CN112523953A - 基于分离式的超负荷保护的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于分离式超负荷保护的风力发电机，包括：支撑架、风叶、防护壳体、风力传动机构、发电机构及传动分离机构，所述防护壳体设置在所述支撑架上，所述防护壳体具有收容腔，所述风力传动机构及发电机构收容在所述收容腔中，所述传动分离机构部分收容于所述收容腔中；所述风力传动机构与所述风叶连接，所述传动分离机构与所述发电机构驱动连接；所述传动分离机构与所述风力传动机构驱动连接或远离。本发明公开的基于分离式超负荷保护的风力发电机，在风速过大时，将发电机构与风力传动机构进行分离，避免发电机构超负荷运行而损坏，进而延长基于分离式超负荷保护的风力发电机的使用寿命。

Description

基于分离式的超负荷保护的风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别是涉及一种基于分离式超负荷保护的风力发电机。

背景技术

风力发电作为清洁能源，越来越得到青睐。风力发电的原理是：通过自然风力带动风车叶片旋转，并通过增速器将旋转的速度提升来促使发电设备发电。简而言之，风力发电是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。这个过程不需要燃料，也没有辐射，对空气和环境没有产生污染，是一种清洁能源。

如公开号为CN104500337A的发明专利，公开了一种具有保护功能的永磁变速风力发电装置，通过设置保护机构，在风力过大时，通过保护机构使第一轴杆受阻而减速，避免过载而烧坏发电装置的导电线圈。

但是，公开号为CN104500337A的发明专利，在风力过大时，需要工作人员手动操作手柄，来启动保护机构实现保护功能。通过人工手动操作的保护机制，一方面需要实时监控风力大小；另一方面从工作人员获悉风力过大，到工作人员手动完成保护机构的保护操作需要一定的时间，在这个时间段内，风力发电装置处于超负荷状态。因此，风力发电装置不可避免地会存在超负荷状态，从而使得风力发电装置的使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于分离式超负荷保护的风力发电机，在风速过大时，将发电机构与风力传动机构进行分离，避免发电机构超负荷运行而损坏，进而延长基于分离式超负荷保护的风力发电机的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于分离式超负荷保护的风力发电机，包括：支撑架、风叶、防护壳体、风力传动机构、发电机构及传动分离机构，所述防护壳体设置在所述支撑架上，所述防护壳体具有收容腔，所述风力传动机构及发电机构收容在所述收容腔中，所述传动分离机构部分收容于所述收容腔中；

所述风力传动机构与所述风叶连接，所述传动分离机构与所述发电机构驱动连接；所述传动分离机构与所述风力传动机构驱动连接或远离。

在其中一个实施例中，所述传动分离机构包括：固定基座、风帆、自由连杆、第一传动滑块及传动复位弹簧，所述固定基座设置在所述收容腔中，所述第一传动滑块滑动设置在所述固定基座上，所述自由连杆与所述第一传动滑块连接，且所述自由连杆穿出所述防护壳体后与所述风帆连接；所述传动复位弹簧的一端与所述第一传动滑块连接，另一端与所述固定基座连接；

所述传动分离机构还包括第二传动滑块及自由摆杆，所述第二传动滑块与所述第一传动滑块滑动连接，所述自由摆杆的一端转动设置在所述第二传动滑块上；

所述固定基座上设置有第一限位阻挡件，所述第一限位阻挡件开设有限位阻挡槽，所述第一限位阻挡件具有第一限位阻挡面；

所述第一传动滑块上设置有第二限位阻挡件，所述第二限位阻挡件设有勾槽，所述第二限位阻挡件具有第二限位阻挡面；

所述自由摆杆的另一端设置有第一转轮和第二转轮，所述第一转轮卡设在所述限位阻挡槽中或与所述第一限位阻挡面抵持；所述第二转轮卡设在所述勾槽或与所述第二限位阻挡面抵持；

