CN112664403A - 基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，包括：发电基座、风车叶片、自适应调节装置以及发电机组；风车叶片转动安装于发电基座上，发电机组设于发电基座内，自适应调节装置驱动连接风车叶片与发电机组。其中，自适应调节装置包括：装置支架、往复移动机构、转矩传递机构以及辅助机构。往复移动机构包括：感知风帆、移动滑块以及伸缩弹性件；移动滑块活动设于装置支架上，感知风帆固定安装于移动滑块上。转矩传递机构包括：输入轴、主动转杆、从动锥型套筒以及输出轴；主动转杆上设有驱动转轮，驱动转轮的轮面压持于从动锥型套筒的内壁上，从动锥型套筒驱动连接输出轴。本发明能够在发电过程中实现发电机的平稳启动。

Description

基于锥型结构套筒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锥型结构套筒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。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，如何设计一种基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，使其能够通过适应性调节传动比，实现风力发电过程中发电机的平稳启动。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，能够在风力发电过程中，通过适应性调节传动比实现发电机的平稳启动。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于锥型结构套筒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、转矩传递机构以及辅助机构；

所述往复移动机构包括：感知风帆、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，所述感知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：输入轴、主动转杆、从动锥型套筒以及输出轴；所述输入轴驱动连接所述风车叶片与所述主动转杆，所述主动转杆设于所述移动滑块的连接段，所述主动转杆上设有驱动转轮，所述驱动转轮的轮面压持于所述从动锥型套筒的内壁上，所述从动锥型套筒驱动连接所述输出轴，所述输出轴安装于所述装置支架上，所述输出轴连接所述发电机组；

所述辅助机构包括支撑架以及复位弹性件；所述支撑架连接所述从动锥型套筒与所述输出轴，所述复位弹性件连接所述支撑架与所述装置支架。

在其中一个实施例中，所述从动锥型套筒通过传动轮组连接所述输出轴，所述传动轮组包括第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮设于所述从动锥型套筒的锥顶处，所述第二齿轮设于所述输出轴上，所示第二齿轮啮合于所述第一齿轮。

在其中一个实施例中，所述第一齿轮与所述第二齿轮上开设有减重通孔。

在其中一个实施例中，所述主动转杆上设有定位引导键，所述输入轴上设有与所述定位引导键配合的限位引导槽。

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，所述复位弹性件为弹簧结构。

在其中一个实施例中，所述驱动转轮的轮面上开设有防滑纹。

综上，本发明的一种基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，能够在风力发电过程中，通过适应性调节传动比实现发电机的平稳启动。

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为本发明基于锥型结构套筒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为自适应调节装置的局部结构示意图；

图5为图2所示的自适应调节装置的侧视图；

图6为图1所示的自适应调节装置的结构示意图(二)；

图7为自适应调节装置在强风力作用下的状态示意图；

图8为图6所示的自适应调节装置的侧视图。

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型结构套筒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。

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、转矩传递机构300以及辅助机构400。

具体地，如图3及图4所示，往复移动机200构包括：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活动设于装置支架100上，感知风帆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，感知风帆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。

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，当感知风帆210被推动时，移动滑块220可以更加稳定地沿着指定的方向滑动。

如图3及图4所示，转矩传递机构300包括：输入轴310、主动转杆320、从动锥型套筒330以及输出轴340。输入轴310驱动连接风车叶片30与主动转杆320，主动转杆320设于移动滑块220的连接段240，主动转杆320上设有驱动转轮350，驱动转轮350的轮面压持于从动锥型套筒330的内壁上，从动锥型套筒330驱动连接输出轴340，输出轴340安装于装置支架100上，输出轴340连接发电机组50。

如图4及图5所示，辅助机构400包括支撑架410以及复位弹性件420。支撑架410连接从动锥型套筒330与输出轴340，复位弹性件420连接支撑架410与装置支架100。

如图5所示，在本实施例中，从动锥型套筒330通过传动轮组500连接输出轴340，传动轮组500包括第一齿轮510以及第二齿轮520，第一齿轮510以及第二齿轮520相互啮合，第一齿轮510设于从动锥型套筒330的锥顶处，第二齿轮520设于输出轴340上。如此，当从动锥型套筒330旋转时，可以通过第一齿轮510与第二齿轮520的配合平稳地带动输出轴340一起旋转。

在本实施例中，如图6所示，主动转杆320上设有定位引导键321，输入轴310上设有与定位引导键321配合的限位引导槽(图未示)。如此，输入轴3140既可以带动主动转杆320一起旋转，又不影响移动滑块220驱动主动转杆320做水平滑动。

下面结合本实施例，对基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机10的工作原理进行说明：

风力发电时，如图6所示，风车叶片30驱动输入轴310和主动转杆320旋转，由于主动转杆320上设有驱动转轮350，且驱动转轮350的轮面压持在从动锥型套筒330的内壁上，则驱动转轮350和从动锥型套筒330也将随之一起转动。从动锥型套筒330再通过传动轮组500将动能传递给输出轴340，并由输出轴340驱动发电机组50运作，实现风力发电。在开始启动初期，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，逐步改变驱动转轮350轮面压持在从动锥型套筒330内壁上的位置，从而逐渐改变转矩传递机构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，驱动转轮350的轮面压持在从动锥型套筒330的大径处，在这种状态下，由于压持处的线速度相同，则被驱动的从动锥型套筒330的转速要比驱动转轮350的转速小得多。由于驱动转轮350与从动锥型套筒330之间为摩擦副接触，且从动锥型套筒330启动时的转速缓慢，因此不容易在机械零件之间产生较大的刚性冲击；而且，可以一开始传递到输出轴340的转速比较缓慢，使得发电机组50启动时的电流较小，避免产生过高的冲击电流；

