CN109555647A - 一种可自动偏航的水平轴风力发电机 - Google Patents

一种可自动偏航的水平轴风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其能解决现有水平轴风力发电机的整体重量较重，导致风力发电机的能耗增加的问题。其包括偏航机构、发电机、轮毂、风叶和轮毂压板；偏航机构的机壳包括圆筒状壳体和背包，圆筒状壳体的直径等于发电机的罩壳外径，罩壳同轴固接在圆筒状壳体的前端面上，发电机的主轴前端伸出罩壳后配合插入轮毂，轮毂压板同时与轮毂的前端面和主轴的前端面固接；背包呈底部开口的桶状结构，背包罩扣安装在圆筒状壳体上方的安装孔上且其底部与圆筒状壳体的侧壁贴合；偏航电机呈竖向设置并安装在回转组件上方，偏航电机和回转组件位于圆筒状壳体内且偏航电机的上端由上方的安装孔伸入背包。

Description

一种可自动偏航的水平轴风力发电机
技术领域
本发明涉及发电设备领域，具体为一种可自动偏航的水平轴风力发电机。
背景技术
风能是一种可再生的清洁能源，利用风能进行发电已经广泛应用于各行各业。风力发电机根据主轴安装方式的不同可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。目前，大部分的风力发电机均为水平轴风力发电机。
现有的水平轴风力发电机主要包括风叶、发电机和偏航机构，风叶通过轮毂安装在发电机的主轴上，发电机整体安装在偏航机构的机壳上，偏航机构的机壳内设有偏航电机和回转组件，回转组件可在偏航电机的驱动下绕着塔杆轴向回转，机壳与回转组件连接从而可与回转组件一起回转。当遇到暴风、强阵风、强台风等恶劣天气时，偏航电机即可驱动发电机和风叶自动偏航，从而避免恶劣天气对风力发电机造成损坏。
但偏航机构的机壳通常为圆筒状机壳，为了能容纳偏航电机和回转组件，机壳的直径做的很大，导致机壳的体积大，重量重且安装不便。此外，轮毂与风机主轴之间通常需要通过法兰连接，即需要在轮毂的端面上成型主轴连接法兰，在主轴的端面上成型轮毂连接法兰，再将主轴连接法兰和轮毂连接法兰通过螺栓连接，此种结构需要在轮毂和主轴上都成型相应的法兰，导致轮毂和主轴的重量重。从而造成风力发电机的整体重量增加，进而导致风力发电机的能耗增加。
发明内容
针对现有水平轴风力发电机的整体重量较重，导致风力发电机的能耗增加的技术问题，本发明提供了一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其重量轻，安装方便，节能效果好。
其技术方案是这样的：一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其包括偏航机构、发电机、轮毂和安装在所述轮毂上的风叶，所述偏航机构包括机壳和位于所述机壳内的偏航电机和回转组件，所述偏航电机用于驱动所述回转组件的回转部绕所述回转组件的回转中心部转动，其特征在于：其还包括轮毂压板；所述机壳包括圆筒状壳体和背包，所述圆筒状壳体水平设置且其直径等于所述发电机的罩壳外径，所述罩壳同轴固接在所述圆筒状壳体的前端面板上，所述发电机的主轴前端伸出所述罩壳后配合插入所述轮毂的内孔，所述轮毂压板同时与所述轮毂的前端面和所述主轴的前端面固接；所述圆筒状壳体的顶部和底部分别开设有安装孔；所述背包呈底部开口的桶状结构，所述背包罩扣安装在上方的所述安装孔上且其底部与所述圆筒状壳体的侧壁贴合；所述偏航电机呈竖向设置并安装在所述回转组件上方，所述偏航电机和所述回转组件位于所述圆筒状壳体内且所述偏航电机的上端由上方的所述安装孔伸入所述背包，所述回转部与所述圆筒状壳体的内壁固接，所述回转中心部的下端由下方的所述安装孔伸出。
其进一步特征在于：