所述传动分离机构还包括传动分离件，所述传动分离件与所述第二传动滑块连接，且所述传动分离件与所述发电机构滑动连接，所述传动分离件与所述风力传动机构驱动连接或分离。

在其中一个实施例中，所述风力传动机构包括传动连杆及主动传动件，所述传动连杆的一端与所述风叶连接，另一端与所述主动传动件连接；所述发电机构包括发电连杆；

所述传动分离机构还包括连接轴承，所述传动分离件通过所述连接轴承与所述第二传动滑块连接；所述传动分离件活动套设在所述发电连杆的外壁，且所述传动分离件沿所述发电连杆的中心轴方向向所述主动传动件靠近或远离。

在其中一个实施例中，所述发电连杆的外壁设置有若干条与所述发电连杆的中心轴平行设置的第一凸棱，所述传动分离件的内壁开设有若干条与所述第一凸棱配合的第一限位引导槽。

在其中一个实施例中，若干条所述第一凸棱以所述发电连杆的中心轴为中心呈环形阵列分布。

在其中一个实施例中，所述自由摆杆的数量为两个；相应地，所述第一限位阻挡件及第二限位阻挡件的数量均为两个。

在其中一个实施例中，所述传动复位弹簧的数量为一根以上。

在其中一个实施例中，所述固定基座开设有第二限位引导槽，所述第一传动滑块设置有与所述第二限位引导槽配合的第二凸棱。

在其中一个实施例中，所述主动传动件具有第一传动面，所述传动分离件具有第二传动面，所述第一传动面与所述第二传动面接触或分离。

在其中一个实施例中，所述防护壳体开设有避让槽，所述自由连杆穿过所述避让槽与所述风叶连接。

本发明提供的基于分离式超负荷保护的风力发电机，在风速过大时，将发电机构与风力传动机构进行分离，避免发电机构超负荷运行而损坏，进而延长基于分离式超负荷保护的风力发电机的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的基于分离式超负荷保护的风力发电机的整体结构示意图；

图2为图1所示的传动分离机构与发电连杆的连接示意图；

图3为图2所示的传动分离机构与发电连杆的部分剖视图；

图4为主动传动件与传动分离件接触状态示意图；

图5为主动传动件与传动分离件分离状态示意图(一)；

图6为主动传动件与传动分离件分离状态示意图(二)；

图7为图2所示的固定基座的结构示意图；

图8为图2所示的第二传动滑块与自由摆杆的连接示意图；

图9为图2所示的第一传动滑块的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明公开一种基于分离式超负荷保护的风力发电机10，包括：支撑架20、风叶30、防护壳体40、风力传动机构50、发电机构60及传动分离机构70。其中，防护壳体40设置在支撑架20上，防护壳体40具有收容腔 80，风力传动机构50及发电机构60收容在收容腔80中，传动分离机构70部分收容于收容腔80中。风力传动机构50与风叶30连接，传动分离机构70与发电机构60驱动连接。传动分离机构70与风力传动机构50驱动连接或远离。

如图1、图2及图3所示，具体的，传动分离机构70包括：固定基座100、风帆200、自由连杆300、第一传动滑块400及传动复位弹簧500，固定基座100 设置在收容腔80中，第一传动滑块400滑动设置在固定基座100上，自由连杆 300与第一传动滑块400连接，且自由连杆300穿出防护壳体40后与风帆200 连接；传动复位弹簧500的一端与第一传动滑块400连接，另一端与固定基座 100连接。

如图2及图3所示，具体的，传动分离机构70还包括第二传动滑块600及自由摆杆700，第二传动滑块600与第一传动滑块400滑动连接，自由摆杆700 的一端转动设置在第二传动滑块600上。如图8及图9所示，在本实施例中，第二传动滑块600设置有第三凸棱610，第一传动滑块400开设有第三限位引导槽430，第三凸棱610与第三限位引导槽430配合，实现第二传动滑块600与第一传动滑块400滑动连接。第三凸棱610与第三限位引导槽430的配合，实现第二传动滑块600与第一传动滑块400在保持相对静止及相对运动之间无缝衔接切换，从而实现基于分离式超负荷保护的风力发电机10的分离式超负荷保护，且确保基于分离式超负荷保护的风力发电机10的稳定性。

