CN110307118A - 风轮装置及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种风轮装置，所述风轮装置包括驱动组件、具有连接端的中心轴及套设于所述中心轴的调节轴，所述驱动组件包括叶片、连接轴及限位组件，所述连接轴与所述中心轴连接端固定连接，所述叶片与所述连接轴转动连接，所述限位组件位于所述叶片及所述中心轴之间且与所述叶片连接；所述调节轴一端上还设有限位凸台，所述叶片受力时带动所述中心轴相对所述调节轴转动，使所述所述限位组件与限位凸台接触配合，以使所述叶片在受风区域能与水平面垂直及在背风区域时能与水平面平行。本发明还公开一种风力发电机，其包括风轮装置，通过减少风轮装置在背风区域的阻力，达到提高发电效率的目的。

Description

风轮装置及风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风轮装置及风力发电机。

背景技术

目前，市面上主流的风力发电机的风轮装置主要是水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机，其中水平轴式风力发电机由于其成本高、安装困难等的问题，不易推广使用。相比之下，垂直轴式发电机成为了当今技术条件下效率最高、发电能力最强、成本最低、安装和维修最为方便的一种风力发电机。但是，现有的垂直轴式风力发电机是通过靠受风区域和背风区域的受力差来驱动风轮发电，因而，其无法完全取消背风区域的阻力，影响发电效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种风轮装置，用于解决现有技术中无法完全取消风轮装置背风区域阻力的技术问题。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提出一种风轮装置，所述风轮装置包括驱动组件、具有连接端的中心轴及套设于所述中心轴的调节轴，所述驱动组件包括叶片、连接轴及限位组件，所述连接轴与所述中心轴连接端固定连接，所述叶片与所述连接轴转动连接，所述限位组件位于所述叶片及所述中心轴之间且与所述叶片连接；所述调节轴一端上还设有限位凸台，所述叶片受力时带动所述中心轴相对所述调节轴转动，使所述所述限位组件与限位凸台接触配合，以使所述叶片在受风区域能与水平面垂直及在背风区域时能与水平面平行。

优选地，所述限位凸台包括第一限位凸台及第二限位凸台，所述调节轴上开设有旋转孔，所述第一限位凸台及所述第二限位凸台分别设置于所述旋转孔的相对两侧；所述限位组件包括第一限位块及第二限位块，所述第一限位块及所述第二限位块与所述叶片连接；所述叶片位于受风区域时，所述第二限位块与所述第二限位凸台接触，使所述第二限位块带动所述叶片转动到与水平面垂直的角度；所述叶片位于背风区域时，所述第一限位凸台与所述第一限位块接触，使所述第一限位块带动所述叶片转动至与水平面平行的角度。

优选地，所述第一限位凸台及所述第二限位凸台为圆弧形凸台，所述第一限位凸台与所述第二限位凸台同心，且所述第二限位凸台的半径大于所述第一限位凸台的半径，所述第二限位凸台的相对两端的连线不与所述第一限位凸台相交。

优选地，所述第一限位块及所述第二限位块为矩形，所述第二限位块位于所述第一限位块远离所述叶片的一侧，且所述第一限位块与所述第二限位块的长度方向相互垂直。

优选地，所述叶片位于受风区域时，所述第二限位块长度方向的边在所述第二限位凸台上滑动，所述叶片位于所述背风区域时，所述第一限位块长度方向的边在所述第一限位凸台上滑动。

优选地，所述叶片包括旋转轴及叶板，所述叶板与所述旋转轴连接，且所述叶板位于所述旋转轴相对两侧；所述旋转轴上开设有通孔，所述通孔内设置有轴承，所述连接轴穿过所述轴承与所述旋转轴转动连接。

优选地，所述风轮装置还包括支撑底座及偏航底座，所述中心轴与所述支撑底座转动连接，所述偏航底座与所述支撑底座转动连接，所述调节轴与所述偏航底座固定连接。

优选地，所述偏航底座与底座之间通过平面轴承实现转动连接。

优选地，所述驱动组件至少设置2个，且各所述驱动组件均匀设置于所述中心轴四周。

本发明还提供一种风力发电机，所述风力发电机包括风轮装置。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明提供的风轮装置及风力发电机，通过限位组件与限位凸台之间的相互接触配合，同时限位组件与叶片固定连接，在限位凸台与限位组件接触时，利用限位组件使叶片相对水平面转动，也即调节叶片相对水平面的角度，从而达到在受风区域时叶片与水平面垂直，在背风区域时叶片相对水平面平行的效果，使得叶片在受风时的受风面积达到最大，而背风时的背风面积最小，以完全消除驱动组件在背风区域时的阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