其还包括控制器、风速仪和风向仪，所述背包的底部一侧与所述圆筒状壳体铰接，底部另一侧与所述圆筒状壳体可拆卸连接，所述背包上方的左右两侧分别设有支架，所述风速仪和所述风向仪分别安装在两个所述支架上，所述控制器分别与所述风速仪、所述风向仪和所述偏航电机电控连接。
所述主轴包括由前至后依次同轴固接为一体的插装部、底座和连接部，所述连接部设置在所述罩壳内且其两端分别与所述罩壳转动连接，所述连接部上固定安装有转子磁钢，所述罩壳的内壁上对应所述转子磁钢固定有定子线圈；所述插装部和所述底座位于所述罩壳外部，所述插装部为直径由前向后逐渐增大的锥形轴，所述底座呈圆形且其直径大于所述插装部的最大直径，所述轮毂的内孔为直径由前向后逐渐增大的锥形孔，所述插装部配合插入所述轮毂的内孔且所述轮毂的后侧面靠在所述底座上。
所述轮毂的前端面沿其周向均布开设有螺孔一，所述主轴的前端面沿其周向均布开设有螺孔二，所述轮毂压板上对应所述螺孔一和所述螺孔二分别开设有通孔一和通孔二，所述轮毂压板通过装配在所述通孔一和所述螺孔一内的螺钉一固定在所述轮毂上，并通过装配在所述通孔二和所述螺孔二内的螺钉二与所述主轴固接。
所述轮毂包括中心套筒和与所述风叶数量一致的带颈法兰，所述带颈法兰沿所述中心套筒的周向均布设置且其颈部与所述中心套筒的侧壁固接，所述风叶一一对应安装在所述带颈法兰上。
所述圆筒状壳体的后端面板为由后向前倾斜的斜面，且所述后端面板与所述圆筒状壳体的侧壁可拆卸连接。
所述回转部包括中心轴、支撑板和小齿轮，所述回转中心部包括底座和大齿轮，所述大齿轮水平设置并固接在所述底座的顶面上；所述底座设有中心通孔，所述中心轴同轴插入所述中心通孔且其下端与所述底座转动连接，所述中心轴的上端与所述大齿轮转动连接，所述支撑板位于所述大齿轮上方并水平固接在所述中心轴上，所述偏航电机固定安装在所述支撑板上，所述偏航电机的电机轴向下穿过所述支撑板后与所述小齿轮固接，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述支撑板与所述圆筒状壳体的内壁固接，所述底座的下端由下方的所述安装孔伸出。
所述底座包括同轴固接为一体的底法兰和支撑管，所述底法兰位于所述圆筒状壳体外部，所述支撑管伸入所述圆筒状壳体内，所述支撑管的顶部设有支撑平面，所述大齿轮通过螺栓一固接在所述支撑平面上。
所述中心轴包括空心轴和支撑环，所述空心轴的下端与所述底法兰的法兰孔转动连接，所述空心轴的上端穿过所述支撑管的支撑平面，所述支撑环设置在所述空心轴的顶面上，所述支撑板设置在所述支撑环上，所述支撑板、所述支撑环和所述空心轴之间通过螺栓二固接，所述支撑环与所述大齿轮转动连接。
所述小齿轮的外侧还设有保护套筒，所述保护套筒的上端与所述支撑板固接，所述偏航电机的电机轴下端与所述保护套筒的底部转动连接，所述保护套筒的侧壁上开设有通孔，所述小齿轮的齿伸出所述通孔与所述大齿轮啮合。
本发明的有益效果是：
1、本发明的水平轴风力发电机，其轮毂和主轴之间仅通过一个轮毂压板即可完成装配，并且装配稳定可靠，简单快速，与现有需要在轮毂和风机主轴上成型相应的法兰相比，轮毂压板的重量小，同时，其偏航机构的机壳由圆筒状壳体和背包两部分组成，圆筒状壳体用于容纳回转组件和部分偏航电机，而偏航电机高出圆筒状壳体的部分则由背包容纳，从而有效减小了机壳的体积和重量，进而能够减轻风力发电机的整体重量，降低风力发电机能耗，节能效果好。
2、圆筒状壳体的直径按照发电机的罩壳直径来设计，罩壳与圆筒状壳体同轴固接，从而圆筒状壳体与发电机之间不存在高度差，在满足安装和结构稳定要求的前提下达到了机壳体积的最小化，且外形美观。
附图说明
图1为本发明的主视图（风叶未示出）；
图2为图1中背包的左视图；
图3为底座的主视图；
图4为图1中轮毂的左视图；
图5为圆筒状壳体的主视图；
图6为主轴的主视图；
图7为图1中轮毂压板的左视图。
