CN111765044B - 一种用于风力发电机的过速保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种用于风力发电机的过速保护装置。本发明包括轮毂，轮毂上设有主轴，主轴上设有基座，基座上设有若干个伸缩机构，伸缩机构具有伸缩件；在离心力作用下，伸缩件能沿着轮毂半径方向向外伸长；离心力减小后，伸缩件能缩进伸缩机构中；伸缩件上设有滚轮支架，滚轮支架上设有滚轮轴；滚轮轴上设有滚轮，滚轮的轮面突出滚轮支架；轮毂内壁上设有滚轮导轨，滚轮导轨具有底部和环形槽，环形槽内壁上嵌设有橡胶圈，橡胶圈与底部之间形成有间隙，环形槽的两侧边沿分别与滚轮支架的两侧边沿一一对应。本发明的优点是：有效对主轴进行制动，避免主轴过速转动。

Description

一种用于风力发电机的过速保护装置
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种用于风力发电机的过速保护装置。
背景技术
风力发电是可再生能源行业中发展最为迅速、技术最成熟、前景最广阔的行业。我国幅员辽阔，风能资源十分丰富，而且我国已经把可再生能源作为我国能源战略的重要组成部分，风力发电拥有巨大的潜在市场。但是风力发电机在灾害性天气如发生飓风等自然灾害时，风力发电机会由于狂风而引起电机主轴旋转过速。申请号为201120418058.X，一种风力发电机过速保护装置，其包括轮毂、设置在轮毂中心的主轴，所述的轮毂和主轴之间设置有对主轴进行制动的制动装置。当风力发电机主轴过速运转时，本实用新型可以对主轴进行制动，使风力发电机不会发生过速，保护电机，延长风力发电机的使用寿命。
然而，在进行制动过程中，一方面产生大量的热量，并且风力发电机散热慢，导致轮毂内温度骤高，可能导致电子零件损坏；另一方面，制动装置与轮毂内壁摩擦，进一步损坏轮毂。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种用于风力发电机的过速保护装置，本发明所要解决的技术问题是：如何对风力发电机的主轴进行制动，避免主轴过速转动。
本发明通过下列技术方案来实现：一种用于风力发电机的过速保护装置，包括风力发电机，所述风力发电机包括轮毂，所述轮毂上转动设置有主轴，所述主轴外端伸出轮毂且主轴上固设有叶轮，所述主轴和轮毂之间设置有能够将风能转化为电能的发电机构，所述轮毂内设置有过速保护装置，所述过速保护装置包括：
基座，其固设在主轴上；所述基座上围绕主轴均匀固设有若干个伸缩机构，所述伸缩机构具有伸缩件；在离心力作用下，伸缩件能够沿着轮毂半径方向向外伸长；离心力消失后，伸缩件能够缩进伸缩机构中；伸缩件上固设有滚轮支架，所述滚轮支架上转动设置有滚轮轴，所述滚轮轴轴线平行于主轴轴线；所述滚轮轴上同轴固设有滚轮，所述滚轮的轮面突出滚轮支架；
滚轮导轨，其固设在轮毂内壁上且滚轮导轨呈环形，所述滚轮导轨与主轴同轴设置，所述滚轮导轨具有底部，所述滚轮导轨具有环形槽，所述环形槽内壁上嵌设有环形的橡胶圈，所述橡胶圈与滚轮相对应，所述橡胶圈与底部之间形成有间隙，所述环形槽的两侧边沿分别与滚轮支架的两侧边沿一一对应。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，包括：能量转化机构，其设置在滚轮支架上，所述能量转化机构与滚轮轴传动连接，所述能量转化机构能够把滚轮轴的自转动能转变为电能。
