CN112664396A - 基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，包括：发电基座、风车叶片、自适应调节装置以及发电机组。其中，风车叶片设于发电基座上，发电机组安装于发电基座内，风车叶片与发电机组通过自适应调节装置驱动连接。自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件、转动调节组件以及扭矩传递组件；往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块以及复位弹性件；转动调节组件安装于装置支架上，转动调节组件包括：辅助中间齿轮、第一驱动齿轮以及第二驱动齿轮；扭矩传递组件包括：主动转盘、从动转盘、第一传动轮以及第二传动轮。本发明的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，可以在风力发电过程中保持稳定的输出功率。

Description

基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机

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双转盘实现功率稳定输出的风力发电机。

背景技术

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过变速机对旋转的速度进行调节，最终促使发电机组发电。实际的发电过程中，由于风力不断变化，导致风车叶片旋转的速度也不断变化，进一步地，发电机组的输出功率也在不够稳定。当风力强时，风车叶片旋转的速度快且转动力矩大，使得发电机组的输出功率高；相反的，当风力弱时，风车叶片旋转的速度慢且转动力矩小，使得发电机组的输出功率低。而输出功率的不稳定使得发电机组内电流的变化量大，容易损耗发电机组内的电力设备，降低了发电机组的使用寿命。

为此，如何设计一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，使得其在风力发电过程中可以保持稳定的输出功率，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，提供一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其在风力发电过程中可以保持稳定的输出功率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其包括：发电基座、风车叶片、自适应调节装置以及发电机组；

所述风车叶片设于所述发电基座上，所述发电机组安装于所述发电基座内，所述风车叶片与所述发电机组通过所述自适应调节装置驱动连接。

在其中一个实施例中，所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件、转动调节组件以及扭矩传递组件；

所述往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块以及复位弹性件；

所述移动滑块滑动设于所述装置支架上，所述装置支架上设有与所述移动滑块配合的滑动引导槽，所述风力感知帆固定连接于所述移动滑块上，所述复位弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述转动调节组件安装于所述装置支架上，所述转动调节组件包括：辅助中间齿轮、第一驱动齿轮以及第二驱动齿轮；

所述移动滑块上设有与所述辅助中间齿轮配合的齿条，所述辅助中间齿轮与所述第一驱动齿轮啮合，所述第二驱动齿轮与所述第一驱动齿轮啮合；

所述扭矩传递组件包括：主动转盘、从动转盘、第一传动轮以及第二传动轮；

所述主动转盘与所述从动转盘安装于所述装置支架上，所述风车叶片与所述主动转盘驱动连接，所述从动转盘与所述发电机组驱动连接；所述主动转盘上开设有环形主动圆弧槽，所述从动转盘上开设有环形从动圆弧槽，所述第一传动轮的轮面压持于所述环形主动圆弧槽与所述环形从动圆弧槽的槽壁，所述第二传动轮的轮面压持于所述环形主动圆弧槽与所述环形从动圆弧槽的槽壁；所述第一传动轮通过第一驱动杆与所述第一驱动齿轮连接，所述第二传动轮通过第二驱动杆与所述第二驱动齿轮连接。

在其中一个实施例中，所述环形主动圆弧槽的槽壁上设有防滑纹；所述环形从动圆弧槽的槽壁上设有防滑纹。

在其中一个实施例中，所述第一传动轮和所述第二传动轮为橡胶结构。

在其中一个实施例中，所述第一传动轮和所述第二传动轮的轮面上设有防滑纹。

综上，本发明的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，可以在风力发电过程中保持稳定的输出功率。

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为本发明的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机的结构示意图；

图2为图1所示的自适应调节装置的结构示意图(一)；

图3为图1所示的自适应调节装置的结构示意图(二)；

图4为转动调节组件的局部结构示意图；

图5为图1所示的自适应调节装置的局部剖示意图；

图6为图5所示的自适应调节装置的正视图；

图7为转动调节组件和扭矩传递组件部分零件连接关系示意图；

图8为自适应调节装置调节过程的状态示意图。

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双转盘实现功率稳定输出的风力发电机10，其包括：发电基座20、风车叶片30、自适应调节装置40以及发电机组50。

其中，风车叶片30设于发电基座20上，发电机组50安装于发电基座20内，风车叶片30与发电机组50通过自适应调节装置40驱动连接。自适应调节装置40可以根据风力强弱自动调节传动比，使得发电机组50获得稳定的转速，从而得到稳定的输出功率。

具体地，如图2及图3所示，自适应调节装置40包括：装置支架100、往复移动组件200、转动调节组件300以及扭矩传递组件400。

如图3所示，往复移动组件200包括：风力感知帆210(如图1所示)、移动滑块220以及复位弹性件230。移动滑块220滑动设于装置支架100上，装置支架100上设有与移动滑块220配合的滑动引导槽110，风力感知帆210固定连接于移动滑块220上，复位弹性件230为移动滑块220提供弹性力。