附图标记：
1-发电机；11-罩壳；12-主轴；121-插装部；122-底座；123-连接部；124-螺孔二；13-转子磁钢；14-定子线圈；
2-轮毂；21-内孔；22-螺孔一；23-中心套筒；24-带颈法兰；
3-轮毂压板；31-通孔一；32-通孔二；
41-圆筒状壳体；411-后端面板；42-背包；43-安装孔；44-支架；
5-偏航电机；
6-保护套筒；
7-风向仪；
81-中心轴；811-空心轴；812-支撑环；82-支撑板；83-小齿轮；84-底座；841-底法兰；842-支撑管；843-支撑平面；85-大齿轮；
91-螺栓一；92-螺栓二；
10-吊环。
具体实施方式
见图1，本发明的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其包括偏航机构、发电机1、轮毂2、安装在轮毂2上的风叶和轮毂压板3，偏航机构包括机壳和位于机壳内的偏航电机5和回转组件，偏航电机5用于驱动回转组件的回转部绕回转组件的回转中心部转动；机壳包括圆筒状壳体41和背包42，圆筒状壳体41水平设置且其直径等于发电机1的罩壳11外径，罩壳11同轴固接在圆筒状壳体41的前端面板上，发电机1的主轴12前端伸出罩壳11后配合插入轮毂2的内孔21，轮毂压板3同时与轮毂2的前端面和主轴12的前端面固接；圆筒状壳体41的顶部和底部分别开设有安装孔43；背包42呈底部开口的矩形桶状结构或圆形桶状结构，背包42罩扣在上方的安装孔43上且其底部与圆筒状壳体41的侧壁贴合，背包42的底部一侧与圆筒状壳体41铰接，底部另一侧与圆筒状壳体41通过螺栓可拆卸连接，从而背包42可转动打开，便于对机壳内部结构进行组装和维护；偏航电机5呈竖向设置并安装在回转组件上方，偏航电机5和回转组件位于圆筒状壳体41内且偏航电机5的上端由上方的安装孔43伸入背包42，回转部与圆筒状壳体41的内壁固接，回转中心部的下端由下方的安装孔43伸出并固定安装在风力发电机的塔杆上。图1中10为安装在圆筒状壳体41上的吊环。
见图1和图2，本发明的可自动偏航的水平轴风力发电机还包括控制器、风速仪和风向仪7，背包42上方的左右两侧分别设有支架44，风速仪和风向仪7分别安装在两个支架44上，控制器分别与风速仪、风向仪7和偏航电机5电控连接。当风速仪检测到的风速超过额定值后，会发送信号给控制器，控制器即控制偏航电机工作使风力发电机整体偏航，风向仪用于检测风向。风速仪和风向仪均为现有技术。
见图1、图4至图7，主轴12包括由前至后依次同轴固接为一体的插装部121、底座122和连接部123，连接部123设置在罩壳11内且其两端分别与罩壳11转动连接，连接部123上固定安装有转子磁钢13，罩壳11的内壁上对应转子磁钢13固定有定子线圈14；插装部121和底座122位于罩壳11外部，插装部121为直径由前向后逐渐增大的锥形轴，底座122呈圆形且其直径大于插装部121的最大直径，轮毂2的内孔21为直径由前向后逐渐增大的锥形孔，插装部121配合插入轮毂2的内孔21且轮毂2的后侧面靠在底座122上，轮毂2的前端面与插装部121的前端面共面；轮毂2的前端面沿其周向均布开设有螺孔一22，主轴12的前端面沿其周向均布开设有螺孔二124，轮毂压板3上对应螺孔一22和螺孔二124分别开设有通孔一31和通孔二32，轮毂压板3通过装配在通孔一31和螺孔一22内的螺钉一固定在轮毂2上，并通过装配在通孔二32和螺孔二124内的螺钉二与主轴12固接，如此设计，可实现轮毂和主轴的快速装配，为了满足装配结构稳定性要求，保证风力发电机安全、稳定运行，螺孔一设置了四个，螺孔二设置了六个。
