CN113074088B - 一种小型风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型风力发电机，包括：风机、电机、机箱、回转体和立杆；本发明采用主动锥形齿轮和从动锥形齿轮将风机的转矩传动到电机上，以此进行发电，而两个锥形齿轮具有一定的变速比，以此可以提高电机的转子转速，从而即便在低风速情况下，风机的风轮叶片转速低，但通过两个锥形齿轮增加电机的转子转速，也保证电机在微风状态下的发电效率；本发明通过优化各部件的结构设置，将电机的整体重量在立杆中心附近，因此风机整体可以达到较好的平衡状态，同时优化尾舵的安装位置，从而可以减少发电机整体尺寸、并减少重量，且尾舵采用新的连接方式，与安装座连接，简化连接方式，方便后期的调整、维护。

Description

一种小型风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，具体涉及一种小型风力发电机。

背景技术

在目前风能行业中，小型风力发电设备，发展迅猛。

常见的小型风力发电机主要由导流罩、风轮叶片、叶片安装座、发电机、外壳、回转体和尾舵等组成；该风力发电机的工作原理是：当有风吹动的时候，风作用在叶片上，推动风轮叶片转动。叶片安装座与发电机的转动轴直接连接，也就是说，风轮叶片直接驱动发电机转子，进行发电。

但现有的小型风力发电机存在以下问题：

1、大部分的小型风力发电机，风轮叶片与电机转子轴直接连接安装，为直驱型的电动机，该布置形式的发电机在启动的时候，会存在比较大的内部阻力，例如摩擦阻力、电磁阻力等，导致风力发电机的启动风速要求提高，从而导致了风力发电机的输出功率降低，并导致发电量减小。

2、发电机的发电量与导线切割磁导线的频率有关，如果风速高，风轮转速也高，从而可以使得发电机的转子转速提高，最终使得发电量增加。但是直驱形式的风力发电机，风轮转速会直接影响到发电机转子的转速，经常出现风机设计不合理，从而使得输出功率下降的情况，如风轮叶片设计偏大，会使得风轮转速下降，从而使得发电机转子转速也会随之下降，并以此影响输出功率以及发电量。

3、现有的小型风力发电机，其转向偏航系统都是比较简单的结构，通过回转体和尾舵在风向改变的时候来转动风力发电机，从而使风轮叶片与风向保持垂直，以便获得最大的风功率。而现有技术中，在布置回转体位置的时候，回转体的旋转中心轴线需要落在风力发电机的重心上。因此，风力的大部分重量会在风轮叶片以及发电机上，所以为了平衡风力发电机的整体重量，尾舵需要增加重量、或增大尾舵的尺寸。但是这样的设计，会使风力发电机的整体重量上升，增加成本以及增加风力发电机的安装难度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种小型风力发电机，以达到优化结构、并提高输出效率的目的。

本发明采用的技术方案为：一种小型风力发电机，包括：风机、电机、机箱、回转体和立杆；所述回转体安装在所述立杆的上端，且能绕立杆的中心线转动；所述机箱安装在所述回转体上，所述电机安装在所述机箱的上部，所述风机安装在所述机箱侧边；

在所述风机上设置有主动锥形齿轮，在所述电机的主轴上设置有从动锥形齿轮；所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿轮啮合连接，且所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿均位于所述机箱内；

在所述风机远离机箱的一侧上设置有尾舵。

进一步的，所述风机包括连接轴、安装座和风轮叶片；所述连接轴水平且可转动地安装在所述机箱上，所述连接轴的一端位于机箱外部；所述安装座安装在所述连接轴位于机箱外部的一端上，所述主动锥形齿轮安装在所述连接轴位于机箱内部的一端上；所述风轮叶片安装在所述安装座上；所述尾舵安装在所述安装座上。

进一步的，在所述安装座的中间位置处设置有安装孔；在所述连接轴上设置有螺纹孔；在所述安装孔上设置有螺丝，并将所述螺丝穿入所述螺纹孔，以实现安装座和连接轴的连接。

进一步的，在所述安装座上设置有连接机构；所述连接机构包括连接块和支撑轴；所述连接块固定安装在所述安装座上，所述支撑轴的一端通过轴承安装在所述连接块内部，所述支撑轴的另一端位于延伸至连接块的外部；所述尾舵固定安装在所述支撑轴位于连接块外部的一端上。

进一步的，在所述支撑轴上设置有用于安装尾舵的调节机构；所述调节机构包括固定块、螺栓和限位杆；所述固定块固定安装在所述支撑轴的下部，所述螺栓竖直穿过所述固定块上的孔位并与所述尾舵螺纹连接；所述限位杆的一端与所述支撑轴的上部连接，另一端倾斜延伸至所述尾舵的上部并与所述尾舵可拆卸连接。

