相反。

由上述技术方案可知，本发明提供的实施例通过设置风力叶轮组和潮流叶轮组，实现发电机组的定子和转子分别以相反的方向旋转，使得定子和转子之间切割磁感线的效率成倍提高，进而提高了发电效率。本发明提供的实施例将风能和潮流能两种能源有效的结合起来，解决了现有风力发电机在近海风场中发电效率低的问题，极大的提高了能源转化的效率，使近海能源的利用成为了可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的双驱动发电系统实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的双驱动发电系统实施例二的结构示意图；

图3为本发明提供的双驱动发电系统实施例中所述风力叶轮组的一具体实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的双驱动发电系统实施例中所述潮流叶轮组的一具体实施例的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的所述潮流叶轮组中的所述单向传动机构的结构示意图以及所述单向传动机构在第一种驱动情况下的旋转方向示意图；

图6为本发明实施例提供的所述潮流叶轮组中的所述单向传动机构的第一棘轮与第二棘轮的结构示意图以及第一棘轮与所述第二棘轮的内轮和外轮的旋转方向示意图；

图7为本发明实施例提供的所述潮流叶轮组中的所述单向传动机构的结构示意图以及所述单向传动机构在第二种驱动情况下的旋转方向示意图；

图8为本发明实施例提供的所述潮流叶轮组中的所述单向传动机构的第一棘轮与第二棘轮的结构示意图以及第一棘轮与所述第二棘轮的内轮和外轮的旋转方向示意图；

图9为本发明实施例提供的所述潮流叶轮组中的所述单向传动机构的换向机构的结构示意图；

图10为本发明提供的双驱动发电系统实施例三的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

以下结合附图以实施例的方式进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供的双驱动发电系统实施例一的结构示意图。如图1中所示，所述的双驱动发电系统包括：风力叶轮组2、潮流叶轮组1及发电机组3。其中，所述发电机组3包括：定子301和转子302。所述风力叶轮组2的输出端与所述定子301的输入端连接，所述潮流叶轮组1的输出端与所述转子302的输入端连接。所述风力叶轮组2的输出端的旋转方向与所述潮流叶轮组1的输出端的旋转方向相反。

或者，如图2所示，本发明提供的双驱动发电系统实施例二的结构示意图。如图中所示，本实施例二与实施例一类似，不同之处仅在于风力叶轮组和潮流叶轮组与发电机组的连接方式。具体地，实施例二中所述风力叶轮组2的输出端与所述转子302的输入端连接，所述潮流叶轮组1的输出端与所述定子301的输入端连接。所述风力叶轮组2的输出端的旋转方向与所述潮流叶轮组1的输出端的旋转方向相反。

上述两个实施例中所述的风力叶轮组可采用现有技术中的风力发电机中的相应结构，风力叶轮组的类型可以依据具体情况而定，不限定于垂直轴型或者水平轴型。

海水运动包括潮汐和潮流，潮汐是指海面的垂直方向涨落，潮流是指海水在水平方向的流动，尤其是在涨潮或者落潮时，海水的潮流非常明显。因此，本发明提供的上述两个实施例通过风力叶轮组和潮流叶轮组来分别驱动发电机组的定子和转子（或转子和定子）进行相对转动，即反方向转动，使得定子和转子之间切割磁感线的效率成倍提高，进而提高了发电效率。本发明提供的上述两个实施例充分的利用了风能及潮流能，解决了现有风力发电机在近海风场中发电效率低的问题，极大的提高了能源转化的效率，使近海能源的利用成为了可能。

进一步地，上述实施例一和实施例二中所述的风力叶轮组还可以采用如下结构。如图3中所示，所述风力叶轮组包括：第一叶轮201和第一变速机构202。其中，所述第一叶轮201的第一轮轴221与所述第一变速机构202的输入端连接。所述第一变速机构202的输出端与所述发电机组的定子301的输入端连接；或者所述第一变速机构202的输出端与所述发电机组的转子302的输入端连接（图中未示出）。具体地，所述第一叶轮201包括第一轮轴221和沿所述第一轮轴221横截面的周向均布的至少两个风力叶片211。