所述轮毂内壁上同轴固设有滚轮导轨，所述滚轮导轨具有底部，所述滚轮导轨具有环形槽，所述环形槽内壁上嵌设有环形的橡胶圈，所述橡胶圈与滚轮相对应，所述橡胶圈与底部之间形成有间隙，所述环形槽的两侧边沿分别与滚轮支架的两侧边沿一一对应。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述滚轮的轮面上设置有橡胶层。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述伸缩机构包括安装臂，所述伸缩件为支撑臂，若干个所述安装臂的长度方向各沿着轮毂半径方向设置，所述安装臂上具有安装腔，所述安装腔内壁的相对两侧设有滑槽，所述滑槽贯穿安装臂；所述支撑臂滑动设置在安装臂上且滑动方向与安装臂长度方向一致，所述支撑臂外端伸出安装臂外且端部与滚轮支架固连，所述支撑臂内端位于安装腔中且端部固设有限位板，所述限位板滑动设置在滑槽内，所述支撑臂上套设有弹簧，所述弹簧一端抵压在限位板上，所述弹簧另一端抵压在安装腔内壁上。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述基座上固设有控制器，所述安装腔靠近基座的内壁上固设有第一电磁铁，所述第一电磁铁与限位板相对应，所述第一电磁铁通过控制器与限位板磁性连接。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述安装臂外端上固设有第二电磁铁，所述第二电磁铁与限位板相对应。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述轮毂外壁上围绕轮毂轴线固设有多个散热片，每个所述散热片的长度方向与轮毂轴向一致。
在上述的一种用于风力发电机的过速保护装置中，所述能量转化机构包括小型发电机，所述小型发电机包括转轴，所述转轴上同轴固设有传动齿轮，所述滚轮轴上同轴固设有驱动齿轮，所述传动齿轮与驱动齿轮啮合连接。
与现有技术相比，本装置具有以下优点：
1、当主轴转动时，滚轮绕着主轴作圆周运动，滚轮支架和伸缩机构受到离心作用，在该离心力作用下，伸缩件向外伸长，使滚轮支架靠近轮毂内壁。主轴达到并超过一定转速时，滚轮与橡胶圈接触、挤压，并产生摩擦力，该摩擦力经滚轮带动滚轮轴自转，把主轴超过一定转速的动能分别转变成两部分能量，一部分为滚轮的自转的动能，另一部分为滚轮绕着主轴作圆周运动时与橡胶圈产生的热能，以此减小主轴过速的转速，起到主轴制动作用。
当外界风力剧烈时，主轴转速进一步增大，滚轮和伸缩机构受到的离心力也增大，滚轮进一步挤压橡胶圈，间隙减小，滚轮的轮面与橡胶圈的接触面积增大，且滚轮与橡胶圈之间产生的摩擦力也增大。因此，主轴转速在增大同时，滚轮的自转转速提高，自转的动能增大，滚轮与橡胶圈产生的热量增大，主轴的制动效果也提高；另外，滚轮支架的两侧边沿与环形槽的两侧边沿接触、挤压，发生滑动摩擦，也起到主轴的制动作用。此时，主轴超过一定转速的动能分别转变成三部分能量，分别是滚轮的自转动能、滚轮与橡胶圈产生的热能、滚轮支架与环形槽的两侧边沿产生的热能，快速降低主轴的转速，大大提高主轴的制动效率。
上述过程中，滚轮、滚轮支架等部件组合成的制动结构，根据主轴超过一定转速的转速大小，给主轴逐步减速，避免主轴在制动过程中速度变化较大，有效提高主轴转动的平稳性。并且主轴超过一定转速的动能一部分转化为滚轮的自转动能，有效减小主轴制动过程中产生的热量，避免轮毂内温度突然升高。滚轮导轨的设置避免轮毂在主轴制动减速过程中的损伤，同时给滚轮起到导向作用。
2、滚轮自转时，滚轮轴将自身转动的动能经能量转化机构转化为电能，即主轴超过一定转速的动能分别转化为滚轮自转动能以及能量转化机构的电能，这使能量转化机构和滚轮共同给主轴制动，进一步提高主轴的制动效率。
由于主轴超过一定转速的动能部分转化为能量转化机构的电能，主轴制动过程中产生的热量进一步减小，大大减小对轮毂内的电子零件的影响。并且能量转化机构起到能量回收作用，提高能量利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中A-A处的结构俯视图。
图3是图1中B处的局部放大图。
图中，1、轮毂；11、主轴；12、叶轮；13、发电机构；2、基座；21、安装臂；22、安装腔；3、支撑臂；31、限位板；32、滚轮支架；321、摩擦边；33、滚轮；331、橡胶层；34、滚轮轴；341、驱动齿轮；35、弹簧；4、滚轮导轨；41、底部；42、橡胶圈；43、间隙；44、环形槽；5、摩擦环；6、第一电磁铁；61、控制器；7、第二电磁铁；8、小型发电机；81、转轴；811、传动齿轮；9、散热片。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