见图4，轮毂2包括中心套筒23和与风叶数量一致的带颈法兰24，带颈法兰24沿中心套筒23的周向均布设置且其颈部与中心套筒23的侧壁固接，风叶一一对应安装在带颈法兰24上；中心套筒23的内孔即为轮毂2的内孔21，轮毂压板3呈圆形，轮毂压板3的直径小于或等于中心套筒23的外径，从而轮毂压板3的体积较小，重量轻。
见图1，圆筒状壳体41的后端面板411为由后向前倾斜的斜面，且后端面板411与圆筒状壳体41的侧壁可拆卸连接。通过将后端面板倾斜设置，可进一步缩小机壳的体积，后端面板可拆卸，便于对机壳内部部件进行安装和维护
见图1，回转部包括中心轴81、支撑板82和小齿轮83，回转中心部包括底座84和大齿轮85，大齿轮85水平设置并固接在底座84的顶面上；底座84设有中心通孔，中心轴81同轴插入中心通孔且其下端与底座84转动连接，中心轴81的上端与大齿轮85转动连接，支撑板82位于大齿轮85上方并水平固接在中心轴81上，偏航电机5固定安装在支撑板82上，偏航电机5的电机轴向下穿过支撑板82后与小齿轮83固接，小齿轮83与大齿轮85啮合，支撑板82与圆筒状壳体41的内壁固接，底座84的下端由下方的安装孔43伸出。安装时，底座固定安装在风力发电机的塔杆上，偏航时，偏航电机带动小齿轮绕着大齿轮的周向转动，由于支撑板与机壳固定连接，故机壳可绕着回转中心部转动，进而带动发电机和风叶一起偏航。
见图1和图3，底座84包括同轴固接为一体的底法兰841和支撑管842，底法兰841位于圆筒状壳体41外部，支撑管842伸入圆筒状壳体41内，支撑管842的顶部设有支撑平面843，大齿轮85通过螺栓一91固接在支撑平面843上，如此设计的底座便于加工，且重量轻；中心轴81包括空心轴811和支撑环812，空心轴811的下端与底法兰841的法兰孔转动连接，空心轴811的上端穿过支撑管842的支撑平面843，支撑环812设置在空心轴811的顶面上，支撑板82设置在支撑环812上，支撑板82、支撑环812和空心轴811之间通过螺栓二92固接，支撑环812与大齿轮85转动连接，如此设计的中心轴，安装方便，重量轻。
见图1，小齿轮83的外侧还设有保护套筒6，保护套筒6的上端与支撑板82固接，偏航电机5的电机轴下端与保护套筒6的底部转动连接，保护套筒6的侧壁上开设有通孔，小齿轮83的齿伸出通孔与大齿轮85啮合。保护套筒既可保护小齿轮，又能对偏航电机的电机轴起到支撑和导向作用。

Claims (10)

1.一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其包括偏航机构、发电机、轮毂和安装在所述轮毂上的风叶，所述偏航机构包括机壳和位于所述机壳内的偏航电机和回转组件，所述偏航电机用于驱动所述回转组件的回转部绕所述回转组件的回转中心部转动，其特征在于：其还包括轮毂压板；所述机壳包括圆筒状壳体和背包，所述圆筒状壳体水平设置且其直径等于所述发电机的罩壳外径，所述罩壳同轴固接在所述圆筒状壳体的前端面板上，所述发电机的主轴前端伸出所述罩壳后配合插入所述轮毂的内孔，所述轮毂压板同时与所述轮毂的前端面和所述主轴的前端面固接；所述圆筒状壳体的顶部和底部分别开设有安装孔；所述背包呈底部开口的桶状结构，所述背包罩扣安装在上方的所述安装孔上且其底部与所述圆筒状壳体的侧壁贴合；所述偏航电机呈竖向设置并安装在所述回转组件上方，所述偏航电机和所述回转组件位于所述圆筒状壳体内且所述偏航电机的上端由上方的所述安装孔伸入所述背包，所述回转部与所述圆筒状壳体的内壁固接，所述回转中心部的下端由下方的所述安装孔伸出。
2.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：其还包括控制器、风速仪和风向仪，所述背包的底部一侧与所述圆筒状壳体铰接，底部另一侧与所述圆筒状壳体可拆卸连接，所述背包上方的左右两侧分别设有支架，所述风速仪和所述风向仪分别安装在两个所述支架上，所述控制器分别与所述风速仪、所述风向仪和所述偏航电机电控连接。