如图7所示，具体的，固定基座100上设置有第一限位阻挡件110，第一限位阻挡件110开设有限位阻挡槽111，第一限位阻挡件110具有第一限位阻挡面 112。

如图9所示，具体的，第一传动滑块400上设置有第二限位阻挡件410，第二限位阻挡件410设有勾槽411，第二限位阻挡件410具有第二限位阻挡面412。

如图4、图5、图6及图8所示，具体的，自由摆杆700的另一端设置有第一转轮710和第二转轮720，第一转轮710卡设在限位阻挡槽111中或与第一限位阻挡面112抵持。第二转轮720卡设在勾槽411或与第二限位阻挡面412抵持。

如图1及图3所示，具体的，传动分离机构70还包括传动分离件800，传动分离件800与第二传动滑块600连接，且传动分离件800与发电机构60滑动连接，传动分离件800与风力传动机构50驱动连接或分离。

如图4所示，具体的，风力传动机构50包括传动连杆501及主动传动件502，传动连杆501的一端与风叶30(如图1所示)连接，另一端与主动传动件502 连接；发电机构60包括发电连杆601。如图3所示，传动分离机构70还包括连接轴承900，传动分离件800通过连接轴承900与第二传动滑块600连接；传动分离件800活动套设在发电连杆601的外壁，且传动分离件800沿发电连杆601 的中心轴方向向主动传动件502靠近或远离。

如图3所示，具体的，发电连杆601的外壁设置有若干条与发电连杆601 的中心轴平行设置的第一凸棱602，传动分离件800的内壁开设有若干条与第一凸棱602配合的第一限位引导槽810。作为优选的实施方式，若干条第一凸棱 602以发电连杆601的中心轴为中心呈环形阵列分布。

如图2及图5所示，具体的，自由摆杆700的数量为两个；相应地，第一限位阻挡件110及第二限位阻挡件410的数量均为两个。

如图4所示，具体的，传动复位弹簧500的数量为一根以上。在本实施例中，传动复位弹簧500的数量为两根。

如图7及图9所示，具体的，固定基座100开设有第二限位引导槽120，第一传动滑块400设置有与第二限位引导槽120配合的第二凸棱420。在本实施例中，固定基座100的数量为两个，两个固定基座100相对地设置在第一传动滑块400的两侧，且两个固定基座100与两个自由摆杆700(如图8所示)一一对应，从而使得传动分离机构70的稳定性更好。

如图6所示，具体的，主动传动件502具有第一传动面503，传动分离件 800具有第二传动面820，第一传动面503与第二传动面820接触或分离。

如图1及图2所示，具体的，防护壳体40开设有避让槽(图未示)，自由连杆300穿过避让槽与风叶30连接。

下面对基于分离式超负荷保护的风力发电机10的工作原理进行说明(请一并参阅图1至图9)：

在风速不超过基于分离式超负荷保护的风力发电机10的正常负荷时，基于分离式超负荷保护的风力发电机10正常发电，主动传动件502的第一传动面503 与传动分离件800的第二传动面820接触；

此时，风叶30在风力的作用下转动并带动传动连杆501及主动传动件502 转动；主动传动件502带动传动分离件800转动；需要说明的是，主动传动件 502带动传动分离件800转动时通过面与面之间的摩擦力实现的；面与面接触的方式，一方面实现动力的传输，另一方面确保主动传动件502与传动分离件800 的反复接触和分离；传动分离件800转动时带动发电连杆601转动，从而将动力传输至发电机构60进行发电；

需要说明的是，当风力足够小时(例如风力为零时)，第一传动滑块400在传动复位弹簧500的弹性回复力作用下向靠近风力传动机构50的方向复位；此时，主动传动件502的第一传动面503与传动分离件800的第二传动面820接触；第一转轮710卡设在限位阻挡槽111中，第二转轮720与第二限位阻挡面 412抵持；

随着风力的增大，风力将风帆200往远离风叶30的方向吹；风帆200带动自由连杆300及第一传动滑块400一同沿固定基座100向远离风力传动机构50 的方向移动；在此过程中，第一传动滑块400不断压缩传动复位弹簧500；此外，由于第一转轮710卡设在限位阻挡槽111中且第二转轮720与第二限位阻挡面 412抵持，故自由摆杆700受到限位无法移动，从而使得第二传动滑块600也无法移动(此过程为第一阶段)；在此需要说明的是，自由摆杆700之所以能稳定地卡住并保持静止不动，是因为第一转轮710卡设在限位阻挡槽111中且第二转轮720与第二限位阻挡面412抵持，第二限位阻挡面412对第二转轮720进行了限位，使得第二转轮720无法向远离限位阻挡槽111的方向移位，进而使得第一转轮710无法从限位阻挡槽111脱出；

