CN112523955B - 一种具有过载保护功能的风力发电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有过载保护功能的风力发电设备，其包括：保护壳体、风叶、旋转主轴、离合机构、发电装置。所述风叶安装于所述旋转主轴上，所述旋转主轴通过所述离合机构与所述发电装置连接；所述旋转主轴上还安装有离心式驱动机构，所述离心式驱动机构用于驱动所述离合机构，以使得所述离合机构与所述发电装置连接或分离；所述离心式驱动机构、所述离合机构及所述发电装置收容于所述保护壳体内。本发明的一种有过载保护功能的风力发电设备，当外界的风力达到某一设定的临界值时，相关的发电装置会与转轴断开连接，防止发电装置发生过载而烧坏导电线圈。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，特别是涉及一种具有过载保护功能的风力发电设备。
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。
在风力发电设备工作的过程中，当外界的风力过大时，风力带动转轴旋转的转速也会相应地加快，发电装置的导电线圈极有可能会由于过载而发生烧坏。
因此，如何设计开发一种具有过载保护功能的风力发电设备，当外界的风力达到某一设定的临界值时，相关的发电装置会与转轴断开连接，防止发电装置发生过载而烧坏导电线圈，这是设计开发人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种有过载保护功能的风力发电设备，当外界的风力达到某一设定的临界值时，相关的发电装置会与转轴断开连接，防止发电装置发生过载而烧坏导电线圈。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种具有过载保护功能的风力发电设备，包括：保护壳体、风叶、旋转主轴、离合机构、发电装置；
所述风叶安装于所述旋转主轴上，所述旋转主轴通过所述离合机构与所述发电装置连接；
所述旋转主轴上还安装有离心式驱动机构，所述离心式驱动机构用于驱动所述离合机构，以使得所述离合机构与所述发电装置连接或分离；
所述离心式驱动机构、所述离合机构及所述发电装置收容于所述保护壳体内。
在其中一个实施例中，
所述发电装置包括输入转轴及安装于所述输入转轴上的齿轮组，所述齿轮组设有一固定套筒；
所述离合机构包括活动套筒，所述活动套筒可沿轴线方向滑动地键连接于所述旋转主轴上；
所述离心式驱动机构包括：离心摆杆、轴向滑套、驱动连杆；所述离心摆杆的一端枢接于所述旋转主轴上，所述离心摆杆的另一端设有离心摆球；所述轴向滑套沿轴线方向滑动套接于所述旋转主轴上，所述轴向滑套与所述离心摆杆之间通过联动杆连接；
所述轴向滑套具有环形倾斜面，所述活动套筒具有环形凹槽，所述驱动连杆的中部枢接于所述保护壳体的内壁上，所述驱动连杆的一端压持于所述轴向滑套的环形倾斜面上，所述驱动连杆的另一端收容于所述活动套筒的环形凹槽内；
所述离心摆杆用于带动所述轴向滑套沿轴线方向滑动，进而通过所述驱动连杆带动所述活动套筒与所述固定套筒分离；
所述离合机构还包括复位弹性件，所述复位弹性件用于为所述活动套筒提供弹性回复力，以使得所述活动套筒与所述固定套筒连接。
在其中一个实施例中，所述复位弹性件为圆柱弹簧，所述圆柱弹簧套接于所述旋转主轴上；所述旋转主轴上设有撑挡环，所述圆柱弹簧的一端压持于所述撑挡环上，所述圆柱弹簧的另一端压持于所述活动套筒上。
在其中一个实施例中，所述离心摆杆的数量为多个，多个所述离心摆杆以所述旋转主轴的轴线为中心呈环形阵列分布。
在其中一个实施例中，所述驱动连杆的数量为多个，多个所述驱动连杆以所述旋转主轴的轴线为中心呈环形阵列分布。
在其中一个实施例中，所述驱动连杆的两端均设有滚珠，所述驱动连杆的一端通过所述滚珠压持于所述轴向滑套的环形倾斜面上，所述驱动连杆的另一端通过所述滚珠收容于所述活动套筒的环形凹槽内。
在其中一个实施例中，所述离心摆球为空心球体结构，所述离心摆球的表面开设有一注水口，所述注水口处设有密封胶塞。
本发明的一种有过载保护功能的风力发电设备，当外界的风力达到某一设定的临界值时，相关的发电装置会与转轴断开连接，防止发电装置发生过载而烧坏导电线圈。
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为本发明一实施例的具有过载保护功能的风力发电设备的示意图；
图2为图1所示的具有过载保护功能的风力发电设备的局部图；
图3为图2所示的具有过载保护功能的风力发电设备的内部结构图；
图4为图1所示的具有过载保护功能的风力发电设备在正常运行时的状态图；
