CN112696314A - 基于风力制动机构的风力发电机 - Google Patents

基于风力制动机构的风力发电机 Download PDF

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CN112696314A CN202011597585.1A CN202011597585A CN112696314A CN 112696314 A CN112696314 A CN 112696314A CN 202011597585 A CN202011597585 A CN 202011597585A CN 112696314 A CN112696314 A CN 112696314A
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吴伟明
许凯杰
陈幸
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明涉及基于风力制动机构的风力发电机，包括：支撑架、发电机构、风力传动机构、风叶及风力制动机构；所述发电机构设置在所述支撑架上，且所述发电机构与所述风力传动机构驱动连接；所述风力传动机构与所述风叶驱动连接，所述风力制动机构与所述风力传动机构连接；所述风力制动机构包括：风力感应组件、制动解锁组件及风力制动组件，所述风力感应组件与所述制动解锁组件连接，所述制动解锁组件与所述风力制动组件接触或分离，所述风力制动组件与所述风力传动机构连接。本发明公开的基于风力制动机构的风力发电机，当风力过大时，自动进入风力制动状态，避免风力发电机超负荷运行，从而延长风力发电机的使用寿命。

Description

基于风力制动机构的风力发电机
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风力制动机构的风力发电机。
背景技术
风力发电是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。这个过程不需要燃料，也没有辐射，对空气和环境没有产生污染，因此，风能是一种清洁能源。
然而，输入至风力发电设备的风力并非人为设定的，而是取于风力发电设备所处的工作环境的自然风的大小，即驱动风力发电设备的风力大小并非可控的。目前，市面上的风力发电机容易存在因为风力过大而导致超负荷运行，并最终使风力发电设备过载而烧坏。
当然，也有风力发电设备在风力过大的情况下，启动保护功能，来保护风力发电设备，防止风力发电设备超负荷运行而烧坏。例如，公开号为CN104500337A的发明专利，在风力过大时，需要工作人员手动操作手柄，来启动保护机构实现保护功能。通过人工手动操作的保护机制，一方面需要实时监控风力大小，人力成本高；另一方面从工作人员获悉风力过大，到工作人员手动完成保护机构的保护操作需要一定的时间，在这个时间段内，风力发电设备处于超负荷状态。因此，风力发电设备不可避免地会存在超负荷状态，从而对风力发电设备的保护效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于风力制动机构的风力发电机，当风力过大时，自动进入风力制动状态，避免风力发电机超负荷运行，从而延长风力发电机的使用寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于风力制动机构的风力发电机，包括：支撑架、发电机构、风力传动机构、风叶及风力制动机构；所述发电机构设置在所述支撑架上，且所述发电机构与所述风力传动机构驱动连接；所述风力传动机构与所述风叶驱动连接，所述风力制动机构与所述风力传动机构连接；
所述风力制动机构包括：风力感应组件、制动解锁组件及风力制动组件，所述风力感应组件与所述制动解锁组件连接，所述制动解锁组件与所述风力制动组件接触或分离，所述风力制动组件与所述风力传动机构连接。