进一步地，上述各实施例中所述的潮流叶轮组可采用如图4所示的结构。如图4中所示，所述潮流叶轮组包括：至少一个第二叶轮101、单向动力传动机构102、换向机构104和第二变速机构103。其中，所述第二叶轮101的第二轮轴111与所述单向动力传动机构102的输入端连接。所述单向动力传动机构102的输出端通过所述换向机构104与所述第二变速机构103的输入端连接。所述第二变速机构103的输出端与所述发电机组的转子302的输入端连接；或者所述第二变速机构103的输出端与所述发电机组的定子301的输入端连接（图中未示出）。具体地，所述第二叶轮101包括：第二轮轴111及沿所述第二轮轴111横截面的周向均布的至少两个波轮叶片121。

由于潮流并不是定向的运动，而是无规律的往复运动。因此，为了避免潮流叶轮组输出的动力也为往复运动而降低双驱动发电系统的发电效率，并影响双驱动发电系统的使用寿命，本发明提供的上述实施例中，所述潮流叶轮组中设置了所述单向动力传动机构，以使所述潮流叶轮组输出的动力为单向动力，以进一步提高发电效率。

如图5中所示，本发明提供的所述单向动力传动机构实施例的结构示意图。如图中所示，所述单向动力传动机构包括：第三轮轴6、第四轮轴8、第五轮轴11、第一齿轮4、第二齿轮7、第三齿轮9、第一棘轮5、第二棘轮10、传动轮16及传动轴17。其中，所述第一齿轮4设置在所述第三轮轴6上，且所述第一齿轮4与所述第三轮轴6同步转动。所述第二齿轮7设置在所述第四轮轴8上，且所述第二齿轮7与所述第四轮轴8同步转动。所述第四轮轴8为所述单向动力传动机构的输入端。所述第三齿轮9设置在所述第五轮轴11上，所述第三齿轮9与所述第五轮轴11同步转动。所述第一齿轮4与所述第二齿轮7相互啮合。所述第二齿轮7与所述第三齿轮9相互啮合。其中，所述第一棘轮5可采用如图6所示的结构。如图6所示，所述第一棘轮5包括设置在所述第三轮轴上的第一内轮501、第一外轮502以及设置在所述第一内轮501和所述第一外轮502之间的至少一个第一棘爪503。所述第一内轮501与所述第三轮轴6同步转动，所述第一棘爪503设置在所述第一内轮501的外壁上。所述第一外轮的外周设有轮齿5021，所述第一外轮的内周设有与所述第一棘爪503配合使用驱动所述第一棘轮5的第一外轮502沿第一方向旋转的棘齿5022。图6示出的实施例中第一方向12为顺时针。所述第二棘轮10的结构可采用同所述第一棘轮5的结构。具体地，如图6中所示，所述第二棘轮10包括设置在所述五轮轴11上的第二内轮1001、第二外轮1002以及设置在所述第二内轮1001和所述第二外轮1002之间的至少一个第二棘爪1003。所述第二内轮1001与所述第五轮轴11同步转动，所述第二棘爪1003设置在所述第二内轮1001的外壁上。所述第二外轮1002的外周设有轮齿5021，所述第二外轮1002的内周设有与所述第二棘爪1003配合使用驱动所述第二棘轮10的第二外轮1002沿第二方向旋转的棘齿5022。图6示出的实施例中所述第二方向13为逆时针。所述第一方向12和所述第二方向13反向。所述第一棘轮5的第一外轮502与所述第二棘轮10的第二外轮1002啮合。所述传动轮16设置在所述传动轴17上，所述传动轮16与所述传动轴17同步转动。所述传动轮16与所述第一棘轮5的第一外轮502或所述第二棘轮10的第二外轮1002啮合。所述传动轴17为所述单向动力传动机构的输出端。具体地，上述实施例中所述的换向机构可采用图9中所示的结构。如图9中所示，所述换向机构包括：第一锥齿轮18、第二锥齿轮19、第三锥齿轮22、第四锥齿轮23、第一换向轴24和第二换向轴25。其中，所述第一锥齿轮18设置在所述传动轴17上。所述第二锥齿轮19设置在所述第一换向轴24的一端，且所述第一换向轴24与所述传动轴17的轴线正交。所述第三锥齿轮22设置在所述第二换向轴24的另一端。所述第四锥齿轮23设置在所述第二换向轴25上，且所述第二换向轴与25所述第一换向轴24的轴线正交。所述第二换向轴25经联轴器或其他连接机构与所述第二变速机构的输入端连接。

