CN107269464A - 一种摇曳式风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

针对现有技术中风力发电装置叶片重量大而造成的发电机寿命短的问题，本发明提供一种摇曳式风力发电装置，包括多根相邻叶片垂直设置且交错往复摆动的摆动组件、用于检测同一摆动组件顺风运动到位和逆风运动到位的检测元件、用于当检测元件检测摆动组件到位后驱动多根摆动组件同时绕自身轴线旋转90°或回转90°的旋转组件、用于将摆动组件的往复运动转变为旋转运动的输出组件、用于设置检测元件、旋转组件和输出组件的机架以及用于连接摆动组件与机架且随摆动组件摆动而转动的转动部。本发明无需特别大尺寸的叶片，减少成本和安装难度。由于采用曲轴输出，杜绝主轴震动，输出稳定，增加发动机寿命。

Description

一种摇曳式风力发电装置
技术领域
本发明属于风力发电装置领域，尤其涉及一种摇曳式风力发电装置。
背景技术
风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。风力发电，就是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过传动机构驱动发电机转动，从而达到发电的目的。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。传统的风力发电装置一般为水平轴风力发电装置，根据结构不同，可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电装置旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电装置。水平轴风力发电装置必须具有对风装置，这样可以随风向改变而转动。对于小型风力发电装置，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电装置，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。这种风力发电装置的迎风面较大，对风的利用率较高，但其存在以下不足之处：1、叶片尺寸较大，一般在40米左右，因此占用空间很大，而且巨大的叶片在旋转时产生的噪音也很大，限制了其安装位置；2、叶片尺寸大还会导致发电机轴向易受风力影响，较小的风力就要求发电机负担较大的轴向承载力，对发电机要求较高，导致成本的直接增加；3、发电机转轴不但需要承载叶片的巨大重量，叶片旋转后的受风面各处受力不均，还会使发电机径向受力不均，严重影响发电机使用寿命；4、发电机安装在铁塔顶端，发电机重量大、安装困难、安装维护费用高；5、因为其叶片较大，对材料要求较高，导致成本较高，而且较大的受风面在遇到大风或台风时，抵抗力较差，叶片容易损坏。
发明内容
针对现有技术中风力发电装置叶片重量大而造成的发电机寿命短的问题，本发明提供一种采用曲轴输出风能的摇曳式风力发电装置，可以降低风力发电设备的叶片重量，有效的解决上述问题。所述的一种摇曳式风力发电装置，其技术方案在于：包括多根相邻叶片垂直设置且交错往复摆动的摆动组件、用于检测同一摆动组件顺风运动到位和逆风运动到位的检测元件、用于当检测元件检测摆动组件到位后驱动多根摆动组件同时绕自身轴线旋转90°或回转90°的旋转组件、用于将摆动组件的往复运动转变为旋转运动的输出组件、用于设置检测元件、旋转组件和输出组件的机架以及用于连接摆动组件与机架且随摆动组件摆动而转动的转动部；
进一步的，所述的摆动组件包括叶片、一端连接叶片的摆杆、与摆杆另一端连接的下旋杆，其中，所述的摆杆与下旋杆之间设置有十字轴万向节；
其中， 所述的转动部包括设置在十字轴万向节上方的半球壳体、连通设置在半球壳体顶部且设置在摆杆外侧的直套筒以及设置在半球壳体球面最大直径处对称设置的转轴；其中，所述的转轴的方向与摆杆的摆动方向垂直；
其中，所述的机架包括腿部、设置在腿部上方的支撑板、均布在支撑板上的隔板；其中，所述的隔板的方向与摆杆的摆动方向平行，且隔板上设置有对应转轴的预留孔；
所述的机架还包括两块隔板两侧分别设置的两块用于设置检测元件的活动板和设置在活动板与支撑板之间的弹簧；所述的活动板铰接在支撑板上，且该活动板靠近摆动组件的一侧设置有用于限制活动板运动方向的限位块；
其中，所述的旋转组件包括设置在下旋杆外侧的用于防止下旋杆摆动的平衡筒、一端设置在下旋杆的圆柱面上的连接杆、设置在连接杆另一端的推杆以及用于推动推杆的动力单元；其中，所述的连接杆与摆杆的摆动方向平行；所述的限位筒设置于支撑板的下方；
