CN112664402B - 基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，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、往复移动机构以及转矩传递机构；往复移动机构包括：助推风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；移动滑块活动设于装置支架上，装置支架上设有滑动引导槽，助推风帆固定安装于移动滑块上；转矩传递机构包括：主动锥轮、从动锥轮、辅助传动环以及辅助定位组件；主动锥轮与从动锥轮可转动地安装于装置支架上，辅助传动环压持于主动锥轮与从动锥轮的轮面，辅助传动环通过连接架与移动滑块连接；辅助定位组件用于辅助主动锥轮与从动锥轮在装置支架上定位。本发明可以在发电过程中能实现发电机平稳启动。

Description

基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机

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锥型轮组实现平稳启动的风力发电机。

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。风力发电机可以将清洁可再生的风能转变成可利用的电能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过传动装置对旋转的速度进行调节并驱动发电机组，最终促使发电机组发电。但是，风力存在不稳定性，当强风袭来时，风车叶片从不转到快速转动只需要很短的时间，即具有较快的加速度。而过大的加速度使机械零件之间出现较大的冲击，容易导致零件损坏；同时，较大的加速度使得发电机组在短时间产生过大的冲击电流，容易损坏发电机组的电力设备，降低发电机组的使用寿命。如果能够在风力发电机的启动过程中，缓慢增加驱动发电机组的转速，则可以减小机械零件之间的冲击和避免产生过大的冲击电流。

为此，如何设计一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，使其在风力发电过程中能实现平稳启动，从而减小机械零件的刚性冲击，且降低冲击电流对电力设备的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，可以在风力发电过程中能实现平稳启动。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其包括：发电基座、风车叶片、自适应调节装置以及发电机组；

所述风车叶片转动安装于所述发电基座上，所述发电机组设于所述发电基座内，所述自适应调节装置驱动连接所述风车叶片与所述发电机组；

所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动机构以及转矩传递机构；

所述往复移动机构包括：助推风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；所述移动滑块活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，所述助推风帆固定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；

所述转矩传递机构包括：主动锥轮、从动锥轮、辅助传动环以及辅助定位组件；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驱动连接，所述从动锥轮与所述发电机组驱动连接，所述辅助传动环压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面，所述移动滑块上设有连接架，所述辅助传动环通过所述连接架与所述移动滑块连接；

所述辅助定位组件用于辅助所述主动锥轮与所述从动锥轮在所述装置支架上定位。

在某一个实施例中，所述辅助定位组件包括第一定位转轮以及第二定位转轮；

所述第一定位转轮与所述第二定位转轮设于所述装置支架上，所述主动锥轮与所述从动锥轮均为空心圆锥体结构，所述第一定位转轮的轮面压持于所述主动锥轮的内壁，所述第二定位转轮的轮面压持于所述从动锥轮的内壁。

在某一个实施例中，所述第一定位转轮上设有限位片，所述第二定位转轮上设有限位片。

在某一个实施例中，所述主动锥轮上设有限位轴肩，所述从动锥轮上设有限位轴肩。

在某一个实施例中，所述主动锥轮通过第一万向节与所述风车叶片连接，所述从动锥轮通过第二万向节与所述发电机组连接。

在某一个实施例中，所述第一万向节包括：第一输入半轴、第一输出半轴以及第一十字轴架；

所述第一输入半轴与所述风车叶片连接，所述第一输出半轴与主动锥轮的锥顶连接，所述第一输入半轴与所述第一输出半轴通过所述第一十字轴架连接。

在某一个实施例中，所述第二万向节包括：第二输入半轴、第二输出半轴以及第二十字轴架；

所述第二输入半轴与所述从动锥轮的锥顶连接，所述第二输出半轴与所述发电机组驱动连接，所述第二输入半轴与所述第二输出半轴通过所述第二十字轴架连接。

在某一个实施例中，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

在某一个实施例中，所示辅助传动环上开设有防滑纹。

综上，本发明的一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，可以在风力发电过程中能实现平稳启动。

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为本发明的基于双锥型轮组实现平稳启动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为自适应调节装置在启动初期的状态示意图；

图4为转矩传递机构的结构示意图；

图5为第一万向节的结构分解示意图；

图6为自适应调节装置的局部剖视图；

图7为图1所示的自适应调节装置的结构示意图(二)；

图8为自适应调节装置在强风力作用下的状态示意图。

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锥型轮组实现平稳启动的风力发电机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转动安装于发电基座20上，发电机组50设于发电基座20内，自适应调节装置40驱动连接风车叶片30与发电机组50。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。启动时，自适应调节装置40逐步自动调节传动比，从而使传递到发电机组50的转速平稳提升，最终实现平稳启动。自适应调节装置40的自动调节过程将在下文进行阐述。

