CN112664399B - 基于圆弧面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圆弧面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。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。其中，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：感知风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；转动调节组件包括：辅助齿轮、第一转杆以及第二转杆；扭矩传递组件包括：主动转轮、从动转轮、第一圆弧传动壳以及第二圆弧传动壳。本发明的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，可以根据风力变化进行自动调整，从而产生稳定的输出功率。

Description

基于圆弧面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圆弧面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。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。目前的风力发电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。在实际的发电过程中，由于风力不断变化，使得风车叶片旋转的速度也不断变化，进而导致传递给发电机组的转速也不断变化，发电机组的输出功率不够稳定。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。因此，如何设计一种基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，使其根据风力变化进行自动调整，从而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，提供一种基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，使其根据风力变化进行自动调整，从而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：

一种基于圆弧面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、转动调节组件以及扭矩传递组件；

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；

所述转动调节组件包括：辅助齿轮、第一转杆以及第二转杆；所述移动滑块上设有与所述辅助齿轮配合的齿条，所述辅助齿轮设于所述第一转杆上，所述第一转杆与所述第二转杆安装于所述装置支架上，所述第一转杆上设有第一调节齿轮，所述第二转杆上设有第二调节齿轮，所述第一调节齿轮啮合于所述第二调节齿轮，所述齿条通过所述辅助齿轮驱动所述第一调节齿轮与所述第二调节齿轮；

所述扭矩传递组件包括：主动转轮、从动转轮、第一圆弧传动壳以及第二圆弧传动壳；所述主动转轮与所述从动转轮安装于所述装置支架上，所述第一圆弧传动壳转动安装于所述第一转杆上，所述第二圆弧传动壳转动安装于所述第二转杆上，所述主动转轮的轮面压持于所述第一圆弧传动壳与所述第二圆弧传动壳，所述从动转轮的轮面压持于所述第一圆弧传动壳与所述第二圆弧传动壳。

在其中一个实施例中，所述第一圆弧传动壳为半球体结构，所述第二圆弧传动壳为半球体结构。

在其中一个实施例中，所述第一调节齿轮及所述第二调节齿轮均为扇形结构。

在其中一个实施例中，所述第一调节齿轮上开设有减重通孔，所述第二调节齿轮上开设有减重通孔。

在其中一个实施例中，所述主动转轮的轮面上开设有防滑纹，所述从动转轮的轮面上开设有防滑纹。

在其中一个实施例中，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

综上，本发明的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，能够根据风力变化进行自动调整，从而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为本发明的基于圆弧面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为自适应调节装置在风力较弱时的状态示意图；

图4为转动调节组件以及扭矩传递组件的结构示意图；

图5为图1所示自适应调节装置的结构示意图(二)；

图6为自适应调节装置在风力较强时的状态示意图。

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圆弧面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50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

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、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：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及图4所示，转动调节组件300包括：辅助齿轮310、第一转杆320以及第二转杆330。移动滑块220上设有与辅助齿轮310配合的齿条221，辅助齿轮310设于第一转杆320上，第一转杆320与第二转杆330安装于装置支架100上，第一转杆320上设有第一调节齿轮340，第二转杆330上设有第二调节齿轮350，第一调节齿轮340啮合于第二调节齿轮350，齿条221通过辅助齿轮310驱动第一调节齿轮340与第二调节齿轮350。

如图3及图4所示，扭矩传递组件400包括：主动转轮410、从动转轮420、第一圆弧传动壳430以及第二圆弧传动壳440。主动转轮410与从动转轮420安装于装置支架100上，第一圆弧传动壳430转动安装于第一转杆320上，第二圆弧传动壳440转动安装于第二转杆330上，主动转轮410的轮面压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440，从动转轮420的轮面压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440。在本实施例中，第一圆弧传动壳430为半球体结构，第二圆弧传动壳440为半球体结构。要说明的是，第一圆弧传动壳430安装于第一转杆320上后仍可以沿图4所示箭头方向自由转动，当第一转杆320偏摆时，第一圆弧传动壳430也将随着一起偏摆；第二圆弧传动壳440与第二转杆330的连接关系也是如此。

下面对基于圆弧面传动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5所示，风力发电时，风能驱动风车叶片30进行旋转，风车叶片30带动主动转轮410一起旋转。由于主动转轮410和从动转轮420均压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440，则主动转轮410的动能将通过第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440传递给从动转轮420，最终通过从动转轮420驱动发电机组50，实现风力发电；

在这个过程中，为了使从动转轮420传递到发电机组50的转速恒定，需要自适应调节装置40根据风力进行自动调节：首先，往复移动组件200根据风力强弱驱动转动调节组件300；随后，转动调节组件300进一步改变扭矩传递组件400零件之间的配合状态。如此，便改变了矩传递组件400的传动比。

下面对自适应调节装置40的具体调节过程进行说明：

当风力较弱时，主动转轮410在风车叶片30的驱动下旋转，此时的主动转轮410转速慢且转矩小。这种情况下，为了使从动转轮420获得大于主动转轮410的转速，自适应调节装置40处于如图3所示的状态。这时，主动转轮410压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的A处，从动转轮压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的B处，且A处到第一圆弧传动壳430旋转轴线L1的距离大于B处到L1的距离，相同的，A处到第二圆弧传动壳440旋转轴线L2的距离大于B处到L2的距离。由此可知，此时扭矩传递组件400具有较小的传动比，主动转轮410较慢的转速可以转变为从动转轮420较快的转速；