当风力进一步增大时，风帆200进一步带动自由连杆300及第一传动滑块400一同沿固定基座100向远离风力传动机构50的方向移动；当第二限位阻挡件410的勾槽411滑动至第二转轮720处时，第二转轮720在重力作用下滑入勾槽411并被勾槽411勾住；与此同时，第一转轮710逐渐从限位阻挡槽111 中脱出；当第二转轮720完全滑入勾槽411时，第一转轮710也完全从限位阻挡槽111中脱出且第一转轮710与第一限位阻挡面112抵持；

在此状态下，若风力进一步增大(此时风力达到基于分离式超负荷保护的风力发电机10的负荷极限值)，则风帆200进一步带动自由连杆300及第一传动滑块400一同沿固定基座100向远离风力传动机构50的方向移动，且，第二传动滑块600、自由摆杆700、传动分离件800及连接轴承900一并跟随第一传动滑块400向远离风力传动机构50的方向移动，由此实现传动分离件800与主动传动件502的分离(此过程为第二阶段)；传动分离件800与主动传动件502 分离后，风叶30、传动连杆501及主动传动件502在风力的作用下依旧保持急速转动；但，传动分离件800及发电连杆601失去了主动传动件502的动力供应，而逐渐降速；此时，发电机构60因为失去动力来源而逐渐停止发电，从而避免在风力过大时，超负荷运行而烧坏器件，从而实现基于分离式超负荷保护的风力发电机10的超负荷保护，延长使用寿命；

需要说明的是，当传动分离件800及连接轴承900向远离风力传动机构50 的方向移动时，传动分离件800及连接轴承900一同沿发电连杆601的外壁向远离风力传动机构50的方向移动；而且，在此过程中，传动分离件800、连接轴承900的内壁及发电连杆601在惯性作用下逐渐降低转速；

在此，还需要说明的是，第一凸棱602与第一限位引导槽810的配合，一方面确保传动分离件800带动发电连杆601转动实现发电；另一方面实现传动分离件800准确且稳定地沿发电连杆601滑动，从而实现传动分离件800与主动传动件502的反复分离或接触；

此外，还需要说明的是，连接轴承900的内圈与传动分离件800连接，连接轴承900的外圈与第二传动滑块600连接，实现第二传动滑块600带动传动分离件800向主动传动件502靠近或远离的同时，确保传动分离件800的旋转运动不对第二传动滑块600产生干涉，保持基于分离式超负荷保护的风力发电机10的稳定性；

当然，随着风力更进一步的增大，风帆200的受力进一步增大，风帆200 继续带动自由连杆300、第一传动滑块400、第二传动滑块600、自由摆杆700、传动分离件800及连接轴承900等结构向远离风力传动机构50的方向移动；在此过程，传动复位弹簧500进一步被压缩；需要说明的是，在此过程中，第二转轮720完全卡入勾槽411中，且第一转轮710完全从限位阻挡槽111中脱出后牢牢抵持于第一限位阻挡面112；这样，自由摆杆700就形成了稳定的姿态，从而确保了传动分离机构70的稳定性，进而确保基于分离式超负荷保护的风力发电机10的稳定性；

当风力逐渐减小时，风帆200受到的风力逐渐减小，传动复位弹簧500逐渐向靠近风力传动机构50的方向复位；从传动复位弹簧500开始复位到完全复位的过程同样也包含两个阶段(称为第三阶段和第四阶段)；复位过程的两个阶段刚好与保护分离的两个阶段原理相同顺序相反；