在其中一个实施例中，所述风力感应组件包括：风帆、自由连杆、引导基座、自由滑块及传动复位弹簧；所述风帆通过所述自由连杆与所述自由滑块连接；所述引导基座设置在所述支撑架上，且所述自由滑块滑动设置在所述引导基座上；所述传动复位弹簧的一端与所述自由滑块连接，另一端与所述引导基座连接；
所述制动解锁组件包括支撑连杆及V型传动件，所述支撑连杆设置在所述支撑架上，所述V型传动件转动套设在所述支撑连杆上；所述V型传动件具有位移感应端，所述自由滑块开设有阶梯式引导槽，所述位移感应端滑动卡接于所述阶梯式引导槽；
所述风力制动组件包括：制动棘轮、制动盘、制动碟及制动解锁件，所述风力传动机构包括传动连杆；所述制动棘轮与所述传动连杆驱动连接，所述制动盘活动套接在所述传动连杆上；所述制动碟设置在所述支撑架上，且所述制动碟夹设在所述制动盘的外壁；所述制动解锁件转动设置在所述制动盘上，所述V型传动件还具有制动锁扣端，所述制动解锁件与所述制动锁扣端锁扣或与所述制动棘轮锁扣。
在其中一个实施例中，所述风力制动组件还包括限位弹片，所述限位弹片设置在所述制动盘上且抵持于所述制动解锁件，以使得所述制动解锁件具有与所述制动棘轮锁扣的趋势。
在其中一个实施例中，所述基于风力制动机构的风力发电机，还包括防护壳体，所述防护壳体设置在所述支撑架上，所述防护壳体具有收容腔，所述风力传动机构及所述发电机构收容在所述收容腔中；所述风力制动机构部分收容于所述收容腔中。
在其中一个实施例中，所述引导基座设置在所述收容腔的内壁。
在其中一个实施例中，所述风帆设置在所述收容腔外；所述自由连杆的一端与所述风帆连接，另一端伸入所述收容腔内并与所述自由滑块连接。
在其中一个实施例中，所述支撑连杆与所述收容腔的内壁连接。
在其中一个实施例中，所述制动解锁件具有锁扣配合端及联动锁扣端，所述锁扣配合端与所述制动锁扣端锁扣或分离；所述联动锁扣端与所述制动棘轮锁扣或分离。
在其中一个实施例中，所述联动锁扣端具有勾子，所述勾子与所述制动棘轮的棘槽锁扣或分离。
在其中一个实施例中，引导基座开设有线性引导槽，所述自由滑块沿所述线性引导槽滑动设置。
本发明提供的基于风力制动机构的风力发电机，当风力过大时，自动进入风力制动状态，避免风力发电机超负荷运行，从而延长风力发电机的使用寿命。
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为本发明的基于风力制动机构的风力发电机的结构示意图；
图2为图1所示的基于风力制动机构的风力发电机的部分结构示意图；
图3为图2所示的风力制动机构移除风帆后的结构示意图(一)；
图4为图2所示的风力制动机构移除风帆后的结构示意图(二)；
图5为图3所示的风力感应组件的部分结构示意图(一)；
图6为图3所示的风力感应组件的部分结构示意图(二)；
图7为图3所示的风力制动机构在休眠状态的示意图；
图8为图3所示的风力制动机构在制动状态的示意图。
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，一种基于风力制动机构的风力发电机10，包括：支撑架20、发电机构30、风力传动机构40、风叶50及风力制动机构60。发电机构30设置在支撑架20上，且发电机构30与风力传动机构40驱动连接。风力传动机构40与风叶50驱动连接，风力制动机构60与风力传动机构40连接。
如图2所示，具体的，风力制动机构60包括：风力感应组件100、制动解锁组件200及风力制动组件300，风力感应组件100与制动解锁组件200连接，制动解锁组件200与风力制动组件300接触或分离，风力制动组件300与风力传动机构40连接。
如图3及图4所示，具体的，风力感应组件100包括：风帆110、自由连杆120、引导基座130、自由滑块140及传动复位弹簧150。风帆110通过自由连杆120与自由滑块140连接。引导基座130设置在支撑架20上，且自由滑块140滑动设置在引导基座130上。传动复位弹簧150的一端与自由滑块140连接，另一端与引导基座130连接。