当风力较强时，风车叶片30驱动下的主动转轮410具有转速快且转矩大的特点。这种情况下，为了使从动转轮420保持原有的转速不变，需要自适应调节装置40做出适当调节。此时，强风力推动感知风帆210和移动滑块220滑动，由于移动滑块220上设有齿条221，齿条221将通过辅助齿轮310带动第一转杆320偏摆。又由于第一调节齿轮340与第二调节齿轮350啮合，则第二转杆330也将随着第一转杆320一起偏摆，自适应调节装置40处于如图6所示的状态。这时，主动转轮410压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的B处，从动转轮压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的A处。由于距离不同，A处到L1、L2的距离大于B处到L1、L2的距离，则此时的扭矩传递组件400具有较大的传动比，可以在传动过程中降低主动转轮410的转速，使得传递到从动转轮420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由图3所示状态逐步变化至图6所示状态；当风力逐渐减弱时，自适应调节装置40又由图6所示状态逐步变化至图3所示状态。在自适应调节装置40调节的过程中，扭矩传递组件400的传动比不断变化，使得传递到从动转轮420的转速总能保持不变，从而保证了发电机组50获得的转速不变，进而使发电机组50产生的输出功率保持稳定。

要强调的是，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，确保了第一转杆320和第二转杆330的偏摆角度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。

要强调说明的是，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3所示，当风力弱时，主动转轮410压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的A处，从动转轮压持于第一圆弧传动壳430与第二圆弧传动壳440的B处，A处到L1、L2的距离大于B处到L1、L2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。

在其中一个实施例中，如图2所示，主动转轮410与从动转轮420通过压缩弹簧450安装于所述装置支架100上。这样设计可以获得以下益处：其一，使得扭矩传递组件400的配合更加紧密。在安装以及调节的过程中，难免出现主动转轮410或从动转轮420与第一圆弧传动壳430、第二圆弧传动壳440压持不够紧密的问题，这些问题将导致传递过程中打滑，影响传递效率。而压缩弹簧450可以为主动转轮410与从动转轮420提供弹性力，使扭矩传递组件400零件之间的配合更加紧密，提高传动稳定性和传递效率；其二，安装维修时，工作人员可以通过压缩压缩弹簧350，使得主动转轮410和从动转轮420不再压持第一圆弧传动壳430、第二圆弧传动壳440，从而方便第一圆弧传动壳430和第二圆弧传动壳440的安装更换。

在其中一个实施例中，如图4所示，第一调节齿轮340与第二调节齿轮350均为扇形结构。在另一个实施例中，如图5所示，第一调节齿轮340与第二调节齿轮350上均开设有减重通孔500。如此，可以减轻第一调节齿轮340与第二调节齿轮350的重量，减小驱动第一调节齿轮340与第二调节齿轮350偏摆所消耗的能量。

在其中一个实施例中，主动转轮410的轮面上开设有防滑纹(图未示)，从动转轮420的轮面上也开设有防滑纹。如此，可以增加主动转轮410、从动转轮420与第一圆弧传动壳430和第二圆弧传动壳440压持处的摩擦系数，使传动过程中不容易打滑，有利于提高效率。

综上所述，本发明的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机10，可以根据风力变化进行自动调节传动比，使其最终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 (6)

1.一种基于圆弧面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、转动调节组件以及扭矩传递组件；

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，所述弹性件为所述移动滑块提供弹性力；

所述转动调节组件包括：辅助齿轮、第一转杆以及第二转杆；所述移动滑块上设有与所述齿轮配合的齿条，所述辅助齿轮设于所述第一转杆上，所述第一转杆与所述第二转杆安装于所述装置支架上，所述第一转杆上设有第一调节齿轮，所述第二转杆上设有第二调节齿轮，所述第一调节齿轮啮合于所述第二调节齿轮，所述齿条通过所述辅助齿轮驱动所述第一调节齿轮与所述第二调节齿轮；

所述传递组件包括：主动转轮、从动转轮、第一圆弧传动壳以及第二圆弧传动壳；所述主动转轮与所述从动转轮安装于所述装置支架上，所述第一圆弧传动壳转动安装于所述第一转杆上，所述第二圆弧传动壳转动安装于所述第二转杆上，所述主动转轮的轮面压持于所述第一圆弧传动壳与所述第二圆弧传动壳，所述从动转轮的轮面压持于所述第一圆弧传动壳与所述第二圆弧传动壳；

当风力较弱时，主动转轮压持于第一圆弧传动壳与第二圆弧传动壳的A处，从动转轮压持于第一圆弧传动壳与第二圆弧传动壳的B处，且A处到第一圆弧传动壳旋转轴线L1的距离大于B处到L1的距离，A处到第二圆弧传动壳旋转轴线L2的距离大于B处到L2的距离。

2.根据权利要求1所述的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一圆弧传动壳为半球体结构，所述第二圆弧传动壳为半球体结构。

3.根据权利要求2所述的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一调节齿轮及所述第二调节齿轮均为扇形结构。

4.根据权利要求3所述的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述第一调节齿轮上开设有减重通孔，所述第二调节齿轮上开设有减重通孔。

5.根据权利要求1所述的基于圆弧面传动实现功率稳定输出的风力发电机，其特征在于，所述主动转轮的轮面上开设有防滑纹，所述从动转轮的轮面上开设有防滑纹。

6.根据权利要求1所述的基于圆弧面传动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。

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