CN112664398A - 基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于锥轮组合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、自调节轮组装置以及发电机组；风车叶片与发电机组通过自调节轮组装置驱动连接。其中，自调节轮组装置包括：装置支架、往复移动组件以及轮组传动组件；往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块、伸缩弹性件；移动滑块活动设于装置支架上，风力感知帆安装于移动滑块上，伸缩弹性件为移动滑块提供弹性力；轮组传动组件包括：主动锥轮、从动锥轮以及辅助活动轮；主动锥轮与从动锥轮安装于装置支架上，辅助活动轮连接于移动滑块的连接段，辅助活动轮压持于主动锥轮与从动锥轮。该发明可以在风力发电过程中保持稳定的输出功率。

Description

基于锥轮组合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锥轮组合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。如果能通过调节装置，根据风力强弱对传动比进行调节，从而使传递到发电机组的转速保持不变，则可以使发电机组稳定发电。为此，如何设计一种基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，使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，提供一种基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，使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：

一种基于锥轮组合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、自调节轮组装置以及发电机组；

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调节轮组装置驱动连接；

所述自调节轮组装置包括：装置支架、往复移动组件以及轮组传动组件；

所述往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块、伸缩弹性件；所述移动滑块活动设于所述装置支架上，所述风力感知帆安装于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述轮组传动组件包括：主动锥轮、从动锥轮以及辅助活动轮；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，所述主动锥轮与所述从动锥轮安装于所述装置支架上，所述辅助活动轮连接于所述移动滑块的连接段，所述辅助活动轮压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮。

在其中一个实施例中，所述装置支架上开设有与所述移动滑块配合的滑动引导槽，所述移动滑块设于所述滑动引导槽内。

在其中一个实施例中，所述辅助活动轮通过连接架安装于所述移动滑块的连接段。

在其中一个实施例中，所述移动滑块的连接段上开设有活动引导槽，所述连接架穿设于所述活动引导槽。

在其中一个实施例中，所述连接架上设有防脱挡片。

在其中一个实施例中，所述主动锥轮通过压缩弹性件安装于所述装置支架上。

在其中一个实施例中，所述从动锥轮通过压缩弹性件安装于所述装置支架上。

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，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

在其中一个实施例中，所述主动锥轮上开设有减重通孔，所述从动锥轮上开设有减重通孔。

综上，本发明的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，可以在风力发电过程中可以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为本发明的基于锥轮组合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所示自调节轮组装置的结构示意图(一)；

图3为风力较弱时自调节轮组装置的状态示意图；

图4为图3所示自调节轮组装置的侧视图；

图5为辅助活动轮与连接架的结构示意图；

图6为图1所示自调节轮组装置的结构示意图(二)；

图7为风力较强时自调节轮组装置的状态示意图。

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锥轮组合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、自调节轮组装置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通过自调节轮组装置40驱动连接。风力发电时，风车叶片30在风力驱动下旋转，并将动能通过自调节轮组装置40传递给发电机组50。在此期间，自调节轮组装置40根据风力强弱自动调节传动比，从而使传递到发电机组50的转速保持不变，最终得到稳定的输出功率。自调节轮组装置40具体的调节过程将在下文进行说明。

如图2所示，自调节轮组装置40包括：装置支架100、往复移动组件200以及轮组传动组件300。

具体地，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、伸缩弹性件230。移动滑块220活动设于装置支架100上，风力感知帆210固定安装于移动滑块220上，伸缩弹性件230为移动滑块220提供弹性力。风力感知帆210用于感知风力的强弱，在风力发电过程中，风力感知帆210被风力推动，并带动移动滑块220一起移动，风力感知帆210和移动滑块220移动的距离可以体现风力的强弱。

在本实施例中，如图2所示，装置支架100上开设有与移动滑块220配合的滑动引导槽110，且移动滑块220滑动设于滑动引导槽110内。如此，当风力感知帆210推动时，移动滑块220可以更加稳定地沿着指定的方向滑动。

具体地，如图3所示，轮组传动组件300包括：主动锥轮310、从动锥轮320以及辅助活动轮330。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，主动锥轮310与从动锥轮320安装于装置支架100上，辅助活动轮330连接于移动滑块220的连接段240，辅助活动轮330压持于主动锥轮310与从动锥轮320。

在本实施例中，如图3及图4所示，辅助活动轮330通过连接架340安装于移动滑块220的连接段240。优选的，移动滑块220的连接段240上开设有活动引导槽241，连接架340穿设于活动引导槽241。如此，活动引导槽241可以在辅助活动轮330的移动提供推动力和避让的空间，还可以在辅助活动轮330移动时发挥引导作用，使其不容易“跑偏”。在其中一个实施例中，如图4及图5所示，连接架340上还设有防脱挡片341，这样可以使连接架340更稳定的对辅助活动轮330更稳定的驱动和限位。