上述单向动力传动机构的工作过程如下：

如图4、图5和图6所示，当潮流驱使潮流叶轮组中的第二叶轮101顺时针转动时，所述第二叶轮101输出的顺时针旋转动力经所述第四轮轴8驱动所述第二齿轮7顺时针旋转。与所述第二齿轮7啮合的所述第一齿轮4和第三齿轮9均逆时针旋转，如图5所示。第五轮轴11与所述第三齿轮9同步逆时针旋转。所述第五轮轴11驱动设置在所述第五轮轴11上的第二棘轮10的第二内轮1001逆时针旋动。设置在所述第二内轮1001上的第二棘爪1003驱动所述第二棘轮10的第二外轮1002作逆时针旋转运动。所述第二棘轮10的第二外轮1002驱动传动轮16顺时针旋转，所述传动轴17与所述传动轮16同步旋转输出动力，所述传动轴17为所述单向动力传动机构的输出端。所述传动轴17通过经换向装置104将动力传输至所述第二变速机构103，如图4所示，以驱动所述发电机组的转子302转动。同时，第三轮轴6在第一齿轮4的驱动下逆时针旋转。设置在所述第三轮轴6上的第一棘轮5的第一内轮501同所述第三轮轴6一起逆时针转动，所述第一棘轮5的第一棘爪503与所述第一棘轮5的第一外轮502内周上设置的棘齿产生不了作用力，即逆时针转动的第一内轮501不会干涉第一外轮502的旋转，所述第一棘轮5的第一外轮502在所述第二棘轮10的第二外轮1002的驱动下顺时针旋转。

如图4、图7和图8所示，当潮流驱使潮流叶轮组中的第二叶轮101逆时针转动时，所述第二叶轮101输出的逆时针旋转动力经所述第四轮轴8驱动所述第二齿轮7逆时针旋转。与所述第二齿轮7啮合的所述第一齿轮4和第三齿轮9均顺时针旋转，如图7所示。第五轮轴11与所述第三齿轮9同步顺时针旋转。所述第五轮轴11驱动设置在所述第五轮轴11的第二棘轮10的第二内轮1001顺时针旋动。设置在所述第二内轮1001上的第二棘爪1003与所述第二棘轮10的第二外轮1002内周上设置的棘齿5022产生不了作用力，即顺时针转动的第二内轮1001不会干涉第二外轮1002的旋转。同时，第三轮轴6在第一齿轮4的驱动下顺时针旋转。设置在所述第三轮轴6上的第一棘轮5的第一内轮501同所述第三轮轴6一起顺时针转动。设置在所述第一棘轮5的第一内轮501上的第一棘爪503驱动所述第一棘轮5的第一外轮502顺时针旋转。所述第一棘轮5的第一外轮502驱动与其啮合的所述第二棘轮10的第二外轮1002逆时针旋转，所述第二棘轮10的第二外轮1002仍然是作逆时针旋转运动。同样地，所述第二棘轮10的第二外轮1002驱动传动轮16顺时针旋转，所述传动轴17与所述传动轮16同步旋转输出动力，所述传动轴17为所述单向动力传动机构的输出端。所述传动轴17通过经换向装置104将动力传输至所述第二变速机构103，如图4所示，以驱动所述发电机组的转子302转动。