参照图1至图3，一种用于风力发电机的过速保护装置，包括风力发电机，所述风力发电机包括轮毂1，所述轮毂1的横截面呈圆形，所述轮毂1上转动设置有主轴11，所述主轴11外端伸出轮毂1外且主轴11的外端上固设有叶轮12，所述主轴11与轮毂1同轴设置，所述主轴11和轮毂1之间设置有能够将风能转化为电能的发电机构13，所述轮毂1内设置有过速保护装置，所述过速保护装置包括：
基座2，其固设在主轴11上，所述基座2呈圆管形，所述基座2与主轴11同轴设置；所述基座2上围绕主轴11均匀固设有若干个伸缩机构，所述伸缩机构具有伸缩件；在离心力作用下，伸缩件能够沿着轮毂1径向向外伸长；离心力消失后，伸缩件能够缩进伸缩机构中；伸缩件上固设有滚轮支架32，所述滚轮支架32上转动设置有滚轮轴34，所述滚轮轴34轴线平行于主轴11轴线；所述滚轮轴34上同轴固设有滚轮33，所述滚轮33的轮面突出滚轮支架32；
滚轮导轨4，其固设在轮毂1内壁上且滚轮导轨4呈环形，所述滚轮导轨4与主轴11同轴设置，所述滚轮导轨4具有底部41，所述滚轮导轨4具有环形槽44，所述环形槽44内壁上嵌设有环形的橡胶圈42，所述橡胶圈42与滚轮33相对应，所述橡胶圈42与底部41之间形成有间隙43，所述环形槽44的两侧边沿分别与滚轮支架32的两侧边沿一一对应。当主轴11转动时，滚轮33绕着主轴11作圆周运动，滚轮支架32和伸缩机构受到离心作用，在该离心力作用下，伸缩件向外伸长，使滚轮支架32靠近轮毂1内壁。主轴11达到并超过一定转速时，滚轮33与橡胶圈42接触、挤压，并产生摩擦力，该摩擦力经滚轮33带动滚轮轴34自转，把主轴11超过一定转速的动能分别转变成两部分能量，一部分为滚轮33的自转的动能，另一部分为滚轮33绕着主轴11作圆周运动时与橡胶圈42产生的热能，以此减小主轴11过速的转速，起到主轴11制动作用。
当外界风力剧烈时，主轴11转速进一步增大，滚轮33和伸缩机构受到的离心力也增大，滚轮33进一步挤压橡胶圈42，间隙42减小，滚轮33的轮面与橡胶圈42的接触面积增大，且滚轮33与橡胶圈42之间产生的摩擦力也增大。因此，主轴11转速在增大同时，滚轮33的自转转速提高，自转的动能增大，滚轮33与橡胶圈42产生的热量增大，主轴11的制动效果也提高；另外，滚轮支架32的两侧边沿与环形槽44的两侧边沿接触、挤压，发生滑动摩擦，也起到主轴11的制动作用。此时，主轴11超过一定转速的动能分别转变成三部分能量，分别是滚轮33的自转动能、滚轮33与橡胶圈42产生的热能、滚轮支架32与环形槽44的两侧边沿产生的热能，快速降低主轴11的转速，大大提高主轴11的制动效率。
当主轴11转速下降到一定转速过程中，滚轮33和伸缩机构受到的离心力减小，伸缩件逐渐缩进伸缩机构中，滚轮支架32的两侧边沿先远离滚轮导轨4，随后滚轮33远离橡胶圈42。
上述过程中，滚轮33、滚轮支架32等部件组合成的制动结构，根据主轴11超过一定转速的转速大小，给主轴11逐步减速，避免主轴11在制动过程中速度变化较大，有效提高主轴11转动的平稳性。并且主轴11超过一定转速的动能一部分转化为滚轮33的自转动能，有效减小主轴11制动过程中产生的热量，避免轮毂1内温度突然升高。滚轮导轨4的设置避免轮毂1在主轴11制动减速过程中的损伤，同时给滚轮33起到导向作用。
具体来说，本装置包括：能量转化机构，其设置在滚轮支架32上，所述能量转化机构与滚轮轴34传动连接，所述能量转化机构能够把滚轮轴34的自转能量转变为电能。
滚轮33自转时，滚轮轴34将自身转动的动能经能量转化机构转化为电能，即主轴11超过一定转速的动能分别转化为滚轮33自转动能以及能量转化机构的电能，这使能量转化机构和滚轮33共同给主轴11制动，进一步提高主轴11的制动效率。