其中：

图1是本发明一个实施例中风轮装置的立体结构示意图；

图2是图1中风轮装置的中心轴与调节轴的立体爆炸结构示意图；

图3是图1中风轮装置中的中心轴与调节轴的立体装配结构示意图；

图4是图1中调节轴的立体结构示意图；

图5是图1中风轮装置的驱动组件的立体爆炸结构示意图；

图6是图1中风轮装置的驱动组件与中心轴的立体装配结构示意图；

图7是图1中驱动组件的叶片的立体结构示意图；

图8是本发明一个实施例中驱动组件的限位组件与叶片之间的立体装配结构示意图；

图9是本发明一个实施例中叶片在受风区域运动到背风区域时限位组件与限位凸台的配合关系示意图；

图10是本发明一个实施例中风轮装置中底座及偏航底座结构示意图。

其中，附图中的标号如下：

10、风轮装置；

100、调节轴；110、旋转孔；120、限位凸台；121、第一限位凸台；122、第二限位凸台；

200、中心轴；210、连接端；

300、驱动组件；310、连接轴；320、限位组件；321、第一限位块；322、第二限位块；330、叶片；331、叶板；332、旋转轴；333、通孔；

400、支撑底座；410、支撑槽；

500、偏航底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的风轮装置10包括调节轴100、中心轴200及驱动组件300，中心轴200具有连接端210，调节轴100套设于中心轴200上，驱动组件300包括连接轴310、限位组件320及叶片330。连接轴310与中心轴200的连接端210固定连接，叶片330与连接轴310转动连接，限位组件320位于叶片330及中心轴200之间，且与叶片330连接。调节轴100上设有限位凸台120，在叶片330受到风力时，可通过连接轴310带动中心轴200绕轴线方向相对调节轴100转动。当中心轴200相对调节轴100转动时，调节轴100上的限位凸台120与限位组件320接触配合，以调节叶片330在受风区域及背风区域时相对水平面的角度。进而能够使叶片330在受风区域时与水平面垂直，及叶片330在背风区域时与水平面平行的效果，从而增加受风区域内叶片330所受到的风力，消除在背风区域内叶片330所受到的风力。

需要说明的是，受风区域即为叶片330受到风力后带动中心轴200相对调节轴100转动的区域，背风区域即为叶片330受到风力与中心轴200转动方向相反的区域。

请参阅图2至图4，调节轴100上开设有旋转孔110，中心轴200插接于旋转孔110内，并贯穿旋转孔110，且中心轴200的相对两端外露于调节轴100。中心轴200的连接端210与连接轴310固定连接，另一端与发电机的输入轴连接，叶片330在风力的作用下带动中心轴200在旋转孔110内相对调节轴100转动，从而实现发电。如图3和图4所示，调节轴100靠近连接端210的一面上设置有限位凸台120，当叶片330带动中心轴200转动时，限位凸台120与限位组件320配合，以使叶片330转动，从而调节驱动组件300的角度。

具体地，限位凸台120包括第一限位凸台121及第二限位凸台122，第一限位凸台121与第二限位凸台122分别设置于调节轴100靠近中心轴200连接端210的一面上，且位于旋转孔110的相对两侧。当叶片330位于受风区域时，限位组件320与第二限位凸台122接触，使得叶片330与水平面处于垂直状态，从而增大风力对叶片330的作用。当叶片330位于背风区域时，限位组件320与第一限位凸台121接触，使得叶片330与水平面处于平行状态，从而减小风力对叶片330的阻力，从而消除叶片330收到背风区域的影响，增加风轮装置10的效率。

