CN112664397A - 基于双转杆传动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杆传动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。其中，自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件以及动力传递组件；往复移动组件与动力传递组件安装于装置支架上；往复移动组件包括：感知风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；移动滑块滑动设于装置支架上，装置支架上设有与移动滑块配合的滑动引导槽，感知风帆设于移动滑块上，伸缩弹性件为移动滑块提供弹性力；动力传递组件包括：主动锥轮、从动锥轮、第一传动转杆以及第二传动转杆；第一传动转杆与第二传动转杆设于移动滑块上。该发明可以随着风力强弱的改变适时做出调节，并在风力发电过程中产生稳定的输出功率。

Description

基于双转杆传动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杆传动实现功率稳定输出的风力发电机。

背景技术

风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，属于可再生能源。人们利用风车叶片把风能转化为旋转的动作去驱动发电机组，以产生电力，即风力发电。但是，风能存在不稳定性，在实际的发电过程中，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。发电机转轴转速的不稳定使得发电机组内电流的变化量过大，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杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，使其随着风力强弱的改变适时做出调节，并在风力发电过程中产生稳定的输出功率，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，提供一种基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，使其随着风力强弱的改变适时做出调节，在风力发电过程中产生稳定的输出功率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于双转杆传动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；

所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件以及动力传递组件；所述往复移动组件与所述动力传递组件安装于所述装置支架上；

所述往复移动组件包括：感知风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；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，所述感知风帆设于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述动力传递组件包括：主动锥轮、从动锥轮、第一传动转杆以及第二传动转杆；所述主动锥轮与所述从动锥轮可转动地安装于所述装置支架上，所述主动锥轮与所述风车叶片连接，所述从动锥轮与所述发电机组连接，所述第一传动转杆与所述第二传动转杆设于所述移动滑块上，所述第一传动转杆的两端分别压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面上，所述第二传动转杆的两端分别压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面上。

在其中一个实施例中，所述第一传动转杆的两端设有第一压持轮，所述第二传动转杆的两端设有第二压持轮。

在其中一个实施例中，所述主动锥轮的轮面为圆锥体结构，所述从动锥轮的轮面为圆锥体结构，所述主动锥轮的锥顶面向于所述从动锥轮的锥顶。

在其中一个实施例中，所述主动锥轮与所述从动锥轮通过压缩弹性件设于所述装置支架上。

在其中一个实施例中，所述压缩弹性件为弹簧结构。

在其中一个实施例中，所述第一压持轮和所述第二压持轮的轮面为橡胶结构。

在其中一个实施例中，所述主动锥轮的轮面与所述从动锥轮的轮面上均设有防滑纹。

综上，本发明的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，能够随着风力强弱的改变适时做出调节，并在风力发电过程中产生稳定的输出功率。

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杆传动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所示自适应调节装置的结构示意图(一)；

图3为图2所示自适应调节装置的正视图；

图4为自适应调节装置的结构示意图(二)；

图5为自适应调节装置在工作过程中的状态图。

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杆传动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。风力发电时，风车叶片30在风力驱动下旋转，并将动能通过自适应调节装置40传递给发电机组50。在此期间，自适应调节装置40根据风力强弱自动进行调节，使输入发电机组50的转速稳定，从而实现发电机组50输出功率的稳定。

具体地，如图2所示，自适应调节装置40包括：装置支架100、往复移动组件200以及动力传递组件300。往复移动组件200与动力传递组件300安装于装置支架100上。

如图3所示，往复移动组件200包括：感知风帆210(如图1所示)、移动滑块220以及伸缩弹性件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(如图2所示)，感知风帆210设于移动滑块220上，伸缩弹性件230为移动滑块220提供弹性力。感知风帆210用于感知风力的强弱，当风力变强时，感知风帆210将被推动，从而带动移动滑块220一起移动并压缩伸缩弹性件230；当风力变弱时，感知风帆210与移动滑块220将在伸缩弹性件230的弹性力下复位。