图5为图1所示的具有过载保护功能的风力发电设备在过载时的状态图；
图6为图3所示的活动套筒和固定套筒的结构示意图。
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及图2所示，一种具有过载保护功能的风力发电设备10，其包括：保护壳体100、风叶200、旋转主轴300、离合机构400、发电装置500。
风叶200安装于旋转主轴300上，旋转主轴300通过离合机构400与发电装置500连接。
旋转主轴300上还安装有离心式驱动机构600(如图1及图2所示)，离心式驱动机构600用于驱动离合机构400，以使得离合机构400与发电装置500连接或分离。
离心式驱动机构600、离合机构400及发电装置500收容于保护壳体100内。
下面，对上述结构的具有过载保护功能的风力发电设备10的工作原理进行简单说明(请一并参阅图1及图2)：
外界的风吹动风叶200，风叶200带动旋转主轴300，旋转主轴300促使发电装置500发电；在此，要说明的是，发电装置500采用现有技术获得；
当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，风叶200带动旋转主轴300旋转的转速也会相应地加快，这时，离心式驱动机构600中的部件会产生离心运动并向外扩张，离心运动促使离合机构400与发电装置500发生分离，这样发电装置500不再发电，发电装置500中的导电线圈则得到了有效的保护；
当外界的风力小于某一设定的临界值时，风叶200带动旋转主轴300旋转的转速也会相应地减慢，这时，离心式驱动机构600中的部件会相应地向内收缩，离合机构400会与发电装置500再次接触，于是，发电装置500重新开始发电。
下面，对上述具有过载保护功能的风力发电设备10的具体结构进行说明：
如图3所示，发电装置500包括输入转轴510及安装于输入转轴510上的齿轮组520，齿轮组520设有一固定套筒530。
如图3所示，离合机构400包括活动套筒410，活动套筒410可沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴300上。可以理解，活动套筒410沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴300上，一方面，旋转主轴300可以带动活动套筒410做旋转运动，另一方面，活动套筒410可以沿着轴线方向往复滑动于旋转主轴300上。
如图3所示，离心式驱动机构600包括：离心摆杆610、轴向滑套620、驱动连杆630。离心摆杆610的一端枢接于旋转主轴300上，离心摆杆610的另一端设有离心摆球640。轴向滑套620沿轴线方向滑动套接于旋转主轴300上，轴向滑套620与离心摆杆610之间通过联动杆650连接。
如图3所示，轴向滑套620具有环形倾斜面621，活动套筒410具有环形凹槽411，驱动连杆630的中部枢接于保护壳体100的内壁上，驱动连杆630的一端压持于轴向滑套620的环形倾斜面621上，驱动连杆630的另一端收容于活动套筒410的环形凹槽411内。
离心摆杆610用于带动轴向滑套620沿轴线方向滑动，进而通过驱动连杆630带动活动套筒410与固定套筒530分离。
如图3所示，离合机构400还包括复位弹性件420，复位弹性件420用于为活动套筒410提供弹性回复力，以使得活动套筒410与固定套筒530连接。在本实施例中，复位弹性件420为圆柱弹簧，圆柱弹簧套接于旋转主轴300上；旋转主轴300上设有撑挡环301，圆柱弹簧的一端压持于撑挡环301上，圆柱弹簧的另一端压持于活动套筒410上。
如图3所示，具体地，在本实施例中，离心摆杆610的数量为多个，多个离心摆杆610以旋转主轴300的轴线为中心呈环形阵列分布；驱动连杆630的数量为多个，多个驱动连杆630以旋转主轴300的轴线为中心呈环形阵列分布。
进一步地，驱动连杆630的两端均设有滚珠(图未示)，驱动连杆630的一端通过滚珠压持于轴向滑套620的环形倾斜面621上，驱动连杆630的另一端通过滚珠收容于活动套筒410的环形凹槽411内。通过在驱动连杆630的两端均设有滚珠，这样可以有效地减少摩擦，提高部件与部件之间接触的顺滑性。
下面，对上述结构的具有过载保护功能的风力发电设备10的工作原理进行具体说明：
如图4所示，在正常的状态下，活动套筒410与固定套筒530是连接在一起的，这样，风叶200带动旋转主轴300旋转，旋转主轴300进而带动活动套筒410做旋转运动，活动套筒410再通过固定套筒530带动齿轮组520做齿轮传送运动，齿轮组520又会带动输入转轴510旋转，于是，发电装置500便可以实现正常发电；