由于主轴11超过一定转速的动能部分转化为能量转化机构的电能，主轴11制动过程中产生的热量进一步减小，大大减小对轮毂1内的电子零件的影响。并且能量转化机构起到能量回收作用，提高能量利用率。
进一步地，所述环形槽44的两侧边沿均固设有摩擦环5，所述摩擦环5与主轴11同轴设置。
通过摩擦环5与滚轮支架32的两侧边沿的摩擦，起到主轴11制动减速作用。该结构进一步提高本装置的制动效率。
进一步地，所述滚轮支架32的两侧边沿均为摩擦边321，摩擦边321呈弧形。
摩擦边321的设置进一步提高滚轮支架32的制动效率。
具体来说，所述滚轮33的轮面上设置有橡胶层331。
橡胶层331的设置进一步提高滚轮33的制动效率。
具体来说，所述伸缩机构包括安装臂21，所述伸缩件为支撑臂3，三个所述安装臂21的长度方向各沿着轮毂1半径方向设置，三个所述安装臂21围绕主轴11均匀固设在基座2上，所述安装臂21上具有安装腔22，所述安装腔22内壁的相对两侧设有滑槽，所述滑槽贯穿安装臂21；所述支撑臂3滑动设置在安装臂21上且滑动方向与安装臂21长度方向一致，所述支撑臂3外端伸出安装臂21外且端部与滚轮支架32固连，所述支撑臂3内端位于安装腔22中且端部固设有限位板31，所述限位板31滑动设置在滑槽内，所述支撑臂3上套设有弹簧35，所述弹簧35一端抵压在限位板31上，所述弹簧35另一端抵压在安装腔22内壁上。
在离心力作用下，支撑臂3向外伸出，压缩弹簧35，并带动滚轮33靠近轮毂1内壁。当离心力撤销后，弹簧35逐渐复原，支撑臂3缩进安装腔22内，滚轮33远离轮毂1内壁。
该结构有助于实现主轴11过速的自动制动减速。
具体来说，所述基座2上固设有控制器61，所述安装腔22靠近基座2的内壁上固设有第一电磁铁6，所述第一电磁铁6与限位板31相对应，所述第一电磁铁6通过控制器61与限位板31磁性连接。
在主轴11转速低于一定转速时，控制器61向第一电磁铁6发送电信号，使第一电磁铁6与限位板31磁性连接在一起；在主轴11转速大于等于一定转速时，通过控制器61断开第一电磁铁61与限位板31的磁性连接。支撑臂3在离心力的作用下向外伸出，从而通过滚轮33和能量转化机构制动减速。当主轴11从过速下降到一定转速后，通过控制器61使第一电磁铁6再次与限位板31磁性连接在一起。
第一电磁铁6的设置有效避免支撑臂3在主轴11转速低于一定转速时在安装腔22中活动，从而风力发电机正常发电时主轴11稳定转动。
作为另外一种情况，当弹簧35长久失效后，本装置在第一电磁铁6作用下依然能够给主轴11起到过速保护作用。
具体来说，所述安装臂21外端上固设有第二电磁铁7，所述第二电磁铁7与限位板31相对应。
当控制器61断开第一电磁铁6和限位板31的磁性连接后，控制器向第二电磁铁7发送电信号，使第二电磁铁7与限位板31磁性连接在一起。此时，摩擦边32与摩擦环5产生个滑动摩擦、滚轮33挤压橡胶圈42并产生摩擦，能量转化机构将滚轮轴34的自转动能转化为电能，从而快速起到主轴11制动减速作用，进一步提高本装置的制动效率。在主轴11转速降低到一定转速后，控制器61断开第二电磁铁7与限位板31的磁性连接，并使第一电磁铁6与限位板31磁性连接。
具体来说，所述轮毂1外壁上围绕轮毂1轴线固设有多个散热片9，每个所述散热片9的长度方向与轮毂1轴向一致。
散热片9有效增大气流与轮毂1外壁的接触面积，提高散热效果。
具体来说，所述能量转化机构包括小型发电机8，所述小型发电机8包括转轴81，所述转轴81上同轴固设有传动齿轮811，所述滚轮轴34上同轴固设有驱动齿轮341，所述传动齿轮811与驱动齿轮341啮合连接。