如图5及图6所示，具体的，制动解锁组件200包括支撑连杆210及V型传动件220，支撑连杆210设置在支撑架20上，V型传动件220转动套设在支撑连杆210上。V型传动件220具有位移感应端221，自由滑块140开设有阶梯式引导槽141，位移感应端221滑动卡接于阶梯式引导槽141。作为优选的实施方式，位移感应端221设置有球头222，球头222滑动卡接在阶梯式引导槽141中。这样就使得位移感应端221顺畅地与阶梯式引导槽141配合。此外，球头222滑动卡接在阶梯式引导槽141中，一方面对球头222实现了限位作用，防止球头222从阶梯式引导槽141脱离；另一方面通过控制位移感应端221来间接控制V型传动件220的状态，从而实现V型传动件220与制动解锁件340的锁扣或分离，由此控制风力制动机构60是否进入制动状态。
如图3所示，具体的，风力制动组件300包括：制动棘轮310、制动盘320、制动碟330及制动解锁件340。风力传动机构40包括传动连杆410。制动棘轮310与传动连杆410驱动连接，制动盘320活动套接在传动连杆410上。制动碟330设置在支撑架20上，且制动碟330夹设在制动盘320的外壁。制动解锁件340转动设置在制动盘320上，V型传动件220还具有制动锁扣端223，制动解锁件340与制动锁扣端223锁扣或与制动棘轮310锁扣。
如图3所示，具体的，风力制动组件300还包括限位弹片350，限位弹片350设置在制动盘320上且抵持于制动解锁件340，以使得制动解锁件340具有与制动棘轮310锁扣的趋势。在制动盘320跟随制动棘轮310一同转动过程中，当制动解锁件340转动至制动棘轮310的下方位置时，制动解锁件340由于其自身重力的作用，使其具有与制动棘轮310分离的趋势。需要说明的是，限位弹片350抵持于制动解锁件340，以使得制动解锁件340具有与制动棘轮310锁扣的趋势；即限位弹片350为制动解锁件340提供的抵持力，克服了制动解锁件340自身的重力，确保制动解锁件340稳定地与制动棘轮310锁扣在一起，防止脱钩；从而确保风力制动机构60的稳定性，为风力发电机10提供可靠的制动保护，从而提高基于风力制动机构的风力发电机10的系统稳定性。
如图1所示，具体的，基于风力制动机构的风力发电机10还包括防护壳体70，防护壳体70设置在支撑架20上，防护壳体70具有收容腔80，风力传动机构40及发电机构30收容在收容腔80中；风力制动机构60部分收容于收容腔80中。具体的，引导基座130设置在收容腔80的内壁。
如图1及图3所示，具体的，风帆110设置在收容腔80外；自由连杆120的一端与风帆110连接，另一端伸入收容腔80内并与自由滑块140连接。具体的，支撑连杆210与收容腔80的内壁连接。
如图3所示，具体的，制动解锁件340具有锁扣配合端341及联动锁扣端342，锁扣配合端341与制动锁扣端223锁扣或分离；联动锁扣端342与制动棘轮310锁扣或分离。
如图7及图8所示，具体的，联动锁扣端342具有勾子343，勾子343与制动棘轮310的棘槽311锁扣或分离。通过勾子343与棘槽311的结构配合，一方面确保联动锁扣端342与制动棘轮310容易锁扣上；另一方面确保联动锁扣端342与制动棘轮310分离也容易；由此确保风力制动机构60的可靠性和稳定性。
如图5及图6所示，具体的，引导基座130开设有线性引导槽131，自由滑块140沿线性引导槽131滑动设置。线性引导槽131一方面为自由滑块140提供支撑，另一方面为自由滑块140提供引导和限位，确保自由滑块140稳定地移动，而不会发生偏摆，从而确保基于风力制动机构的风力发电机10的系统稳定性。
下面对基于风力制动机构的风力发电机10的工作原理进行说明(请一并参阅图1至图8)：
当风力未超过预设的超负荷极限值时，风力制动机构60处于休眠状态，此时风力发电机10处于正常工作状态；此时，风叶50感应自然风的风力，并在风力作用下转动，从而带动风力传动机构40的传动连杆410一同转动，并通过传动连杆410将动力输入至发电机构30进行发电；