如图3所示，动力传递组件300包括：主动锥轮310、从动锥轮320、第一传动转杆330以及第二传动转杆340。主动锥轮310与从动锥轮320可转动地安装于装置支架100上，主动锥轮310与风车叶片30连接，从动锥轮320与发电机组50连接，第一传动转杆330与第二传动转杆340设于移动滑块220上，第一传动转杆330的两端分别压持于主动锥轮310与从动锥轮320的轮面上，第二传动转杆340的两端分别压持于主动锥轮310与从动锥轮320的轮面上。

在本实施例中，如图2及图3所示，主动锥轮310的轮面为圆锥体结构，从动锥轮320的轮面为圆锥体结构，主动锥轮310的锥顶面向于从动锥轮320的锥顶。优选的，第一传动转杆330的两端设有第一压持轮331，第二传动转杆340的两端设有第二压持轮341。

要说明的是，如图4所示，风力发电的过程中，动能的传递路线为：首先，风车叶片30驱动主动锥轮310旋转；接着，主动锥轮310通过相互压持的轮面驱动第一传动转杆330和第二传动转杆340分别旋转；进一步地，旋转的第一传动转杆330和第二传动转杆340又通过相互压持的轮面将动能传递到从动锥轮320；最终从动锥轮320驱动发电机组50，完成动能传递，实现发电。在此期间，动力传递组件300根据风力强弱改变零件之间的配合关系，可以改变转矩传递的传动比，使得从动锥轮320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。

下面结合本实施例，对自适应调节装置40的工作原理进行阐述说明：

要说明的是，为了便于清楚地说明自适应调节装置40的调节过程，在图5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：

当风力较弱时，风车叶片30驱动下的主动锥轮310具有转矩小且转速慢的特点，这种情况下，需要通过自适应调节装置40进行调节，使从动锥轮320可以获得大于主动锥轮310的转速。此时，自适应调节装置40处于数字1标记的状态。第一传动转杆330两端的第一压持轮331分别压持在主动锥轮310的大径A处和从动锥轮320的小径b处；第二传动转杆340的状态与第一传动转杆330相同。由于主动锥轮310的中心轴线重合于从动锥轮320的中心轴线，则大径A处到主动锥轮310中心轴线的距离大于小径b处到从动锥轮320中心轴线的距离。如此可以看出，在这种状态时，动力传递组件300具有较小的传动比，可以将主动锥轮310较慢的转速转化为从动锥轮320足够快的转速；

当风力适中时，风车叶片30驱动下的主动锥轮310获得适合用于发电的转速，这种情况下，需要使从动锥轮320的转速与主动锥轮310的转速一致。此时，风力推动感知风帆210和移动滑块220滑动，设于移动滑块220上的第一传动转杆330和第二传动转杆340随之做出调整，自适应调节装置40处于数字2标记的状态。第一传动转杆330两端的第一压持轮331分别压持在主动锥轮310和从动锥轮320轮面的中间部分，第二传动转杆340的状态与第一传动转杆330相同。由于第一压持轮331、第二压持轮341所压持的位置到主动锥轮310或从动锥轮320中心轴线的距离相等，在这种状态时，动力传递组件300具有适中的传动比，使得传递到从动锥轮320的转速与主动锥轮310的转速一致。虽然相比风力较弱时，主动锥轮310的转速提高了，当调整动力传递组件300的传动比后，从动锥轮320的转速与风力较弱时基本保持不变；

当风力进一步加强时，风车叶片30驱动下的主动锥轮310具有转矩大且转速快的特点，为了保持从动锥轮320转速不变，需要在传动过程中降低主动锥轮310的转速。此时，风力进一步推动感知风帆210和移动滑块220滑动，设于移动滑块220上的第一传动转杆330和第二传动转杆340再次做出调整，自适应调节装置40处于数字3标记的状态。第一传动转杆330两端的第一压持轮331分别压持在主动锥轮310的小径B处和从动锥轮320的大径a处，第二传动转杆340的状态与第一传动转杆330相同。由于小径B处到主动锥轮310中心轴线的距离小于大径a处到从动锥轮320中心轴线的距离，因此，在这种状态时，动力传递组件300具有较大的传动比，可以在传动过程中降低主动锥轮310的转速，使得从动锥轮320的转速保持不变。