小型发电机8通过传动齿轮811和驱动齿轮341将滚轮轴34的自转动能转化为电能，从而实现能量的回收，提高能量利用率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种用于风力发电机的过速保护装置，包括风力发电机，所述风力发电机包括轮毂(1)，所述轮毂(1)上转动设置有主轴(11)，所述主轴(11)外端伸出轮毂(1)外且主轴(11)上固设有叶轮(12)，所述主轴(11)和轮毂(1)之间设置有能够将风能转化为电能的发电机构(13)，其特征在于，还包括能量转化机构，所述轮毂(1)内设置有过速保护装置，所述过速保护装置包括：
基座(2)，其固设在主轴(11)上；所述基座(2)上围绕主轴(11)均匀固设有若干个伸缩机构，所述伸缩机构具有伸缩件；在离心力作用下，伸缩件能够沿着轮毂(1)径向向外伸长；离心力消失后，伸缩件能够缩进伸缩机构中；伸缩件上固设有滚轮支架(32)，所述滚轮支架(32)上转动设置有滚轮轴(34)，所述滚轮轴(34)轴线平行于主轴(11)轴线；所述滚轮轴(34)上同轴固设有滚轮(33)，所述滚轮(33)的轮面突出滚轮支架(32)；
滚轮导轨(4)，其固设在轮毂(1)内壁上且滚轮导轨(4)呈环形，所述滚轮导轨(4)与主轴(11)同轴设置，所述滚轮导轨(4)具有底部(41)，所述滚轮导轨(4)具有环形槽(44)，所述环形槽(44)内壁上嵌设有环形的橡胶圈(42)，所述橡胶圈(42)与滚轮(33)相对应，所述橡胶圈(42)与底部(41)之间形成有间隙(43)，所述环形槽(44)的两侧边沿分别与滚轮支架(32)的两侧边沿一一对应；
所述能量转化机构设置在滚轮支架(32)上，所述能量转化机构与滚轮轴(34)传动连接，所述能量转化机构能够把滚轮轴(34)的自转动能转变为电能。
2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述滚轮(33)的轮面上设置有橡胶层(331)。
3.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述伸缩机构包括安装臂(21)，所述伸缩件为支撑臂(3)，若干个所述安装臂(21)的长度方向各沿着轮毂(1)半径方向设置，所述安装臂(21)上具有安装腔(22)，所述安装腔(22)内壁的相对两侧设有滑槽，所述滑槽贯穿安装臂(21)；所述支撑臂(3)滑动设置在安装臂(21)上且滑动方向与安装臂(21)长度方向一致，所述支撑臂(3)外端伸出安装臂(21)外且端部与滚轮支架(32)固连，所述支撑臂(3)内端位于安装腔(22)中且端部固设有限位板(31)，所述限位板(31)滑动设置在滑槽内，所述支撑臂(3)上套设有弹簧(35)，所述弹簧(35)一端抵压在限位板(31)上，所述弹簧(35)另一端抵压在安装腔(22)内壁上。
4.根据权利要求3所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述基座(2)上固设有控制器(61)，所述安装腔(22)靠近基座(2)的内壁上固设有第一电磁铁(6)，所述第一电磁铁(6)与限位板(31)相对应，所述第一电磁铁(6)通过控制器(61)与限位板(31)磁性连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述安装臂(21)外端上固设有第二电磁铁(7)，所述第二电磁铁(7)与限位板(31)相对应。
6.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述轮毂(1)外壁上围绕轮毂(1)轴线固设有多个散热片(9)，每个所述散热片(9)的长度方向与轮毂(1)轴向一致。
7.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机的过速保护装置，其特征在于，所述能量转化机构包括小型发电机(8)，所述小型发电机(8)包括转轴(81)，所述转轴(81)上同轴固设有传动齿轮(811)，所述滚轮轴(34)上同轴固设有驱动齿轮(341)，所述传动齿轮(811)与驱动齿轮(341)啮合连接。
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