CN112555091B - 随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其包括：装配壳体、发电机构、风力驱动机构以及扭矩调节机构；风力驱动机构包括：驱动扇叶、输入转轴以及输入转子。发电机构包括活动环，活动环上设有永磁体；扭矩调节机构与活动环驱动连接，以使得活动环活动于耦合间隙中。扭矩调节机构包括离心组件及翻转组件；离心组件包括多个离心片，每一离心片通过伸缩弹性件与输入转轴连接；翻转组件包括多个翻转叶，每一翻转叶以一端为支点可转动地设于装配壳体上，每一翻转叶通过复位弹性件与装配壳体连接，每一翻转叶通过连接杆与活动环连接；离心片与翻转叶抵持。该发电装置可以实现扭矩的自动调节，从而扩大发电装置的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及永磁风力发电装置技术领域，特别是涉及一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置。
背景技术
风力发电机利用风能进行发电作业，传统风力发电机其内部结构复杂，传动部件多，机械效率受到一定限制，同时，机械传动需要定期维护，导致成本增加。为克服传统机械传动风力发电机的缺陷，永磁传动发电技术逐步得到运用。但是，普通的永磁发电机在风力较小的时候，由于所需启动惯量大而无法启动，使用的范围受到限制。
现有技术CN 104500344 A中，公布了一种扭矩可调式永磁变速风力发电装置，该发电装置利用永磁调速原理，可以在风力较小的时候，通过电机和减速机驱动永磁体，从而改变定子与转子之间的有效耦合面积，进而改变转子与定子之间扭矩的大小，即启动惯量大小。如此便扩大了发电装置的使用范围。但是，现有技术CN 104500344 A中，需要通过外置的牵引机构驱动永磁体活动，为此还需要额外添加电机并设置调节程序，实用性较差。
为此，如何设计一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，可以根据风力大小自动调节耦合面积，实现扭矩的自动调节，从而扩大发电装置的使用范围，这是该领域技术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，提供一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，根据风力大小自动调节耦合面积，实现扭矩的自动调节，从而扩大发电装置的使用范围。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其包括：装配壳体、发电机构、风力驱动机构以及扭矩调节机构；
所述风力驱动机构包括：驱动扇叶、输入转轴以及输入转子；所述驱动扇叶位于所述装配壳体外部，所述输入转子位于所述装配壳体内部，所述驱动扇叶与所述输入转子之间通过所述输入转轴连接；
所述输入转子与所述装配壳体的内侧壁之间形成耦合间隙；
所述发电机构包括活动环，所述活动环上设有永磁体；所述扭矩调节机构与所述活动环驱动连接，以使得所述活动环活动于所述耦合间隙中。
在其中一种实施例中，所述扭矩调节机构包括离心组件及翻转组件；
所述离心组件包括多个离心片，多个所述离心片以所述输入转轴的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一所述离心片通过伸缩弹性件与所述输入转轴连接；
所述翻转组件包括多个翻转叶，多个所述翻转叶以所述输入转轴的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一所述翻转叶以一端为支点可转动地设于所述装配壳体上，每一所述翻转叶通过复位弹性件与所述装配壳体连接，每一所述翻转叶通过连接杆与所述活动环连接；
所述离心片与所述翻转叶抵持。
在其中一种实施例中，所述翻转叶的数量为四个。
在其中一种实施例中，所述离心片的数量为三个。
在其中一种实施例中，所述复位弹性件为弹簧结构。
在其中一种实施例中，所述伸缩弹性件为弹簧结构。
在其中一种实施例中，所述装配壳体的内侧壁上设有凸棱，所述活动环的外侧壁上开设有与所述凸棱相配合的凹槽。
在其中一种实施例中，所述离心片上安装有滚珠，所述离心片通过所述滚珠压持于所述翻转叶上。
在其中一种实施例中，所述连接杆通过万向球分别与所述翻转叶和所述活动环铰接。
综上，本发明的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置可以根据风力大小自动调节耦合面积，实现扭矩的自动调节，从而扩大发电装置的使用范围。
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为本发明随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置的结构示意图；
图2为本发明随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置的局部结构示意图；
图3为图2所示随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置的局部剖视图；
图4为工作状态下随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置的局部剖视图；