下面对基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机10的工作原理进行阐述：

如图6所示，风力发电时，风车叶片30驱动主动锥轮310旋转，由于辅助活动轮330压持于主动锥轮310与从动锥轮320的轮面，则主动锥轮310将通过辅助活动轮330驱动从动锥轮320一起旋转，即将动能传递给从动锥轮320，最终由从动锥轮320驱动发电机组50，实现风力发电。在此期间，由于风力强弱不断变化，自调节轮组装置40通过改变零件之间的配合状态，即改变辅助活动轮330在主动锥轮310与从动锥轮320轮面上压持的位置，使发电机组50具有稳定的输出功率。

下面对自调节轮组装置40的具体调节过程进行阐述说明：

当风力弱时，在风车叶片30驱动下的主动锥轮310转速慢且转矩小，为了使从动锥轮320可以获得合适的转速，需要通过轮组传动组件300对主动锥轮310传递的转速进行提升。此时，自调节轮组装置40的状态如图3所示，辅助活动轮330压持在主动锥轮310的大径A处和从动锥轮320的小径B处。由于大径A处到达主动锥轮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，因此，这种状态下，轮组传动组件300具体提升转速的作用，即轮组传动组件300的传动比较小，主动锥轮310较慢的转速可以转化为从动锥轮320适中的转速；

当风力强时，在风车叶片30驱动下的主动锥轮310转速快且转矩大，为了使从动锥轮320可以获得合适的转速，需要通过轮组传动组件300对主动锥轮310传递的转速进行降低。此时，风力推动风力感知帆210和移动滑块220移动，移动滑块220通过连接架340驱动辅助活动轮330一起位移，自调节轮组装置40的状态如图7所示，辅助活动轮330压持在主动锥轮310的小径B处和从动锥轮320的大径B处。由于小径a处到达主动锥轮310中心轴线的距离小于大径B处到从动锥轮320中心轴线的距离，因此，这种状态下，轮组传动组件300具体降低转速的作用，即轮组传动组件300的传动比较大，主动锥轮310较慢的转速将被转化为从动锥轮320适中的转速，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，自调节轮组装置40的状态也是不断变化的，当风力逐渐加强时，自调节轮组装置40由图3所示状态变化为图7所示状态；当风力逐渐减弱时，自调节轮组装置40由图7所示状态逐渐变化为图3所示状态。在自调节轮组装置40的调节过程中，由于辅助活动轮330压持的位置不同，轮组传动组件300获得不同的传动比，最终使得传递到从动锥轮320的转速保持不变，进而使发电机组50产生的输出功率保持稳定。

要强调的是，如图3及图7所示，为使得自调节轮组装置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，这使得辅助活动轮330的位移与风力强弱具有明确的对应关系，如此便实现了自动调节；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，从而为自调节轮组装置40的复位提供动力。

要特别强调的是，自调节轮组装置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3所示，当风力弱时，辅助活动轮330压持在大径A处和小径B处，且大径A处到达主动锥轮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，只需要较小的转矩就可以驱动主动锥轮310旋转，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。

在其中一个实施例中，如图2所示，主动锥轮310通过压缩弹性件350安装于装置支架100上，从动锥轮320通过压缩弹性件350安装于装置支架100上。优选的，压缩弹性件350为弹簧结构。压缩弹性件350可以为主动锥轮310和从动锥轮320提供一定的缓冲作用。如此，在自调节轮组装置40调节和传动的过程中，压缩弹性件350可以减轻主动锥轮310和从动锥轮320的振动，使传动和调节的过程更加平稳。

在其中一个实施例中，如图6所示，主动锥轮310与从动锥轮320上均开设有减重通孔400。如此，可以减轻轮组传动组件300整体的重量，减小风车叶片30驱动轮组传动组件300所消耗的动能。

综上所述，本发明的一种基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机10，可以根据风力强弱自动调节轮组传动组件300的传动比，使发电机组50在风力发电过程中可以保持稳定的输出功率。

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 (10)

1.一种基于锥轮组合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、自调节轮组装置以及发电机组；

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调节装置驱动连接；

所述轮组装置包括：装置支架、往复移动组件以及轮组传动组件；

所述往复移动组件包括：风力感知帆、移动滑块、伸缩弹性件；所述移动滑块活动设于所述装置支架上，所述风力感知帆安装于所述移动滑块上，所述伸缩弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述轮组传动组件包括：主动锥轮、从动锥轮以及辅助活动轮；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，所述主动锥轮与所述从动锥轮安装于所述装置支架上，所述活动轮连接于所述移动滑块的连接段，所述辅助活动轮压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮。

2.根据权利要求1所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述装置支架上开设有与所述移动滑块配合的滑动引导槽，所述移动滑块设于所述滑动引导槽内。

3.根据权利要求1所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述辅助活动轮通过连接架安装于所述移动滑块的连接段。

4.根据权利要求3所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述移动滑块的连接段上开设有活动引导槽，所述连接架穿设于所述活动引导槽。

5.根据权利要求4所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述连接架上设有防脱挡片。

6.根据权利要求1所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮通过压缩弹性件安装于所述装置支架上。

7.根据权利要求6所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述从动锥轮通过压缩弹性件安装于所述装置支架上。

8.根据权利要求6-7所述的基于锥轮组合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。

9.根据权利要求1所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

10.根据权利要求1所述的基于锥轮组合实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮上开设有减重通孔，所述从动锥轮上开设有减重通孔。

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