如图2所示，自适应调节装置40包括：装置支架100、往复移动机构200以及转矩传递机构300。

具体地，如图3所示，往复移动机构200包括：助推风帆210(如图1所示)、移动滑块220以及伸缩弹性件230。移动滑块220活动设于装置支架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，助推风帆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。在风力发电过程中，助推风帆210在风力推动下将带动移动滑块220一起移动，从而为转矩传递机构300的调节提供动力。

如图3所示，转矩传递机构300包括：主动锥轮310、从动锥轮320、辅助传动环330以及辅助定位组件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驱动连接，从动锥轮320与发电机组50驱动连接，辅助传动环330压持于主动锥轮310与从动锥轮320的轮面，移动滑块220上设有连接架240，辅助传动环330通过连接架240与移动滑块220连接。辅助定位组件340用于辅助主动锥轮310与从动锥轮320在装置支架100上定位。

在其中一个实施例中，如图4所示，主动锥轮310通过第一万向节350与风车叶片30连接，从动锥轮320通过第二万向节360与发电机组50连接。第一万向节350的结构如图5所示，包括：第一输入半轴351、第一输出半轴352以及第一十字轴架353，第一输入半轴351与风车叶片30连接，第一输出半轴352与主动锥轮310的锥顶连接，第一输入半轴351与第一输出半轴352通过第一十字轴架连接353。第二万向节360的结构与第一万向节350相同，包括：第二输入半轴、第二输出半轴以及第二十字轴架，第二输入半轴与从动锥轮的锥顶连接，第二输出半轴与发电机组驱动连接，第二输入半轴与第二输出半轴通过第二十字轴架连接。

在本实施例中，如图3及图6所示，辅助定位组件340包括第一定位转轮341以及第二定位转轮342。其中，第一定位转轮341与第二定位转轮342设于装置支架100上，主动锥轮310与从动锥轮320均为空心圆锥体结构，第一定位转轮341的轮面压持于主动锥轮310的内壁，第二定位转轮342的轮面压持于从动锥轮320的内壁。如此，通过第一定位转轮341与第二定位转轮342的协助，主动锥轮310与从动锥轮320能够在转动时，保持被压持一侧的轮面在同一水平面上。

下面结合本实施例，对基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机10的工作原理进行说明：

如图1及图7所示，风力发电时，风车叶片30通过第一万向节350驱动主动锥轮310旋转，由于辅助传动环330压持于主动锥轮310与从动锥轮320的轮面，因此，主动锥轮310将通过辅助传动环330带动从动锥轮320一起旋转，最终由从动锥轮320将动能通过第二万向节360传递给发电机组50，实现风力发电。在启动初期，尤其是强风袭来时，自适应调节装置40需要适应性调节零件之间的配合状态，改变辅助传动环330压持在主动锥轮310与从动锥轮320的位置，进而改变转矩传递机构300的传动比，使得传递到发电机组50的转速平稳提升，实现平稳启动。

下面对自适应调节装置40具体的调节过程进行阐述说明：

首先，在启动初期，自适应调节装置40的状态如图2及图3所示，辅助传动环330压持于主动锥轮310的小径a处和从动锥轮320的大径B处，在这种状态下，由于通过辅助传动环330传动，则小径a处的线速度与大径B处的线速度相同，但是又由于小径a处到主动锥轮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，则转动时，被驱动的从动锥轮320转速要小于主动锥轮310的转速，转矩传递机构300具有减速作用。如此，通过摩擦副接触传动，且被驱动的从动锥轮320转速缓慢，这样的启动不容易在机械零件之间产生较大的刚性冲击；而且，使得发电机组50在启动初期产生的电流较小，避免产生过高的冲击电流；

紧接着，在风力的作用下，助推风帆210推动移动滑块220与连接架240一起移动，并不断压缩伸缩弹性件230，同时辅助传动环330在连接架240带动下发生滑动。此时，自适应调节装置40的状态如图7及图8所示，辅助传动环330压持于主动锥轮310的大径A处和从动锥轮320的小径b处，在这种状态下，大径A处与小径b处线速度相同，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，因此转动时，被驱动的从动锥轮320转速要大于主动锥轮310的转速，转矩传递机构300具有提速作用。如此，可以充分利用风力，使其转化为发电机组50所需的较高转速；

当风力减弱直至没有风时，风力发电终止，伸缩弹性件230将推动助推风帆210与移动滑块220复位，辅助传动环330的压持位置再次发生变化，使得自适应调节装置40复位到如图3所示状态，为下一次启动做好准备。