更具体地，在本实施例中，第一限位凸台121及第二限位凸台122为圆弧形凸台，第一限位凸台121与第二限位凸台122同心，且第二限位凸台122的半径大于第一限位凸台121的半径。为了避免限位组件320同时与第一限位凸台121及第二限位凸台122接触的情况，需限制第一限位凸台121及第二限位凸台122的弧长。所以，如图4所示，第二限位凸台122的相对两端的连线不能与第一限位凸台121相交。

请参阅图5至图7，叶片330包括叶板331及旋转轴332，叶板331设置于旋转轴332的相对两侧，且与旋转轴332连接，旋转轴332上开设有通孔333，连接轴310与通孔333转动配合，以实现叶片330与连接轴310的转动连接。限位组件320与旋转轴332连接，当叶片330处于受风区域时，限位组件320与第二限位凸台122接触，当叶片330处于背风区域时，限位组件320与第一限位凸台121接触。

需说明的是，连接轴310与通孔333的转动配合可以是通过在通孔333内设置轴承，连接轴310穿过轴承以实现转动配合。还可以是连接轴310与通孔333直接间隙配合以实现叶片330与连接轴310的相对转动。

作为一种实施方式，叶片330还可以为一体成型的矩形板，只要叶片330上开设通孔333，通过通孔333与连接轴310的转动配合实现叶片330与连接轴310转动连接即可。

请参阅图8和图9，限位组件320包括第一限位块321及第二限位块322，第一限位块321及第二限位块322与旋转轴332固定连接，第二限位块322位于第一限位块321远离叶片330的一侧，且第一限位块321或第二限位块322受力时，可以带动旋转轴332相对连接轴310转动，以将叶板331调节到相对水平面不同的角度。

具体地，在本实施例中，第一限位块321及第二限位块322为矩形状，且长度方向相互垂直。当叶片330处于受风区域时，第二限位块322与第二限位凸台122接触，使得叶片330转动到与水平面垂直的角度。当叶片330处于背风区域时，第一限位块321与第一限位凸台121接触，使得叶片330转动到与水平面平行的角度，从而在受风区域时增加叶片330受到风力的面积，在背风区域时减少叶片330受到风力的面积。

更具体的，限位组件320与限位凸台120的接触方式为，当叶片330位于受风区域时，第二限位块322长度方向的边在所述第二限位凸台122上滑动，此时第二限位块322的长度方向平行于水平面，第一限位块321的长度方向垂直于水平面。当叶片330位于所述背风区域时，第二限位块322脱离第二限位凸台122，第一限位块321的长度方向被第一限位凸台121限制为平行于水平面，且第一限位块321长度方向的边在第一限位凸台121上滑动。

需要说明的是，叶片330受到风力后通过连接轴310带动中心轴200旋转的同时，叶片330本身也在绕中心轴200的轴线方向做圆周运动，而第一限位块321及第二限位块322与旋转轴332连接，即第一限位块321与第二限位块322也在绕中心轴200的方向做圆周运动。由于第一限位凸台121及第二限位凸台122分别设置于调节轴100一面上的相对两侧，所以当第一限位块321与第一限位凸台121接触时，第二限位块322与第二限位凸台122不接触。也即，在叶片330运动时，只有第一限位块321与第一限位凸台121或第二限位块322与第二限位凸台122其中的一组接触，从而改变叶片330相对水平面的角度。

在其他实施例中，第一限位块321和/或第二限位块322也可以是三角形、椭圆形等其他形状，只要在叶片330处于受风区域时第二限位块322与第二限位凸台122接触或叶片330处于背风区域时第一限位块321与第一限位凸台121接触即可。

需要说明的是，当叶片330处于受风区域或背风区域时，叶片330与水平面的角度并非一定是垂直或平行，只要能够通过调节叶片330相对水平面的角度，从而在受风区域时能够增加叶片330受到风力的面积，在背风区域时减少叶片330受到风力的面积即可。

请参阅图10，风轮装置10还包括支撑底座400及偏航底座500，其中，偏航底座500与支撑底座400转动连接，调节轴100与偏航底座500固定连接，中心轴200与支撑底座400转动连接。支撑底座400对风轮装置10起到支撑的作用，偏航底座500可通过相对支撑底座400转动，从而带动调节轴100一同相对支撑底座400转动，以使限位凸台120的位置可以与来风方向对应，以使限位组件320与之配合时，达到在受风区域时将叶片330调节到与水平面垂直，在背风区域时将叶片330调节到与水平面平行的状态。