优选的，所述的动力单元为对称设置在推杆两侧的不同时工作的气缸；
进一步的，所述的平衡筒内平行设置有两个与下旋杆配合的轴承；
进一步的，所述的下旋杆的端部设置有用于限制下旋杆轴向位置的定位环；
进一步的，所述的机架的腿部设置有用于支撑输出组件中曲轴箱体的支撑部；
进一步的，所述的机架中腿部的下方设置有用于调整摆动组件迎风的环形导轨；所述的腿部的下端设置有用于配合环形导轨的滚轮；
进一步的，所述的检测元件设置在任一个摆动组件对应的活动板上；所述的检测元件与动力单元均电连接至设置在支撑板上的电路板；
进一步的，所述的输出组件4中曲轴402的连杆曲颈的方向为相邻连杆曲颈之间的角度差为180°；
优选的，所述的摆动组件最大摆动角为60°。
本发明的有益效果是：本发明将传统的水平轴风力发电设备变成多组摆动组件连杆曲轴机构，将摆动组件的往复运动转变为旋转运动的输出，从而进行风力发电。具有以下优点：1.无需特别大尺寸的叶片，减少成本和安装难度；2.由于采用曲轴输出，杜绝主轴震动，输出稳定，增加发动机寿命；3.交错摆动可以抵抗很到的风力；4.在逆风动作时，与风向平行，减少叶片损坏几率。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是图1的俯视图；
图4是摆动组件示意图；
图5是两组摆动组件与转动部连接示意图；
图6是活动板与支撑板连接示意图；
图7是旋转组件与下旋杆连接示意图；
图8是曲轴示意图；
其中，1.摆动组件；2.检测元件；3.旋转组件；4.输出组件；5.机架；6.转动部；7.支撑部；101.叶片；102. 摆杆；103. 十字轴万向节；104.下旋杆；301.平衡筒；302.连接杆；303.推杆；304.动力单元；401.连杆；402.曲轴；403.曲轴箱体；501.腿部；502.支撑板；503.隔板；5031.预留孔；504.活动板；5041.限位块；505.弹簧；506.滚轮；507.环形导轨；601.半球壳体；602. 直套筒；603.转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明；
所述的一种摇曳式风力发电装置，其技术方案在于：包括多根相邻叶片垂直设置且交错往复摆动的摆动组件1、用于检测同一摆动组件1顺风运动到位和逆风运动到位的检测元件2、用于当检测元件2检测摆动组件1到位后驱动多根摆动组件1同时绕自身轴线旋转90°或回转90°的旋转组件3、用于将摆动组件1的往复运动转变为旋转运动的输出组件4、用于设置检测元件2、旋转组件3和输出组件4的机架5以及用于连接摆动组件1与机架5且随摆动组件1摆动而转动的转动部6；
需要明确的是：转动部6用于将摆动组件1连接到机架5上，而转动部6随摆动组件1摆动而转动，不随摆动组件1绕自身转动而转动。由于输出组件4能够将摆动组件1的往复运动转变为旋转运动的输出，增加了系统的稳定性；
具体实施方式1：如图1~8，所述的摆动组件1的数量为四个；
进一步的，所述的摆动组件1包括叶片101、一端连接叶片101的摆杆102、与摆杆102另一端连接的下旋杆104，其中，所述的摆杆102与下旋杆104之间设置有十字轴万向节103；
其中， 所述的转动部6包括设置在十字轴万向节103上方的半球壳体601、连通设置在半球壳体601顶部且设置在摆杆102外侧的直套筒602以及设置在半球壳体601球面最大直径处对称设置的转轴603；其中，所述的转轴603的方向与摆杆102的摆动方向垂直；
其中，所述的机架5包括腿部501、设置在腿部501上方的支撑板502、均布在支撑板502上的隔板503；其中，所述的隔板503的方向与摆杆102的摆动方向平行，且隔板503上设置有对应转轴603的预留孔5031；
所述的机架5还包括两块隔板503两侧分别设置的两块用于设置检测元件2的活动板504和设置在活动板504与支撑板502之间的弹簧505；所述的活动板504铰接在支撑板502上，且该活动板504靠近摆动组件1的一侧设置有用于限制活动板504运动方向的限位块5041；
其中，所述的旋转组件3包括设置在下旋杆104外侧的用于防止下旋杆104摆动的平衡筒301、一端设置在下旋杆104的圆柱面上的连接杆302、设置在连接杆302另一端的推杆303以及用于推动推杆303的动力单元304；其中，所述的连接杆302与摆杆102的摆动方向平行；所述的限位筒301设置于支撑板502的下方；