图5为工作状态下随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置的局部结构示意图；
图6为扭矩调节机构活动状态变化的俯视图；
图7为离心片与翻转叶配合的结构示意图；
图8为装配壳体与活动环配合的局部剖视图。
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，本发明公开一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置10，其包括：装配壳体100、发电机构200、风力驱动机构300以及扭矩调节机构400。
其中，如图1及图2所示，风力驱动机构300包括：驱动扇叶310、输入转轴320以及输入转子330。具体地，驱动扇叶310位于装配壳体100外部，输入转子320位于装配壳体100内部，驱动扇叶310与输入转子330之间通过输入转轴320连接。驱动扇叶310在风力的驱动下旋转并带动输入转轴320及输入转子330，驱动扇叶310的转速随着风力强弱的变化而变化。
具体地，如图3所示，输入转子330的外侧壁与装配壳体100的内侧壁之间形成耦合间隙500。
如图4所示，发电机构200包括活动环210，活动环210上设有永磁体211。扭矩调节机构400与活动环210驱动连接，以使得活动环210活动于耦合间隙500中。要说明的是，在活动环210下滑过程中，活动环210上的永磁体211与输入转子330的耦合面积增大，则永磁体211与输入转子330之间传递的扭矩增大；在活动环210上升过程中，永磁体211与输入转子330的耦合面积减小，则永磁体211与输入转子330之间传递的扭矩减小。
其中，如图4所示，扭矩调节机构400包括离心组件410及翻转组件420；
具体地，如图5所示，离心组件410包括多个离心片411，多个离心片411以输入转轴320的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一离心片411通过伸缩弹性件412与输入转轴320连接。
具体地，如图4及图5所示，翻转组件420包括多个翻转叶421，多个翻转叶421以输入转轴320的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一翻转叶421以一端为支点可转动地设于装配壳体100上，每一翻转叶421通过复位弹性件422与装配壳体100连接，每一翻转叶421通过连接杆423与活动环210连接。在本实施例中，连接杆423通过万向球分别与翻转叶421和活动环210铰接。
要说明的是，离心片411抵持于翻转叶421，离心片411随着输入转轴320的转动向外移动，被抵持的翻转叶421将随着做翻转运动，具体过程将在下文进行阐述。
下面对随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置10的工作原理进行阐述说明：
在无风力驱动的状态下，驱动扇叶310与输入转轴320处于静止状态，如图2所示，离心片411与翻转叶421均处于初始位置，活动环210与输入转子330之间的耦合面积处于最小值；
在有风力驱动的状态下，驱动扇叶310在风力驱动下带动输入转轴320与输入转子330一起旋转。如图5所示，离心片411随着输入转轴320做旋转运动，同时，在离心力的作用下，离心片411向远离输入转轴320的方向移动一定距离，如图6所示。由于离心片411抵持于翻转叶421上，随着离心片411的移动，翻转叶421将被迫绕着支点转动一定角度，进一步地，随着翻转叶421的转动，翻转叶421上的连接杆423将推着活动环210沿装配壳体100的内侧壁滑动；
在风力变化的过程中，扭矩调节机构400将做出自适应调节：
当风力加大时，输入转轴320转速加快，随着输入转轴320一起旋转的离心片411受到的离心力变大，离心片411向外移动的距离增加，如图4所示。与此同时，在离心片411的抵持下，翻转叶421转动的角度也相应增大。进一步地，翻转叶421上的连接杆423将推着活动环210向下滑动，活动环210上的永磁体211与输入转子330的耦合面积增大，即永磁体211与输入转子330之间传递的扭矩增大；
当风力减小时，输入转轴320转速减缓，随着输入转轴320一起旋转的离心片411受到的离心力变小，离心片411在伸缩弹性件412的作用下向外移动的距离变小。与此同时，没有了离心片411的抵持，翻转叶421在复位弹性件422的作用下转动角度也相应减小。进一步地，翻转叶421上的连接杆423将拉着活动环210向上滑动，永磁体211与输入转子330的耦合面积减小，永磁体211与输入转子330之间传递的扭矩减小；
当无风力时，如图3所示，离心片411在伸缩弹性件412的作用下回到初始位置，翻转叶421在复位弹性件422的作用下也回到初始位置，活动环210与输入转子330之间的耦合面积再次处于最小值。
要说明的是，在无风力驱动的状态下，活动环210与输入转子330之间的耦合面积将处于最小值，如此，可以使得在有风力启动时，输入转子330转动所需的扭矩较小，即启动惯量较小。同时，启动过程中，活动环210与输入转子330之间的耦合面积逐渐增大，则永磁体211与输入转子330之间传递的扭矩也是逐步增大，如此，使得随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置10的启动平稳，减小了对装置内部结构的刚性冲击。