由上述内容可知，潮流叶轮组中所述第二叶轮在潮流的驱动下进行顺时针、逆时针的往复转动时，通过本实施例所提供的所述单向动力传动机构转化为稳定输出的逆时针转动或顺时针转动。上述实施例中仅示出了单向动力传动机构输出为逆时针的情况。当然，本实施例中所述的单向动力传动机构可通过改变上述第一棘轮和第二棘轮中棘齿和棘爪的结构，即可实现顺时针方向的输出。

再进一步地，本发明提供的所述双驱动发电系统各实施例中所述发电机组的定子，可以设计为线圈组成的电磁体。所述发电机组的转子采用现有技术中的转子，即也为线圈组成的电磁体。所述定子和转子均采用线圈组成的电磁体，通过对定子或转子的线圈通电，使得转子或者定子产生磁场。这样就可以根据需要即时的变更转子和定子的角色。若将定子线圈通电，定子会产生磁场，通过转子的转动切割磁感线能够发电；若将转子线圈通电，转子会产生磁场，通过定子的转动切割磁感线同样能够发电。

如图10所示，本发明提供的所述双驱动发电系统的一个具体实现实施例。如图10中所示，所述双驱动发电系统还包括：基座14以及通过所述基座14固定的塔筒15。所述风力叶轮组2及所述发电机组3均设置在所述塔筒15的顶部。所述潮流叶轮组1设置在所述塔筒15上，其中，所述潮流叶轮组1的所述第二叶轮101和所述单向动力传动机构102处于所述风力叶轮组2的下方。所述潮流叶轮组1的所述第二叶轮101设置在所述塔筒15的中部或下部。所述第二变速机构103设置在所述塔筒15的顶部，以使所述第二变速机构103输出端与所述发电机组的定子301（图中未示出）或转子302连接。当然，所述第二变速机构也可设置在所述风力叶轮组的下方，所述第二变速机构的输出端再通过传动机构与所述发电机组的定子或转子连接。具体地，所述风力叶轮组与所述潮流叶轮组的设置位置可依据实际的地理情况设定。图10所示的本实施例是以风力叶轮组的旋转轴为水平轴为例，本实施例还可以是以风力叶轮组的旋转轴为垂直轴的情况。

在实际安装时，塔筒15可建设于海水中，其底部通过基座14固定在海底，其顶部高于海平面。潮流叶轮组1的第二叶轮应安装在塔筒15的中部或者下部，使所示第二叶轮位于海面附近，且所述第二叶轮的波片中部分波片淹没在海面以下，部分波片位于海面以上，且潮流叶轮组1的第二轮轴111的轴向与潮流的流动方向大致垂直。这样，潮流的水平往复流动是沿第二轮轴111的径向，即垂直于图10纸面的方向，驱使潮流叶轮组1的波片进行顺时针和逆时针相互交替的往复转动，并由第二轮轴111将顺时针和逆时针往复交替转动输出给单向动力传动机构102。所述单向动力传动机构102将往复转动转化为统一的顺时针转动或逆时针转动。所述单向动力传动机构102通过换向机构104将动力传输至所述第二变速机构103。所述第二变速机构103将输入端的转速进行调节，将调节后的旋转动力输出至发电机组的转子302（如图中所示），或定子301（图中未示出）。

更进一步地，海域能源除了风能和潮流能外，还可利用太阳能为本发明提供的所述双驱动发电系统中的定子或转子等元件供电，所述太阳能可作为备用电源。因此，本发明所述双驱动发电系统还包括：太阳能电池板。所述太阳能电池板设置在所述塔筒外壁上，所述太阳能电池板通过逆变器与所述定子或所述转子的电能输入端连接。

其中，上述各实施例中所述双驱动发电系统还包括：用于对所述风力叶轮组中的风力叶片进行攻角调整的变桨系统。所述变桨系统通过调整叶片的攻角，可以实现叶片的迎风面始终为最大面积，且无论风向如何改变，始终能够以同一个方向转动。当然，同上述实施例所述双驱动发电系统中设有太阳能电池板，则所述变桨系统的供电可由太阳能发出的电来提供。具体地，所述变桨系统的电能输入端通过所述逆变器与所述太阳能电池板连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种双驱动发电系统，其特征在于，包括：风力叶轮组、潮流叶轮组及发电机组；其中，