要强调的是，如图6及图8所示，在辅助定位组件340的协助下，主动锥轮310与从动锥轮320被压持一侧的轮面在同一水平面上，即被辅助定位组件340压持的两个轮面相互平行，如图6所示。如此，使得在辅助传动环330移动的过程中，辅助传动环330能够始终压持在主动锥轮310和从动锥轮320上，确保了动能传递的稳定性。在其中一个实施例中，辅助传动环330上开设有防滑纹(图未示)，如此可以增加摩擦副之间的摩擦系数，使得辅助传动环330不容易打滑，提高了传动效率。

要进一步强调的是，如图3及图8所示，伸缩弹性件230使得自适应调节装置40可以根据风力强弱自动做出调节。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，如图7所示，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，因此辅助传动环330压持在主动锥轮310和从动锥轮320上的位置也与风力的强弱呈线性相关，即转矩传递机构300变化得到的传动比也与风力强弱相关；其二，当风力发电终止时，伸缩弹性件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，第一定位转轮341与第二定位转轮342上设有限位片343。在另一个实施例中，主动锥轮310与从动锥轮320上设有限位轴肩370。如此，可以防止调节过程中主动锥轮310与从动锥轮320的位置发生移动，从而确保辅助传动环330活动到同一位置时，转矩传递机构300零件之间配合得到的传动比不变。

再次强调的是，自适应调节装置40的设计具有以下特点：

其一，主动锥轮310通过辅助传动环330驱动从动锥轮320，是通过摩擦副接触传动，这种传动方式在启动时不容易在机械零件之间产生较大的刚性冲击，保护了机械零件；

其二，通过辅助传动环330的压持位置可知，在启动初期，被驱动的从动锥轮320转速缓慢，这样的启动不容易产生较大的刚性冲击，且使得发电机组50产生的冲击电流较小，保护了电力设备；

其三，自适应调节装置40可以根据风力强弱，自动调节转矩传递机构300的传动比，即改变辅助传动环330在主动锥轮310和从动锥轮320上的压持位置，使转矩传递机构300到达最佳的传动效果。

综上所述，本发明的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机10在风力发电过程中能实现平稳启动，从而减小机械零件的刚性冲击，且降低冲击电流对电力设备的影响。

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 (9)

1.一种基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，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；

所述风车叶片转动安装于所述发电基座上，所述发电机组设于所述发电基座内，所述自适应调节装置驱动连接所述风车叶片与所述发电机组；

所述自适应调节装置包括：装置支架、往复移动机构以及转矩传递机构；

所述往复移动机构包括：助推风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；所述移动滑块活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，所述助推风帆固定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；

所述转矩传递机构包括：主动锥轮、从动锥轮、辅助传动环以及辅助定位组件；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驱动连接，所述从动锥轮与所述发电机组驱动连接，所述辅助传动环的内表面压持于所述主动锥轮与所述从动锥轮的轮面，所述移动滑块上设有连接架，所述辅助传动环通过所述连接架与所述移动滑块连接；

所述辅助定位组件用于辅助所述主动锥轮与所述从动锥轮在所述装置支架上定位；

在启动初期，辅助传动环压持于主动锥轮的小径a处和从动锥轮的大径B处，小径a处到主动锥轮中心轴线的距离小于大径B处到从动锥轮中心轴线的距离。

2.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述辅助定位组件包括第一定位转轮以及第二定位转轮；

所述第一定位转轮与所述第二定位转轮设于所述装置支架上，所述主动锥轮与所述从动锥轮均为空心圆锥体结构，所述第一定位转轮的轮面压持于所述主动锥轮的内壁，所述第二定位转轮的轮面压持于所述从动锥轮的内壁。

3.根据权利要求2所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述第一定位转轮上设有限位片，所述第二定位转轮上设有限位片。

4.根据权利要求3所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮上设有限位轴肩，所述从动锥轮上设有限位轴肩。

5.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述主动锥轮通过第一万向节与所述风车叶片连接，所述从动锥轮通过第二万向节与所述发电机组连接。

6.根据权利要求5所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述第一万向节包括：第一输入半轴、第一输出半轴以及第一十字轴架；

所述第一输入半轴与所述风车叶片连接，所述第一输出半轴与主动锥轮的锥顶连接，所述第一输入半轴与所述第一输出半轴通过所述第一十字轴架连接。

7.根据权利要求6所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述第二万向节包括：第二输入半轴、第二输出半轴以及第二十字轴架；

所述第二输入半轴与所述从动锥轮的锥顶连接，所述第二输出半轴与所述发电机组驱动连接，所述第二输入半轴与所述第二输出半轴通过所述第二十字轴架连接。

8.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述伸缩弹性件为弹簧结构。

9.根据权利要求1所述的基于双锥型轮组实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述辅助传动环上开设有防滑纹。

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