其中，所述的输出组件4包括一端铰接在直套筒602上的连杆401、连杆401另一端连接的曲轴402以及用于设置曲轴402的曲轴箱体403；
需要明确的是：十字轴万向节103是连接摆杆102与下旋杆104的主要器件，其可以使摆杆102沿十字轴万向节103的轴进行摆动，摆杆102上连接叶片101后就可以实现顺风摆动的功能；
需要明确的是：半球壳体601设置在十字轴万向节103上方，一方面摆杆102连接直套筒602后可以通过半球壳体601球面最大直径处对称设置的转轴603进行摆动，而且，半球壳体601可以为十字轴万向节103抵挡灰尘或雨雪，延长使用寿命；
需要明确的是：两块隔板503两侧分别设置的两块用于设置检测元件2的活动板504构成了环绕摆动组件1的方形框，而且面对摆动组件1摆动的方向上的分别是两块活动板504，而且活动板504是铰接在支撑板502上，又设置有限位块5041保证了活动板504只能被弹簧505拉至垂直支撑板502的位置，面向摆动组件1的摆动方向。当摆动组件1中的摆杆102摆动到一定角度时，触碰到活动板504上的检测元件2，但是由于惯性的作用和设备精度的问题，摆杆102可能到达检测元件2的位置后继续向前，此时，活动板504会拉伸弹簧505随着摆杆102向前运动，减少了噪声以及设备碰损的几率。摆杆102向回摆时，弹簧505会收缩，促使活动板504复位；
需要明确的是：由于转动部6随摆动组件1摆动而转动，不随摆动组件1绕自身转动而转动，所以连杆401与直套筒602铰接，随着摆动组件1的摆动而带动连杆401运动，从而使曲轴402转动，再从曲轴箱体403中旋转运动输出；
优选的，所述的动力单元304为对称设置在推杆303两侧的不同时工作的气缸；
需要明确的是：气缸具有快速准确的优点，满足本申请技术方案的要求。而且位于推杆303两侧的气缸可以交替工作。气缸推出的距离可以根据实际情况调整；
进一步的，所述的平衡筒301内平行设置有两个与下旋杆104配合的轴承；
需要明确的是：平衡筒301内平行设置有两个与下旋杆104配合的轴承可以使下旋杆104在转动时转动平稳，不会晃动。而且，轴承与下旋杆104的配合可以防止下旋杆104向下运动；
进一步的，所述的下旋杆104的端部设置有用于限制下旋杆104轴向位置的定位环；
需要明确的是：定位环的作用是防止下旋杆104从轴承中脱出，为现有技术，本文不再赘述；
进一步的，所述的机架5的腿部501设置有用于支撑输出组件4中曲轴箱体403的支撑部7；
进一步的，所述的机架5中腿部501的下方设置有用于调整摆动组件1迎风的环形导轨507；所述的腿部501的下端设置有用于配合环形导轨507的滚轮506；
需要明确的是：风力发电机一般都配置可以调整风力发电部分迎风的机构，为现有技术；
进一步的，所述的检测元件2设置在任一个摆动组件1对应的活动板504上；所述的检测元件2与动力单元304均电连接至设置在支撑板502上的电路板；
需要明确的是：检测元件2为行程开关或到位开关或相关元件，其与电路板连接，电路板通过接收检测元件2检测到的到位信息，对动力单元304做出开/关的指令；
优选的，所述的输出组件4中曲轴402中的连杆曲颈的方向为相邻连杆曲颈之间的角度差为180°；
需要明确的是：输出组件4中曲轴402连杆曲颈的数量与摆动组件1的数量对应，同时连杆曲颈按上述方案设置可以使曲轴402的转动更加平稳，不会出现卡顿现象，增加使用寿命；
优选的，所述的摆动组件1中的摆杆102的最大摆动角为60°。
本发明的工作过程：位于一端的叶片101在迎风时是垂直风向设置，当顺风摆动到位时触发检测元件2，电路板检测检测元件2的状态并发出指令，使旋转组件3中的动力单元304推动推杆303，使摆动组件1绕自身轴线旋转90度，使叶片101平行风向设置。由于各个摆动组件1同时连接到同一根曲轴402上，此时至少相邻该摆动组件1正在顺风摆动，带动该平行风向的叶片101摆动到另一端的检测元件2位置，触发检测元件2的到位信号，电路板发出信号使另一侧的动力单元304向回推动推杆303，使得该摆动组件1绕自身轴线回转90度，带动叶片101变成垂直风向，再次迎风，重复上述动作，驱动曲轴402转动，形成转动输出。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：包括多根相邻叶片垂直设置且交错往复摆动的摆动组件（1）、用于检测同一摆动组件（1）顺风运动到位或逆风运动到位的检测元件（2）、用于当检测元件（2）检测摆动组件（1）到位后驱动多根摆动组件（1）同时绕自身轴线旋转90°或回转90°的旋转组件（3）、用于将摆动组件（1）的往复运动转变为旋转运动的输出组件（4）、用于设置检测元件（2）、旋转组件（3）和输出组件（4）的机架（5）以及用于连接摆动组件（1）与机架（5）且随摆动组件（1）摆动而转动的转动部（6）。