需要说明的是，由于制动棘轮310与传动连杆410驱动连接，传动连杆410转动时带动制动棘轮310一同转动；还需要说明的是，在风力未超过预设的超负荷极限值时，风力制动机构60处于休眠状态；此时，V型传动件220的制动锁扣端223勾住制动解锁件340的锁扣配合端341，从而使得制动解锁件340的联动锁扣端342与制动棘轮310的棘槽311分离；这样就使得制动棘轮310与制动盘320之间不存在联动，即制动棘轮310跟随传动连杆410转动时，制动盘320保持静止；
还需要说明的是，当风力足够小时(即接近于零时)，传动复位弹簧150处于伸展状态，自由滑块140在传动复位弹簧150的弹性力作用下向远离传动复位弹簧150的方向复位；此时，阶梯式引导槽141靠近传动复位弹簧150的一端到达位移感应端221的球头222处并与球头222配合；随着风力的增大，风帆110在风力作用下通过自由连杆120带动自由滑块140向靠近传动复位弹簧150的方向移动；在此过程中，传动复位弹簧150不断被压缩，且阶梯式引导槽141也不断移动，使得球头222在阶梯式引导槽141的位置也不断改变；当然，在此过程中，V型传动件220的制动锁扣端223依然保持勾住制动解锁件340的锁扣配合端341，使得制动解锁件340的联动锁扣端342与制动棘轮310的棘槽311保持分离；
当风力增大至超过预设的超负荷极限值时，风力制动机构60从休眠状态进入制动状态；具体过程为：随着风力的增大，风帆110在风力作用下通过自由连杆120进一步带动自由滑块140向靠近传动复位弹簧150的方向移动；在此过程中，传动复位弹簧150进一步被压缩，且阶梯式引导槽141远离传动复位弹簧150的一端进一步向靠近球头222的方向移动，并最终使得球头222抵持于阶梯式引导槽141远离传动复位弹簧150的一端处；需要特别说明的是，在此过程中，V型传动件220沿支撑连杆210转动一角度，并使得V型传动件220的制动锁扣端223与制动解锁件340的锁扣配合端341分离；
制动锁扣端223与锁扣配合端341分离后，制动解锁件340在其自身重力作用下及限位弹片350的作用力下，其联动锁扣端342向制动棘轮310靠近并最终与制动棘轮310的棘槽311锁扣一起；制动解锁件340与制动棘轮310锁扣一起后，使得制动盘320与制动棘轮310之间形成联动；这样就使得制动棘轮310跟随传动连杆410转动时带动制动盘320一同转动；制动盘320转动时与制动碟330产生滑动摩擦，滑动摩擦力作用于制动盘320使制动盘320进行减速，进而通过制动棘轮310间接使得传动连杆410降速；从而防止风力过大导致传动连杆410转速过快而使得风力发电机10超负荷运转；
本发明的基于风力制动机构的风力发电机10，在风力过大时，通过风力制动机构60对传动连杆410进行降速；避免风力过大导致传动连杆410转速过快而使得风力发电机10超负荷运转；而且，本发明的基于风力制动机构的风力发电机10能实时感应风力的大小，并在风力超过预设的超负荷极限值时，瞬间启动风力制动机构60进行降速处理，实现自动制动的同时制动迅速及时；
当风力减小至低于预设的超负荷极限值时，风力制动机构60恢复至休眠状态并不再对风力发电机10进行制动，此时风力发电机10恢复正常工作状态；具体过程为：当风力减小时，风帆110所受的风力减小；此时，自由滑块140在传动复位弹簧150的弹性力作用下向远离传动复位弹簧150的方向复位；此时，阶梯式引导槽141靠近传动复位弹簧150的一端到达位移感应端221的球头222处并与球头222配合；此时，V型传动件220转动复位，并使得V型传动件220的制动锁扣端223再次勾住制动解锁件340的锁扣配合端341，从而使得制动解锁件340的联动锁扣端342与制动棘轮310的棘槽311分离；在此状态下，制动棘轮310与制动盘320动力分离；制动棘轮310在传动连杆410的作用下继续保持转动，制动盘320在制动碟330的滑动摩擦力作用下逐渐减速并最终停止转动；
本发明的基于风力制动机构的风力发电机10，在风力从超过预设的超负荷极限值减小至低于预设的超负荷极限值时，其风力制动机构60能瞬间从制动状态切换至休眠状态，使风力发电机10保持实时、稳定、持续的发电；
且，本发明的基于风力制动机构的风力发电机10，在风速反复在预设的超负荷极限值附近拨动时，风力制动机构60能实时跟随风力的大小在制动状态和休眠状态之间反复切换；从而对风力发电机10进行实时的、可靠的保护。