在传动复位弹簧500逐渐向靠近风力传动机构50的方向复位的过程中，首先传动复位弹簧500推动第一传动滑块400、自由连杆300、风帆200、第二传动滑块600、自由摆杆700、传动分离件800及连接轴承900等结构向靠近风力传动机构50的方向复位；当第一转轮710复位至限位阻挡槽111处时，第一转轮710在限位阻挡槽111的勾取作用下逐渐向限位阻挡槽111复位；同时，第二转轮720逐渐从勾槽411中脱出；当第一转轮710完全复位在限位阻挡槽111 中时第二转轮720完全从勾槽411中脱出；在此状态下，传动复位弹簧500继续复位并推动第一传动滑块400、自由连杆300、风帆200、传动分离件800及轴承进一步向靠近风力传动机构50的方向复位；直至复位至传动分离件800再次与主动传动件502接触，为完全复位；

还需要说明的是，限位阻挡槽111与第二限位阻挡面412的配合以及勾槽 411与第一限位阻挡面112的配合共同对自由摆杆700进行了限位，使得自由摆杆700不会发生偏摆、脱轨，确保了自由摆杆700在任何状态下均具有高度稳定性，从而确保基于分离式超负荷保护的风力发电机10的系统稳定性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，包括：支撑架、风叶、防护壳体、风力传动机构、发电机构及传动分离机构，所述防护壳体设置在所述支撑架上，所述防护壳体具有收容腔，所述风力传动机构及发电机构收容在所述收容腔中，所述传动分离机构部分收容于所述收容腔中；

所述风力传动机构与所述风叶连接，所述传动分离机构与所述发电机构驱动连接；所述传动分离机构与所述风力传动机构驱动连接或远离。

2.根据权利要求1所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述传动分离机构包括：固定基座、风帆、自由连杆、第一传动滑块及传动复位弹簧，所述固定基座设置在所述收容腔中，所述第一传动滑块滑动设置在所述固定基座上，所述自由连杆与所述第一传动滑块连接，且所述自由连杆穿出所述防护壳体后与所述风帆连接；所述传动复位弹簧的一端与所述第一传动滑块连接，另一端与所述固定基座连接；

所述传动分离机构还包括第二传动滑块及自由摆杆，所述第二传动滑块与所述第一传动滑块滑动连接，所述自由摆杆的一端转动设置在所述第二传动滑块上；

所述固定基座上设置有第一限位阻挡件，所述第一限位阻挡件开设有限位阻挡槽，所述第一限位阻挡件具有第一限位阻挡面；

所述第一传动滑块上设置有第二限位阻挡件，所述第二限位阻挡件设有勾槽，所述第二限位阻挡件具有第二限位阻挡面；

所述自由摆杆的另一端设置有第一转轮和第二转轮，所述第一转轮卡设在所述限位阻挡槽中或与所述第一限位阻挡面抵持；所述第二转轮卡设在所述勾槽或与所述第二限位阻挡面抵持；

所述传动分离机构还包括传动分离件，所述传动分离件与所述第二传动滑块连接，且所述传动分离件与所述发电机构滑动连接，所述传动分离件与所述风力传动机构驱动连接或分离。

3.根据权利要求2所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述风力传动机构包括传动连杆及主动传动件，所述传动连杆的一端与所述风叶连接，另一端与所述主动传动件连接；所述发电机构包括发电连杆；

所述传动分离机构还包括连接轴承，所述传动分离件通过所述连接轴承与所述第二传动滑块连接；所述传动分离件活动套设在所述发电连杆的外壁，且所述传动分离件沿所述发电连杆的中心轴方向向所述主动传动件靠近或远离。

4.根据权利要求3所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述自由摆杆的数量为两个；相应地，所述第一限位阻挡件及第二限位阻挡件的数量均为两个。

5.根据权利要求4所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述传动复位弹簧的数量为一根以上。

6.根据权利要求3所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述固定基座开设有第二限位引导槽，所述第一传动滑块设置有与所述第二限位引导槽配合的第二凸棱。

7.根据权利要求3所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述主动传动件具有第一传动面，所述传动分离件具有第二传动面，所述第一传动面与所述第二传动面接触或分离。

8.根据权利要求3所述的基于分离式超负荷保护的风力发电机，其特征在于，所述防护壳体开设有避让槽，所述自由连杆穿过所述避让槽与所述风叶连接。

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