进一步的，在所述电机上设置有风罩。

进一步的，所述回转体包括主壳、转动轴承和转动块；所述转动轴承安装在所述主壳内部，所述转动块的上端套设在所述转动轴承的内径处，所述转动块的下端位于主壳外部并与所述立杆固定连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用主动锥形齿轮和从动锥形齿轮将风机的转矩传动到电机上，以此进行发电，而两个锥形齿轮具有一定的变速比，以此可以提高电机的转子转速，从而即便在低风速情况下，风机的风轮叶片转速低，但通过两个锥形齿轮增加电机的转子转速，也可保证电机在微风状态下的发电效率。

2、本发明通过优化各部件的结构设置，将电机的整体重量在立杆中心附近，因此风机整体可以达到较好的平衡状态，同时优化尾舵的安装位置，从而可以减少发电机整体尺寸、并减少重量，且尾舵采用新的连接方式，与安装座连接，简化连接方式，方便后期的调整、维护。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图；

图2是本发明一实施例风机与电机的连接示意图；

图3是本发明一实施例连接机构和调节机构的结构示意图；

图4是本发明一实施例回转体的结构示意图。

其中，1、风轮叶片； 2、安装座； 3、电机； 4、风罩； 5、机箱； 6、回转体； 61、主壳；62、转动轴承； 63、转动块； 7、立杆； 8、连接轴； 9、连接机构； 91、连接块； 92、支撑轴；10、调节机构； 101、固定块； 102、螺栓； 103、限位杆； 11、尾舵； 12、主轴； 13、定子散热片； 14、从动锥形齿轮； 15、主动锥形齿轮； 16、安装孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。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例。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“第二”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第二特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第二和第二特征直接接触，也可以包括第二和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第二特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第二特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第二特征水平高度高于第二特征。第二特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第二特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第二特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图实施例对本发明进一步说明。

如图1-4所示，本发明提供了一种小型风力发电机，包括：风机、电机3、机箱5、回转体6和立杆7；所述回转体6安装在所述立杆7的上端，且能绕立杆7的中心线转动；所述机箱5安装在所述回转体6上，所述电机3安装在所述机箱5的上部，所述风机安装在所述机箱5侧边；通过回转体6的转动，从而使机箱5转动，并以此改变风机的朝向；

在所述风机上设置有主动锥形齿轮15，在所述电机3的主轴12上设置有从动锥形齿轮14；所述主动锥形齿轮15和所述从动锥形齿轮14啮合连接，且所述主动锥形齿轮15和所述从动锥形齿均位于所述机箱5内；其中，主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14呈九十度角 设计，以此优化安装结构，节约安装空间；通过主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14将风机的 转矩传递给电机3，从而进行发电，其中，主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14具有一定转速 比，以此将风机的转速在经过主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14后，可进行提速，从而使电 机3获得较大的转速，以此保证即便在低风速情况下，也能保证电机3的发电效率；

在所述风机上设置有尾舵11，尾舵11的延伸方向与风机的风轮叶片1转动方向垂 直，尾舵11设置在风机远离机箱5的一侧，且远离电机3，以此优化尾舵11的安装位置，从而 可以减少发电机3整体尺寸、并减少重量，且尾舵11采用新的连接方式，与安装座2连接，简 化连接方式，方便后期的调整、维护；其中，在风向改变的时候，便会使尾舵11受力，从而使 得回转体6发生转动，以此改变风机的朝向，使其可以一直朝向风向。

进一步的，所述风机包括连接轴8、安装座2和风轮叶片1；所述连接轴8水平且可转动地安装在所述机箱5上，可采用轴承将连接轴8安装在机箱5上，所述连接轴8的一端向机箱5外延伸并位于机箱5外部；所述安装座2安装在所述连接轴8位于机箱5外部的一端上，所述主动锥形齿轮15安装在所述连接轴8位于机箱5内部的一端上；所述风轮叶片1安装在所述安装座2上；所述尾舵11安装在所述安装座2上；其中，风轮叶片1是安装在安装座2上，而 不是一体式的叶片，该设计目的是，分体式的叶片设计，可以降低叶片总长，方便叶片的生 产、运输和安装。而风轮叶片1通过安装座2连接，也可以达到一体式叶片的性能，因此该设 计有利于降低成本。

进一步的，在所述安装座2的中间位置处设置有安装孔16；在所述连接轴8上设置有螺纹孔；在所述安装孔16上设置有螺丝，并将所述螺丝穿入所述螺纹孔，以实现安装座2和连接轴8的连接。