要强调说明的是，扭矩调节机构400的自适应调节过程是根据当前风力实时调节的动态过程，如此，随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置10可以更好的利用各级风力的风能，尤其是利用较低风力的风能。而且，扭矩调节机构400的自适应调节依靠的动力来源是风能本身，因此不需要额外增加动力源，简化了结构。
要说明的是，两个翻转叶421之间在翻转过程中可能存在有间隙，为了使离心片411更好的跨过该间隙，在本实施例中，如图6所示，翻转叶421的数量设为四个，离心片411的数量设为三个。如此，增加了同一离心片411压持两个及以上翻转叶421的可能性，使得离心片411在两个翻转叶421之间能够更好的过渡。
要强调的是，由于加工精度、安装精度等问题，在多个翻转叶421翻转的过程中，每一翻转叶421转动的角度可能存在微小的偏差，这样，相邻的两个翻转叶421之间就会出现高度差，高度差会进一步导致离心片411不能顺畅地越过两个翻转叶421之间的间隙，为解决这一技术问题，在本实施例中，设计人员对翻转叶421和离心片411的结构做了特别设计：
其一，如图2及图7所示，离心片411压持翻转叶421的一侧设有圆弧面413，翻转叶421接触离心片411的一面为弧面结构，如此，翻转叶421可以更好与离心片411的圆弧面413面接触，使得翻转叶421在翻转过程中保持平稳，减小出现高度差的可能性；其二，如图7所示，在离心片411的两端设有倾斜弧面414，如此，即使两个翻转叶421之间存在微小的高度差，离心片411仍可以依靠倾斜弧面414以及圆弧面413平稳的过渡。
在本实施例中，伸缩弹性件412为弹簧结构，复位弹性件422为弹簧结构，如此，伸缩弹性件412和复位弹性件422都能快速提供弹性恢复力。
在其中一个实施例中，如图8所示，装配壳体100的内侧壁上设有凸棱110，活动环210的外侧壁上开设有与凸棱110相配合的凹槽220，如此，保证了活动环210在耦合间隙500内只能做稳定的上下滑动。
在其中一个实施例中，离心片411上安装有滚珠(图未示)，离心片411通过滚珠压持于翻转叶421上，如此，可以减小离心片411在翻转叶421上的滑动摩擦。
综上所述，本发明的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置10可以根据风力大小自动调节耦合面积，实现扭矩的自动调节，从而扩大发电装置的使用范围。
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)
1.一种随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，包括：装配壳体、发电机构、风力驱动机构以及扭矩调节机构；
所述风力驱动机构包括：驱动扇叶、输入转轴以及输入转子；所述驱动扇叶位于所述装配壳体外部，所述输入转子位于所述装配壳体内部，所述驱动扇叶与所述输入转子之间通过所述输入转轴连接；
所述输入转子与所述装配壳体的内侧壁之间形成耦合间隙；
所述发电机构包括活动环，所述活动环上设有永磁体；所述扭矩调节机构与所述活动环驱动连接，以使得所述活动环活动于所述耦合间隙中；
所述扭矩调节机构包括离心组件及翻转组件；
所述离心组件包括多个离心片，多个所述离心片以所述输入转轴的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一所述离心片通过伸缩弹性件与所述输入转轴连接；
所述翻转组件包括多个翻转叶，多个所述翻转叶以所述输入转轴的中心轴为中心呈环形阵列分布，每一所述翻转叶以一端为支点可转动地设于所述装配壳体上，每一所述翻转叶通过复位弹性件与所述装配壳体连接，每一所述翻转叶通过连接杆与所述活动环连接；
所述离心片与所述翻转叶抵持。
2.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述翻转叶的数量为四个。
3.根据权利要求2所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述离心片的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述复位弹性件为弹簧结构。
5.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述伸缩弹性件为弹簧结构。
6.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述装配壳体的内侧壁上设有凸棱，所述活动环的外侧壁上开设有与所述凸棱相配合的凹槽。
7.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述离心片上安装有滚珠，所述离心片通过所述滚珠压持于所述翻转叶上。
8.根据权利要求1所述的随风力大小对扭矩进行自适应调节的发电装置，其特征在于，所述连接杆通过万向球分别与所述翻转叶和所述活动环铰接。
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2020
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