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，动力传递组件300传递的传动比也在不断变化，使得从动锥轮320的转速总能保持不变，从而保证了发电机组50稳定的输出功率。

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。如图5所示，当风力弱时，自适应调节装置40处于数字1标记的状态，由于大径A处到主动锥轮310中心轴线的距离大于小径b处到从动锥轮320中心轴线的距离，根据转矩公式可知，此时的主动锥轮310只需要较小的转矩就可以被驱动，类似于省力杠杆。这使得在风力较弱的情况下，较小的风力就能够满足驱动要求，实现风力发电。如此，风力发电机可以更好地利用较弱的风，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5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伸缩弹性件230。优选的，伸缩弹性件230为弹簧结构。如此，伸缩弹性件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压缩伸缩弹性件230，由于伸缩弹性件230的形变特性，伸缩弹性件230的压缩量等于移动滑块220的移动距离，且与风力的强弱呈线性相关，确保了移动滑块220移动距离与风力强弱的一一对应关系，实现了自动调节；其二，当风力逐渐减弱时，伸缩弹性件230为移动滑块220提供复位弹性力，从而为自调节传动装置40的复位提供动力。

在其中一个实施例中，如图2所示，主动锥轮310和从动锥轮320通过压缩弹性件350设于装置支架100上。优选的，压缩弹性件350为弹簧结构。这样设计可以获得以下益处：其一，使得动力传递组件300的配合更加紧密。在安装以及调节的过程中，难免出现第一传动转杆330或第二传动转杆340与主动锥轮310、从动锥轮320配合不够紧密的问题，这些问题会导致动力传递组件300不能很好的传递转矩，影响传递效率。而压缩弹簧350可以为主动锥轮310和从动锥轮320提供弹性力，使得动力传递组件300零件之间的配合更加紧密，提高传动稳定性和传动效率；其二，安装维修时，工作人员可以通过压缩压缩弹簧350，使第一传动转杆330和第二传动转杆340不再压持主动锥轮310与从动锥轮320，从而方便工作人员的安装更换。

在其中一个实施例中，第一压持轮331和第二压持轮341的轮面为橡胶结构。在其中一个实施例中，主动锥轮330的轮面与从动锥轮340的轮面上均设有防滑纹(图未示)。如此，可以增加第一压持轮331或第二压持轮341与主动锥轮330、从动锥轮340之间的摩擦系数，从而不容易打滑，使动力传递组件300的传动过程更加稳定。

综上所述，本发明的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机10可以随着风力强弱的改变适时做出调节，并在风力发电过程中产生稳定的输出功率。

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 (7)

1.一种基于双转杆传动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调节装置驱动连接；

所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动组件以及动力传递组件；所述往复移动组件与所述动力传递组件安装于所述装置支架上；

所述移动组件包括：感知风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；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，所述感知风帆设于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述传递组件包括：主动锥轮、从动锥轮、第一传动转杆以及第二传动转杆；所述主动锥轮与所述从动锥轮可转动地安装于所述装置支架上，所述主动锥轮与所述风车叶片连接，所述从动锥轮与所述发电机组连接，所述第一传动杆与所述第二传动杆设于所述移动滑块上，所述第一传动转杆的两端分别压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面上，所述第二传动转杆的两端分别压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面上。

2.根据权利要求1所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一传动转杆的两端设有第一压持轮，所述第二传动转杆的两端设有第二压持轮。

3.根据权利要求1所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮的轮面为圆锥体结构，所述从动锥轮的轮面为圆锥体结构，所述主动锥轮的锥顶面向于所述从动锥轮的锥顶。

4.根据权利要求3所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮与所述从动锥轮通过压缩弹性件设于所述装置支架上。

5.根据权利要求4所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述压缩弹性件为弹簧结构。

6.根据权利要求2所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一压持轮和所述第二压持轮的轮面为橡胶结构。

7.根据权利要求3所述的基于双转杆传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮的轮面与所述从动锥轮的轮面上均设有防滑纹。

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