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)

1.一种基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，包括：支撑架、发电机构、风力传动机构、风叶及风力制动机构；所述发电机构设置在所述支撑架上，且所述发电机构与所述风力传动机构驱动连接；所述风力传动机构与所述风叶驱动连接，所述风力制动机构与所述风力传动机构连接；
所述风力制动机构包括：风力感应组件、制动解锁组件及风力制动组件，所述风力感应组件与所述制动解锁组件连接，所述制动解锁组件与所述风力制动组件接触或分离，所述风力制动组件与所述风力传动机构连接。
2.根据权利要求1所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述风力感应组件包括：风帆、自由连杆、引导基座、自由滑块及传动复位弹簧；所述风帆通过所述自由连杆与所述自由滑块连接；所述引导基座设置在所述支撑架上，且所述自由滑块滑动设置在所述引导基座上；所述传动复位弹簧的一端与所述自由滑块连接，另一端与所述引导基座连接；
所述制动解锁组件包括支撑连杆及V型传动件，所述支撑连杆设置在所述支撑架上，所述V型传动件转动套设在所述支撑连杆上；所述V型传动件具有位移感应端，所述自由滑块开设有阶梯式引导槽，所述位移感应端滑动卡接于所述阶梯式引导槽；
所述风力制动组件包括：制动棘轮、制动盘、制动碟及制动解锁件，所述风力传动机构包括传动连杆；所述制动棘轮与所述传动连杆驱动连接，所述制动盘活动套接在所述传动连杆上；所述制动碟设置在所述支撑架上，且所述制动碟夹设在所述制动盘的外壁；所述制动解锁件转动设置在所述制动盘上，所述V型传动件还具有制动锁扣端，所述制动解锁件与所述制动锁扣端锁扣或与所述制动棘轮锁扣。
3.根据权利要求2所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述风力制动组件还包括限位弹片，所述限位弹片设置在所述制动盘上且抵持于所述制动解锁件，以使得所述制动解锁件具有与所述制动棘轮锁扣的趋势。
4.根据权利要求3所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，还包括防护壳体，所述防护壳体设置在所述支撑架上，所述防护壳体具有收容腔，所述风力传动机构及所述发电机构收容在所述收容腔中；所述风力制动机构部分收容于所述收容腔中。
5.根据权利要求4所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述引导基座设置在所述收容腔的内壁。
6.根据权利要求4所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述风帆设置在所述收容腔外；所述自由连杆的一端与所述风帆连接，另一端伸入所述收容腔内并与所述自由滑块连接。
7.根据权利要求4所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述支撑连杆与所述收容腔的内壁连接。
8.根据权利要求3所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述制动解锁件具有锁扣配合端及联动锁扣端，所述锁扣配合端与所述制动锁扣端锁扣或分离；所述联动锁扣端与所述制动棘轮锁扣或分离。
9.根据权利要求8所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述联动锁扣端具有勾子，所述勾子与所述制动棘轮的棘槽锁扣或分离。
10.根据权利要求8所述的基于风力制动机构的风力发电机，其特征在于，所述引导基座开设有线性引导槽，所述自由滑块沿所述线性引导槽滑动设置。
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