如图3及图4所示，转动调节组件300安装于装置支架100上，转动调节组件300包括：辅助中间齿轮310、第一驱动齿轮320以及第二驱动齿轮330。移动滑块220上设有与辅助中间齿轮310配合的齿条221，辅助中间齿轮310与第一驱动齿轮320啮合，第二驱动齿轮330与第一驱动齿轮320啮合。

如图5及图6所示，扭矩传递组件400包括：主动转盘410、从动转盘420、第一传动轮430以及第二传动轮440。

如图1及图6所示，主动转盘410与从动转盘420安装于装置支架100上，风车叶片30与主动转盘410驱动连接，从动转盘420与发电机组50驱动连接。主动转盘410上开设有环形主动圆弧槽411，从动转盘420上开设有环形从动圆弧槽421，第一传动轮430的轮面压持于环形主动圆弧槽411与环形从动圆弧槽421的槽壁，第二传动轮440的轮面压持于环形主动圆弧槽411与环形从动圆弧槽421的槽壁。如图7所示，第一传动轮430通过第一驱动杆450与第一驱动齿轮320连接，第二传动轮440通过第二驱动杆460与第二驱动齿轮330连接。

要说明的是，如图6所示，主动转盘410输入的转矩通过第一传动轮430和第二传动轮440传递给从动转盘420，进而驱动从动转盘420转动。转动调节组件300通过调节扭矩传递组件400零件之间的配合状态，进而改变扭矩传递组件400的传动比，使得从动转盘420的转速保持稳定，即传递给发电机组50的转速保持稳定，从而得到稳定的输出功率。具体的调节过程将在下文进行阐述。

下面对基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机10的工作原理进行阐述说明：

风力发电时，风车叶片30将风能转化为自身旋转的动能，并将转矩传递给主动转盘410，主动转盘410再通过第一传动轮430和第二传动轮440，将转矩传递给从动转盘420，最终由从动转盘420驱动发电机组50完成发电。为了使从动转盘420的转速保持稳定，自适应调节装置40可以根据风力强弱调节扭矩传递组件400的传动比；

为了便于清楚地说明自适应调节装置40的调节过程，在图8中展示了自适应调节装置40的三个状态，分别用数字1、2、3进行标记，以便于在下文中更好的说明：

当风力弱时，主动转盘410通过风车叶片30获得的转矩小且转速慢，为了从动转盘420可以获得大于主动转盘410的转速，自适应调节装置40处于数字1标记的状态。此时，第一传动轮430的轮面压持在环形主动圆弧槽411的A处和环形从动圆弧槽421的b处，第二传动轮440的状态与第一传动轮430的状态相同。由于主动转盘410与从动转盘420的中心轴线重合，则环形主动圆弧槽411的A处到中心轴线的距离大于环形从动圆弧槽421的b处到中心轴线的距离。如此可以看出，在这种状态时，扭矩传递组件400零件之间配合得到较小的传动比，主动转盘410较慢的转速就可以使从动转盘420获得快的转速；

当风力适中时，主动转盘410通过风车叶片30获得适合发电的转矩且转速适中，风力将推动风力感知帆210和移动滑块220沿滑动引导槽110移动。进一步地，移动滑块220驱动第一驱动齿轮320和第二驱动齿轮330旋转，从而带动第一传动轮430和第二传动轮440分别旋转。此时，自适应调节装置40处于数字2标记的状态。第一传动轮430的轮面压持在环形主动圆弧槽411和环形从动圆弧槽421的中间位置，同样的，第二传动轮440的轮面也压持在环形主动圆弧槽411和环形从动圆弧槽421的中间位置。则由图可见，第一传动轮430的轮面所压持的两处位置到主动转盘410中心轴线的距离相同，第二传动轮440也是相同的状态。在这种状态时，扭矩传递组件400的配合可以得到适中的转动比，虽然主动转盘410的转速有所提高，但是经过机械传递后，从动转盘420获得的转速与风力弱时基本保持不变；

当风力进一步加强时，主动转盘410通过风车叶片30获得较大的发电转矩且转速快，风力将推动风力感知帆210和移动滑块220移动。进一步地，移动滑块220通过转动调节组件300驱动第一传动轮430和第二传动轮440旋转。为了从动转盘420可以获得小于主动转盘410的转速，并保持转速不变，自适应调节装置40变化至数字3标记的状态。此时，第一传动轮430压持在环形主动圆弧槽411的B处和环形从动圆弧槽421的a处，第二传动轮440的状态与第一传动轮430的状态相同。由于环形主动圆弧槽411的B处到中心轴线的距离小于环形从动圆弧槽421的a处到中心轴线的距离，如此，在这种状态时，扭矩传递组件400零件之间配合可以得到较大的传动比，主动转盘410快的转速传递后变为从动转盘420较慢转速，即确保从动转盘420的相对转速不变。

要说明的是，由于风力强弱不断变化，因此，自适应调节装置40内零件的配合状态也是不断变化的，当风力逐渐加强时，自适应调节装置40由数字1标记的状态变化至数字3的标记状态；当风力逐渐减弱时，自适应调节装置40又由数字3标记的状态变化至数字1的标记状态。在自适应调节装置40调节的过程中，扭矩传递组件400零件之间配合得到的传动比也在不断变化，使得传递到从动转盘420的转速总能保持稳定，从而保证了发电机组50输出功率稳定。