所述发电机组包括：定子和转子；

2.根据权利要求1所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述风力叶轮组包括：第一叶轮和第一变速机构；其中，

所述第一叶轮的第一轮轴与所述第一变速机构的输入端连接；

所述第一变速机构的输出端与所述定子或所述转子的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述第一叶轮包括所述第一轮轴和沿所述第一轮轴横截面的周向均布的至少两个风力叶片。

4.根据权利要求1至3任一所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述潮流叶轮组包括：至少一个第二叶轮、单向动力传动机构、换向机构和第二变速机构；其中，

所述第二叶轮的第二轮轴与所述单向动力传动机构的输入端连接；

所述单向动力传动机构的输出端通过所述换向机构与所述第二变速机构的输入端连接；

所述第二变速机构的输出端与所述转子或所述定子的输入端连接。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述第二叶轮包括：所述第二轮轴及沿所述第二轮轴横截面的周向均布的至少两个波轮叶片。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述单向动力传动机构包括：第三轮轴、第四轮轴、第五轮轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第一棘轮、第二棘轮、传动轮及传动轴；其中，

所述第一齿轮设置在所述第三轮轴上，所述第一齿轮与所述第三轮轴同步转动；

所述第二齿轮设置在所述第四轮轴上，所述第二齿轮与所述第四轮轴同步转动；

所述第四轮轴为所述单向动力传动机构的输入端；

所述第三齿轮设置在所述第五轮轴上，所述第三齿轮与所述第五轮轴同步转动；

所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合；

所述第二齿轮与所述第三齿轮相互啮合；

所述第一棘轮包括设置在所述第三轮轴上的第一内轮、第一外轮以及设置在所述第一内轮和所述第一外轮之间的至少一个第一棘爪，所述第一内轮与所述第三轮轴同步转动，所述第一棘爪设置在所述第一内轮的外壁上，所述第一外轮的外周设有轮齿，所述第一外轮的内周设有与所述第一棘爪配合使用驱动所述第一外轮沿第一方向旋转的第一棘齿；

所述第二棘轮包括设置在所述五轮轴上的第二内轮、第二外轮以及设置在所述第二内轮和所述第二外轮之间的第二棘爪，所述第二内轮与所述第五轮轴同步转动，所述第二棘爪设置在所述第二内轮的外壁上，所述第二外轮的外周设有轮齿，所述第二外轮的内周设有与所述第二棘爪配合使用驱动所述第二外轮沿第二方向旋转的棘齿；

所述第一方向和所述第二方向反向；

所述第一棘轮的第一外轮与所述第二棘轮的第二外轮啮合；

所述传动轮设置在所述传动轴上，所述传动轮与所述传动轴同步转动，所述传动轮与所述第一棘轮的第一外轮或所述第二棘轮的第二外轮啮合；

所述传动轴为所述单向动力传动机构的输出端。

7.根据权利要求1－6中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，所述发动机组的定子为线圈组成的电磁体，所述发动机组的转子为线圈组成的电磁体。

8.根据权利要求1－7中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，还包括：基座以及通过所述基座固定的塔筒；

所述风力叶轮组设置在所述塔筒的顶部；

所述第二叶轮和所述单向动力传动机构设置在所述塔筒上，并处于所述风力叶轮组的下方；

所述第二变速机构设置在所述塔筒的顶部；

所述换向机构处于所述单向动力传动机构与所述第二变速机构之间。

9.根据权利要求1－8中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，还包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述塔筒外壁上，所述太阳能电池板通过逆变器与所述定子或所述转子的电能输入端连接。

10.根据权利要求1－9中任一项所述的双驱动发电系统，其特征在于，还包括：用于对所述风力叶轮组中的风力叶片进行攻角调整的变桨系统，所述变桨系统的电能输入端通过所述逆变器与所述太阳能电池板连接。