2.根据权利要求1所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的摆动组件（1）包括叶片（101）、一端连接叶片（101）的摆杆（102）、与摆杆（102）另一端连接的下旋杆（104），其中，所述的摆杆（102）与下旋杆（104）之间设置有十字轴万向节（103）；
其中， 所述的转动部（6）包括设置在十字轴万向节（103）上方的半球壳体（601）、连通设置在半球壳体（601）顶部且设置在摆杆（102）外侧的直套筒（602）以及设置在半球壳体（601）球面最大直径处对称设置的转轴（603）；其中，所述的转轴（603）的方向与摆杆（102）的摆动方向垂直；
其中，所述的机架（5）包括腿部（501）、设置在腿部（501）上方的支撑板（502）、均布在支撑板（502）上的隔板（503）；其中，所述的隔板（503）的方向与摆杆（102）的摆动方向平行，且隔板（503）上设置有对应转轴（603）的预留孔（5031）；
所述的机架（5）还包括两块隔板（503）两侧分别设置的两块用于设置检测元件（2）的活动板（504）和设置在活动板（504）与支撑板（502）之间的弹簧（505）；所述的活动板（504）铰接在支撑板（502）上，且该活动板（504）靠近摆动组件（1）的一侧设置有用于限制活动板（504）运动方向的限位块（5041）；
其中，所述的旋转组件（3）包括设置在下旋杆（104）外侧的用于防止下旋杆（104）摆动的平衡筒（301）、一端设置在下旋杆（104）的圆柱面上的连接杆（302）、设置在连接杆（302）另一端的推杆（303）以及用于推动推杆（303）的动力单元（304）；其中，所述的连接杆（302）与摆杆（102）的摆动方向平行；所述的限位筒（301）设置于支撑板（502）的下方；
其中，所述的输出组件（4）包括一端铰接在直套筒（602）上的连杆（401）、连杆（401）另一端连接的曲轴（402）以及用于设置曲轴（402）的曲轴箱体（403）。
3.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的动力单元（304）为对称设置在推杆（303）两侧的不同时工作的气缸。
4.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的平衡筒（301）内平行设置有两个与下旋杆（104）配合的轴承。
5.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的下旋杆（104）的端部设置有用于限制下旋杆（104）轴向位置的定位环。
6.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的机架（5）的腿部（501）设置有用于支撑输出组件（4）中曲轴箱体（403）的支撑部（7）。
7.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的机架（5）中腿部（501）的下方设置有用于调整摆动组件（1）迎风的环形导轨（507）；所述的腿部（501）的下端设置有用于配合环形导轨（507）的滚轮（506）。
8.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的检测元件（2）设置在任一个摆动组件（1）对应的活动板（504）上；所述的检测元件（2）与动力单元（304）均电连接至设置在支撑板（502）上的电路板。
9.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的输出组件（4）中曲轴（402）的连杆曲颈的方向为相邻连杆曲颈之间的角度差为180°。
10.根据权利要求2所述的一种摇曳式风力发电装置，其特征在于：所述的摆动组件（1）中的摆杆（102）的最大摆动角为60°。
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