具体地，在本实施例中，支撑底座400及偏航底座500皆为环形，且支撑底座400与偏航底座同心。支撑底座400上开设有支撑槽410，偏航底座500位于支撑槽410内。调节轴100与偏航底座500的内壁固定连接，且在偏航底座500相对支撑底座400转动时，调节轴100可以跟随偏航底座500一同相对支撑底座400转动。

需要说明的是，偏航底座500与支撑底座400之间通过平面轴承连接，以实现偏航底座500相对支撑底座400可转动。

作为一种实施例，支撑底座400和偏航底座500可以省略，直接将调节轴100固定地面，人工手动调整调节轴100与来风方向的位置关系，以达到叶片330在受风区域或背风区域时，通过限位组件320与限位凸台120可以相互接触配合从而增加风轮装置10的效率即可。

本发明的实施例还提供一种风力发电机，其包括上述的风轮装置10。当然，在实际应用中，风力发电机通常还包括发电装置(图未示)。其中，风轮装置10的中心轴200远离连接端210的一端与发电装置连接，当中心轴200转动时，该风力发电机可进行发电。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种风轮装置，其特征在于：所述风轮装置包括驱动组件、具有连接端的中心轴及套设于所述中心轴的调节轴，所述驱动组件包括叶片、连接轴及限位组件，所述连接轴与所述中心轴的所述连接端固定连接，所述叶片与所述连接轴转动连接，所述限位组件位于所述叶片及所述中心轴之间且与所述叶片连接；所述调节轴一端上还设有限位凸台，所述叶片受力时带动所述中心轴相对所述调节轴转动，使所述所述限位组件与限位凸台接触配合，以使所述叶片在受风区域能与水平面垂直及在背风区域时能与水平面平行。

2.如权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于：所述限位凸台包括第一限位凸台及第二限位凸台，所述调节轴上开设有旋转孔，所述第一限位凸台及所述第二限位凸台分别设置于所述旋转孔的相对两侧；所述限位组件包括与所述叶片连接的第一限位块和第二限位块；所述叶片位于受风区域时，所述第二限位块与所述第二限位凸台接触，使所述第二限位块带动所述叶片转动到与水平面垂直的角度；所述叶片位于背风区域时，所述第一限位凸台与所述第一限位块接触，使所述第一限位块带动所述叶片转动至与水平面平行的角度。

3.如权利要求2所述的一种风轮装置，其特征在于：所述第一限位凸台及所述第二限位凸台为圆弧形凸台，所述第一限位凸台与所述第二限位凸台同心，且所述第二限位凸台的半径大于所述第一限位凸台的半径，所述第二限位凸台的相对两端的连线不与所述第一限位凸台相交。

4.如权利要求2所述的一种风轮装置，其特征在于：所述第一限位块及所述第二限位块为矩形，所述第二限位块位于所述第一限位块远离所述叶片的一侧，且所述第一限位块与所述第二限位块的长度方向相互垂直。

5.如权利要求4所述的一种风轮装置，其特征在于：所述叶片位于受风区域时，所述第二限位块长度方向的一端在所述第二限位凸台上滑动，所述叶片位于所述背风区域时，所述第一限位块长度方向的一端在所述第一限位凸台上滑动。

6.如权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于：所述叶片包括旋转轴及叶板，所述叶板与所述旋转轴连接，且所述叶板位于所述旋转轴相对两侧；所述旋转轴上开设有通孔，所述通孔内设置有轴承，所述连接轴穿过所述轴承与所述旋转轴转动连接。

7.如权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于：所述风轮装置还包括支撑底座及偏航底座，所述中心轴与所述支撑底座转动连接，所述偏航底座与所述支撑底座转动连接，所述调节轴与所述偏航底座固定连接。

8.如权要求7所述的一种风轮装置，其特征在于：所述偏航底座与所述支撑底座之间通过平面轴承实现转动连接。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种风轮装置，其特征在于：所述驱动组件至少设置2个，且各所述驱动组件均匀设置于所述中心轴四周。

10.一种风力发电机，其特征在于：所述风力发电机包括如权利要求1-9任一项所述的风轮装置。