3.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述主轴包括由前至后依次同轴固接为一体的插装部、底座和连接部，所述连接部设置在所述罩壳内且其两端分别与所述罩壳转动连接，所述连接部上固定安装有转子磁钢，所述罩壳的内壁上对应所述转子磁钢固定有定子线圈；所述插装部和所述底座位于所述罩壳外部，所述插装部为直径由前向后逐渐增大的锥形轴，所述底座呈圆形且其直径大于所述插装部的最大直径，所述轮毂的内孔为直径由前向后逐渐增大的锥形孔，所述插装部配合插入所述轮毂的内孔且所述轮毂的后侧面靠在所述底座上。
4.根据权利要求3所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述轮毂的前端面沿其周向均布开设有螺孔一，所述主轴的前端面沿其周向均布开设有螺孔二，所述轮毂压板上对应所述螺孔一和所述螺孔二分别开设有通孔一和通孔二，所述轮毂压板通过装配在所述通孔一和所述螺孔一内的螺钉一固定在所述轮毂上，并通过装配在所述通孔二和所述螺孔二内的螺钉二与所述主轴固接。
5.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述轮毂包括中心套筒和与所述风叶数量一致的带颈法兰，所述带颈法兰沿所述中心套筒的周向均布设置且其颈部与所述中心套筒的侧壁固接，所述风叶一一对应安装在所述带颈法兰上。
6.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述圆筒状壳体的后端面板为由后向前倾斜的斜面，且所述后端面板与所述圆筒状壳体的侧壁可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述回转部包括中心轴、支撑板和小齿轮，所述回转中心部包括底座和大齿轮，所述大齿轮水平设置并固接在所述底座的顶面上；所述底座设有中心通孔，所述中心轴同轴插入所述中心通孔且其下端与所述底座转动连接，所述中心轴的上端与所述大齿轮转动连接，所述支撑板位于所述大齿轮上方并水平固接在所述中心轴上，所述偏航电机固定安装在所述支撑板上，所述偏航电机的电机轴向下穿过所述支撑板后与所述小齿轮固接，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述支撑板与所述圆筒状壳体的内壁固接，所述底座的下端由下方的所述安装孔伸出。
8.根据权利要求7所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述底座包括同轴固接为一体的底法兰和支撑管，所述底法兰位于所述圆筒状壳体外部，所述支撑管伸入所述圆筒状壳体内，所述支撑管的顶部设有支撑平面，所述大齿轮通过螺栓一固接在所述支撑平面上。
9.根据权利要求8所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述中心轴包括空心轴和支撑环，所述空心轴的下端与所述底法兰的法兰孔转动连接，所述空心轴的上端穿过所述支撑管的支撑平面，所述支撑环设置在所述空心轴的顶面上，所述支撑板设置在所述支撑环上，所述支撑板、所述支撑环和所述空心轴之间通过螺栓二固接，所述支撑环与所述大齿轮转动连接。
10.根据权利要求1所述的一种可自动偏航的水平轴风力发电机，其特征在于：所述小齿轮的外侧还设有保护套筒，所述保护套筒的上端与所述支撑板固接，所述偏航电机的电机轴下端与所述保护套筒的底部转动连接，所述保护套筒的侧壁上开设有通孔，所述小齿轮的齿伸出所述通孔与所述大齿轮啮合。
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