如图5所示，当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，风叶200带动旋转主轴300旋转的转速也会相应地加快，离心摆球640受到离心力的作用会带动离心摆杆610向外扩散式摆动，离心摆杆610会通过联动杆650拉动轴向滑套620沿轴线方向一侧移动，轴向滑套620利用其环形倾斜面621带动驱动连杆630转动，驱动连杆630的另一端通过环形凹槽411拉动活动套筒410沿轴线方向一侧移动，于是，活动套筒410会与固定套筒530发生分离，活动套筒410不再带动固定套筒530旋转，间接地，发电装置500不再进行发电，发电装置500中的导电线圈则得到了有效的保护；
如图4所示，当外界的风力小于某一设定的临界值时，风叶200带动旋转主轴300旋转的转速也会相应地减慢，离心摆球640受到的离心力会相应减小，离心摆球640会带动离心摆杆610向内收缩，离心摆杆610会通过联动杆650拉动轴向滑套620沿轴线反方向移动，轴向滑套620的环形倾斜面621不再给驱动连杆630一个强大的抵持力，驱动连杆630的另一端也就不再通过环形凹槽411给活动套筒410一个强大的拉力，此时，复位弹性件420会带动活动套筒410沿轴线反方向移动，反方向移动的活动套筒410会与固定套筒530再次接触在一起，于是，发电装置500会进行正常发电。
下面，对上述结构的具有过载保护功能的风力发电设备10的结构设计原理进行说明：
1、轴向滑套620沿轴线方向滑动套接于旋转主轴300上，当旋转主轴300转动时，旋转主轴300会带动轴向滑套620一起旋转，为此，特别在轴向滑套620设置了一个环形倾斜面621，一方面，轴向滑套620在旋转过程中就不会带动与之接触的驱动连杆630一起旋转，解决了部件之间顺畅配合的问题，另一方面，轴向滑套620在沿轴向移动的过程中，环形倾斜面621会促使驱动连杆630自身发生摆动，进而带动活动套筒410沿轴向往复移动；
2、活动套筒410沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴300上，当旋转主轴300转动时，旋转主轴300会带动活动套筒410一起旋转，为此，特别在活动套筒410设置了一个环形凹槽411，一方面，活动套筒410在旋转过程中就不会带动与之接触的驱动连杆630一起旋转，解决了部件之间顺畅配合的问题，另一方面，由于驱动连杆630的另一端收容于活动套筒410的环形凹槽411内，驱动连杆630可以非常稳定地带动活动套筒410沿轴向往复移动；
3、当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，风叶200带动旋转主轴300旋转的转速也会相应地加快，离心摆球640受到离心力的作用会带动离心摆杆610向外扩散式摆动，离心摆杆610会通过联动杆650拉动轴向滑套620沿轴线方向一侧移动，轴向滑套620利用其环形倾斜面621带动驱动连杆630转动，驱动连杆630的另一端通过环形凹槽411拉动活动套筒410沿轴线方向一侧移动，于是，活动套筒410会与固定套筒530发生分离，活动套筒410不再带动固定套筒530旋转，这也充分利用了旋转主轴300本身所具有的旋转运动，不需要额外增加装置而达到自适应调节的目的。
特别地，在本发明中，离心摆球640为空心球体结构，离心摆球640的表面开设有一注水口，注水口处设有密封胶塞。这样，可以通过注水口往离心摆球640内部进行注水，当注入的水达到所要求的量后，停止注水，并利用密封胶塞将注水口封堵住。可知，当离心摆球640注入的水量不同，整个离心摆球640的重量也就不同，在旋转主轴300相同转速的情况下，离心摆杆610的摆幅大小是不一样的，通过这样的方式，可以对临界值大小进行适应性调节，只有外界的风力到达某一所需的值时，离心式驱动机构600才会驱动离合机构400，进而控制发电装置500的启停。另外，通过注水的方式来调节整个离心摆球640的重量，也是非常方便的，不需要对离心摆球640进行拆卸式更换。当然，也可以通过注水口将离心摆球640内的水引流出来。
在此，还要特别说明的是，离心摆球640具有光滑的球面，离心摆球640的球面与驱动连杆630压持于环形倾斜面621的一端接触或分离。当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，离心摆球640受到离心力的作用会带动离心摆杆610向外扩散式摆动，这时，离心摆球640的球面与驱动连杆630的一端分离。当外界的风力小于某一设定的临界值时，离心摆球640受到的离心力会相应减小，离心摆球640会带动离心摆杆610向内收缩，这时，离心摆球640的球面会撞击在驱动连杆630的一端(如图3及图4所示)，驱动连杆630的一端受到离心摆球640的撞击后，驱动连杆630自身会发生反向转动，于是，驱动连杆630的另一端会通过环形凹槽411推动活动套筒410沿轴线反向移动，活动套筒410同时受到复位弹性件420的弹性回复力和驱动连杆630所提供的推力作用，使得活动套筒410可以更加可靠地移动并与固定套筒530接触在一起。