要特别说明的是，自适应调节装置40在根据风力强弱进行调节的过程中还考虑了转矩因素。当风力弱时，自适应调节装置40处于数字1标记的状态，由于环形主动圆弧槽411的A处到中心轴线的距离大于环形从动圆弧槽421的b处到中心轴线的距离，根据转矩公式可知，此时驱动主动转盘410只需要较小的转矩，使得在风力较弱的情况下，较小的风力就能够驱动扭矩传递组件400，实现风力发电。这使得风力发电机可以利用较弱的风力，在一定程度上也提高了风力发电机的使用范围。

要强调的是，如图8所示，为使得自适应调节装置40可以根据风力强弱自动做出调节，设计人员特意增加了复位弹性件230，优选的，复位弹性件230为弹簧结构。如此，复位弹性件230可以发挥以下有益效果：其一，当风力逐渐加强时，移动滑块220压缩复位弹性件230，由于复位弹性件230的形变特性，则复位弹性件230的压缩量，即移动滑块220的移动距离，与风力的强弱呈线性相关，如此，确保了移动滑块220移动距离与风力强弱的一一对应关系，做到了精确控制；其二，当风力逐渐减弱时，复位弹性件230为移动滑块220提供复位弹性力，从而为自适应调节装置40的复位提供动力。

在其中一个实施例中，如图6所示，主动转盘410通过压缩弹性件470设于装置支架100上，从动转盘420通过压缩弹性件470设于装置支架100上，优选的，压缩弹性件470为弹簧结构。这样设计可以获得以下益处：其一，在扭矩传递组件400的调节过程中，难免出现第一传动轮430或第二传动轮440与环形主动圆弧槽411、环形从动圆弧槽421之间配合不够紧密的问题，这些问题会导致扭矩传递组件400不能很好的传递转矩，影响传递效率，而压缩弹性件470可以为主动转盘410和从动转盘420提供弹性力，使得扭矩传递组件400零件之间的配合更加紧密，从而提高了传递效率；其二，当需要对扭矩传递组件400进行安装维修时，由于主动转盘410与从动转盘420之间的间隙较小，导致工作人员安装维修困难，而设置了压缩弹性件470后，工作人员可以通过压缩压缩弹性件470，从而获得更大的操作空间，使扭矩传递组件400的安装维修更为方便。

在其中一个实施例中，环形主动圆弧槽411的槽壁上设有防滑纹(图未示)，环形从动圆弧槽421的槽壁上设有防滑纹(图未示)。优选的，第一传动轮430和第二传动轮440为橡胶结构，且第一传动轮430和第二传动轮440的轮面上设有防滑纹。如此，可以使得第一传动轮430和第二传动轮440在与环形主动圆弧槽411、环形从动圆弧槽421配合的时候获得更大的摩擦系数，从而不容易打滑，提高传递效率。

综上所述，本发明的一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机10，可以在风力发电过程中，保持发电机组50输出功率的稳定。

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 (5)

1.一种基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，包括：发电基座、风车叶片、自适应调节装置以及发电机组；

所述风车叶片设于所述发电基座上，所述发电机组安装于所述发电基座内，所述风车叶片与所述发电机组通过所述自适应调节装置驱动连接。

2.根据权利要求1所述的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，

所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件、转动调节组件以及扭矩传递组件；

所述往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块以及复位弹性件；

所述移动滑块滑动设于所述装置支架上，所述装置支架上设有与所述移动滑块配合的滑动引导槽，所述风力感知帆固定连接于所述移动滑块上，所述复位弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述转动调节组件安装于所述装置支架上，所述转动调节组件包括：辅助中间齿轮、第一驱动齿轮以及第二驱动齿轮；

所述移动滑块上设有与所述辅助中间齿轮配合的齿条，所述辅助中间齿轮与所述第一驱动齿轮啮合，所述第二驱动齿轮与所述第一驱动齿轮啮合；

所述扭矩传递组件包括：主动转盘、从动转盘、第一传动轮以及第二传动轮；

所述主动转盘与所述从动转盘安装于所述装置支架上，所述风车叶片与所述主动转盘驱动连接，所述从动转盘与所述发电机组驱动连接；所述主动转盘上开设有环形主动圆弧槽，所述从动转盘上开设有环形从动圆弧槽，所述第一传动轮的轮面压持于所述环形主动圆弧槽与所述环形从动圆弧槽的槽壁，所述第二传动轮的轮面压持于所述环形主动圆弧槽与所述环形从动圆弧槽的槽壁；所述第一传动轮通过第一驱动杆与所述第一驱动齿轮连接，所述第二传动轮通过第二驱动杆与所述第二驱动齿轮连接。

3.根据权利要求2所述的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述环形主动圆弧槽的槽壁上设有防滑纹；所述环形从动圆弧槽的槽壁上设有防滑纹。

4.根据权利要求3所述的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一传动轮和所述第二传动轮为橡胶结构。

5.根据权利要求4所述的基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一传动轮和所述第二传动轮的轮面上设有防滑纹。

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