紧接着，在强风力的作用下，感知风帆210和移动滑块220克服伸缩弹性件230的弹性力逐渐移动，如图6及图7所示。随着移动滑块220的移动，设于连接段240的主动转杆320也将带动驱动转轮350一起移动，不断靠近从动锥型套筒330的锥顶。由于越靠近锥顶，从动锥型套筒330在驱动转轮350压持处的半径就越小，这样转矩传递机构300的传动比也不断变小，使得从动锥型套筒330的转速越来越接近驱动转轮350的转速，即逐渐达到适合发电的转速。随着从动锥型套筒330转速的提高，传递到输出轴340的转速也逐渐提升，如此便可实现发电机组50的平稳启动；

当风力减弱甚至没有风时，风力发电终止，伸缩弹性件230将为感知风帆210和移动滑块220提供复位弹性力，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。

要说明的是，由于从动锥型套筒330是圆锥型结构，而主动转杆320和驱动转轮350是水平移动，因此在移动过程中，主动转杆320的中心轴线与从动锥型套筒330的中心轴线会发生错位，为了矫正这种错位需要辅助机构400的配合：

由于驱动转轮350的轮面压持在从动锥型套筒330的内壁上，主动转杆320和驱动转轮350的移动将推动从动锥型套筒330向远离装置支架100的方向移动，从图5所示状态变化至图8所示状态。在支撑架410的限制下，从动锥型套筒330将绕着输出轴340的中心轴线做一定幅度的偏摆动作，以矫正与主动转杆320中心轴线之间的错位。当风力发电终止后，支撑架410和从动锥型套筒330将在复位弹性件420的弹性作用力下重新复位，回到原来的位置，如图4所示。优选的，复位弹性件420为弹簧结构。

要强调的是，自适应调节装置40的启动过程还考虑了力矩因素。由于在启动初期，自适应调节装置40的状态如图2及图3所示，驱动转轮350的轮面压持在从动锥型套筒330的大径处，此时，驱动转轮350驱动从动锥型套筒330旋转只需要较小的力矩。这样设计有如下益处：其一，由于驱动转轮350与从动锥型套筒330之间为摩擦副接触，若传递时需要的力矩过大，容易超过两者之间的静摩擦力许可范围，即超过最大静摩擦力，从而导致驱动转轮350打滑无法驱动从动锥型套筒330；其二，这种状态下只需要较小的风力就可以驱动自适应调节装置40，如此，使得基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机10可以利用较弱的风力发电，提高了风能的利用率。

在其中一个实施例中，驱动转轮350的轮面上开设有防滑纹(图未示)，如此，可以增加驱动转轮350与从动锥型套筒330之间的摩擦系数，使驱动转轮350在动能的传递过程中不容易打滑，提高传动的可靠性。

要进一步强调的是，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，因此转矩传递机构300变化后得到的传动比也与风力的强弱呈线性相关；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，第一齿轮510与第二齿轮520上开设有减重通孔530。如此，可以减轻自适应调节装置40的整体重量，减小风车叶片30驱动转矩传递机构300时所消耗的动能。

综上所述，本发明的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机10能够适应性调节传动比，实现风力发电过程中发电机的平稳启动。

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)

1.一种基于锥型结构套筒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、转矩传递机构以及辅助机构；

所述往复移动机构包括：感知风帆、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，所述感知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；

所述传递机构包括：输入轴、主动转杆、从动锥型套筒以及输出轴；所述输入轴驱动连接所述叶片与所述主动转杆，所述主动转杆设于所述移动滑块的连接段，所述主动转杆上设有驱动转轮，所述驱动转轮的轮面压持于所述从动锥型套筒的内壁上，所述从动锥型套筒驱动连接所述输出轴，所述输出轴安装于所述装置支架上，所述输出轴连接所述发电机组；

所述辅助机构包括支撑架以及复位弹性件；所述支撑架连接所述从动锥型套筒与所述输出轴，所述复位弹性件连接所述支撑架与所述装置支架。

2.根据权利要求1所述的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述从动锥型套筒通过传动轮组连接所述输出轴，所述传动轮组包括第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮设于所述从动锥型套筒的锥顶处，所述第二齿轮设于所述输出轴上，所示第二齿轮啮合于所述第一齿轮。

3.根据权利要求2所述的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述第一齿轮与所述第二齿轮上开设有减重通孔。

4.根据权利要求1所述的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述主动转杆上设有定位引导键，所述输入轴上设有与所述定位引导键配合的限位引导槽。

5.根据权利要求1所述的基于锥型结构套筒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。

6.根据权利要求5所述的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述复位弹性件为弹簧结构。

7.根据权利要求1所述的基于锥型结构套筒实现平稳启动的风力发电机，其特征在于，所述驱动转轮的轮面上开设有防滑纹。

Images