由于离心摆球640是跟随旋转主轴300一起不断旋转的，在离心摆球640往加收缩并旋转的过程中，光滑的球面会撞击在驱动连杆630的一端(如图3及图4所示)，从而促使驱动连杆630自身发生转动，进而推动活动套筒410移动。可以理解，驱动连杆630的一端是压持在轴向滑套620的环形倾斜面621上的，当轴向滑套620沿轴线反方向移动时，驱动连杆630的一端很容易与环形倾斜面621发生分离，驱动连杆630也就不容易发生转动，而通过离心摆球640来撞击驱动连杆630的一端，则可以使得驱动连杆630更顺畅地发生转动。
如图6所示，还要说明的是，当活动套筒410会与固定套筒530接触在一起时，活动套筒410会套接于固定套筒530的筒体内，活动套筒410的外筒端面与固定套筒530的内筒端面相互接触，形成面与面之间的接触(如图5所示)。当然，为了使得活动套筒410与固定套筒530相互接触地更加稳定，活动套筒410的外筒端面可以设置凸齿结构，固定套筒530的内筒端面开设有与凸齿结构对应地凹槽结构。
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 (6)
1.一种具有过载保护功能的风力发电设备，包括：保护壳体、风叶、旋转主轴、离合机构、发电装置；
所述风叶安装于所述旋转主轴上，所述旋转主轴通过所述离合机构与所述发电装置连接；
所述旋转主轴上还安装有离心式驱动机构，所述离心式驱动机构用于驱动所述离合机构，以使得所述离合机构与所述发电装置连接或分离；
所述离心式驱动机构、所述离合机构及所述发电装置收容于所述保护壳体内；
其特征在于，所述发电装置包括输入转轴及安装于所述输入转轴上的齿轮组，所述齿轮组设有一固定套筒；
所述离合机构包括活动套筒，所述活动套筒可沿轴线方向滑动地键连接于所述旋转主轴上；
所述离心式驱动机构包括：离心摆杆、轴向滑套、驱动连杆；所述离心摆杆的一端枢接于所述旋转主轴上，所述离心摆杆的另一端设有离心摆球；所述轴向滑套沿轴线方向滑动套接于所述旋转主轴上，所述轴向滑套与所述离心摆杆之间通过联动杆连接；
所述轴向滑套具有环形倾斜面，所述活动套筒具有环形凹槽，所述驱动连杆的中部枢接于所述保护壳体的内壁上，所述驱动连杆的一端压持于所述轴向滑套的环形倾斜面上，所述驱动连杆的另一端收容于所述活动套筒的环形凹槽内；
所述离心摆杆用于带动所述轴向滑套沿轴线方向滑动，进而通过所述驱动连杆带动所述活动套筒与所述固定套筒分离；
所述离合机构还包括复位弹性件，所述复位弹性件用于为所述活动套筒提供弹性回复力，以使得所述活动套筒与所述固定套筒连接。
2.根据权利要求1所述的具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于，所述复位弹性件为圆柱弹簧，所述圆柱弹簧套接于所述旋转主轴上；所述旋转主轴上设有撑挡环，所述圆柱弹簧的一端压持于所述撑挡环上，所述圆柱弹簧的另一端压持于所述活动套筒上。
3.根据权利要求1所述的具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于，所述离心摆杆的数量为多个，多个所述离心摆杆以所述旋转主轴的轴线为中心呈环形阵列分布。
4.根据权利要求3所述的具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于，所述驱动连杆的数量为多个，多个所述驱动连杆以所述旋转主轴的轴线为中心呈环形阵列分布。
5.根据权利要求1所述的具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于，所述驱动连杆的两端均设有滚珠，所述驱动连杆的一端通过所述滚珠压持于所述轴向滑套的环形倾斜面上，所述驱动连杆的另一端通过所述滚珠收容于所述活动套筒的环形凹槽内。
6.根据权利要求1所述的具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于，所述离心摆球为空心球体结构，所述离心摆球的表面开设有一注水口，所述注水口处设有密封胶塞。
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