进一步的，在所述安装座2上设置有连接机构9；所述连接机构9包括连接块91和支撑轴92；所述连接块91固定安装在所述安装座2上，所述支撑轴92的一端通过轴承安装在所述连接块91内部，所述支撑轴92的另一端位于延伸至连接块91的外部；所述尾舵11固定安装在所述支撑轴92位于连接块91外部的一端上；其中，连接块91为阶梯柱体结构，通过轴承 将支撑轴92安装连接块在91上，使得风机在转动的时候，连接块91可以跟着一起转动，而使 得支撑轴92静止不动，以此让支撑轴92上的尾舵11也静止不同，从而保证尾舵11不受风机 转动影响，让尾舵11一直保持安装状态，且尾舵11上的尾翼一直处于竖直状态，从而保证风 向调节效果。

进一步的，在所述支撑轴92上设置有用于安装尾舵11的调节机构10；所述调节机构10包括固定块101、螺栓102和限位杆103；所述固定块101固定安装在所述支撑轴92的下部，所述螺栓102竖直穿过所述固定块101上的孔位并与所述尾舵11螺纹连接；所述限位杆103的一端与所述支撑轴92的上部连接，另一端倾斜延伸至所述尾舵11的上部并与所述尾舵11可拆卸连接；其中，螺栓102可以设置多个，以在多个点位与尾舵11连接，从而保证连接 稳定，通过螺栓102实现连接机构9与尾舵11的初步固定，然后通过限位杆103对连接机构9 与尾舵11进一步进行固定，从而保证两者之间的稳定连接，且安装后，限位杆103、尾舵11、 螺栓102和连接机构9之间，可组成一个类似三角形结构（参见图1），以此提高连接的稳定 性。

进一步的，在所述电机3上设置有风罩4，风罩4用于对电机3进行防护；还可在电机3上设置有定子散热片13，以对风机内部进行散热。

进一步的，所述回转体6包括主壳61、转动轴承62和转动块63；所述转动轴承62安装在所述主壳61内部，所述转动块63的上端套设在所述转动轴承62的内径处，所述转动块63的下端位于主壳61外部并与所述立杆7固定连接；其中，通过轴承可使主壳61在立杆7上转动，以此让尾舵11在风向改变而受力的情况下，使主壳61发生转动，从而调节风机的朝向。

本发明中，通过主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14的传动以及提速，在风速达到1.5m/s的时候，风轮叶片1便能够启动，以此开始转动，便实现发电，并以此解决小型风力发电机3风轮直径小，风轮叶片1输出的功率小的问题；且本发明中，风轮叶片1设计直径的尺寸在5500mm到8500mm之间，以此风轮叶片1可以获得比较大的风功率，转速也在比较合适的范围。

本发明中，锥形齿轮的安装方案有多个选择形式，其中为了减少齿轮占用的空间，考虑发电机3的布置位置，因此选择将两个锥形齿轮（主动锥形齿轮15和从动锥形齿轮14）呈九十度角设置，其中，两个锥形齿轮的优选的变速比可以设计为1:6，因此可以达到电机3转子增速的作用，使得风力发电机3在低风速情况下，风轮叶片1转速低，但通过锥形齿轮增加电机3转子的转速，从而保证电机3在微风状态下的发电效率。

此外，电机3安装在机箱5的外部，采用垂直布置的形式，该布置形式的优点是：1、独立于机箱5外部，电机3的定子、转子直径尺寸可以增大，增加发电量，而不会影响到风力发电机3的结构尺寸；2、水平布置的发电机3，在设计发电机3尺寸位置的时候，可以更加方便的将发电机3布置于风力发电机3的重心附近，优化风力发电机3整体重量配置，使得风力发电机3的结构设计更加的紧凑，也有利于后期尺寸的更改。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (4)

1.一种小型风力发电机，其特征在于，包括：风机、电机、机箱、回转体和立杆；所述回转体安装在所述立杆的上端，且能绕立杆的中心线转动；所述机箱安装在所述回转体上，所述电机安装在所述机箱的上部，所述风机安装在所述机箱侧边；

在所述风机上设置有主动锥形齿轮，在所述电机的主轴上设置有从动锥形齿轮；所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿轮啮合连接，且所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿均位于所述机箱内；

在所述风机远离机箱的一侧上设置有尾舵；

所述风机包括连接轴、安装座和风轮叶片；所述连接轴水平且可转动地安装在所述机箱上，所述连接轴的一端位于机箱外部；所述安装座安装在所述连接轴位于机箱外部的一端上，所述主动锥形齿轮安装在所述连接轴位于机箱内部的一端上；所述风轮叶片安装在所述安装座上；所述尾舵安装在所述安装座上；

在所述安装座上设置有连接机构；所述连接机构包括连接块和支撑轴；所述连接块固定安装在所述安装座上，所述支撑轴的一端通过轴承安装在所述连接块内部，所述支撑轴的另一端位于延伸至连接块的外部；所述尾舵固定安装在所述支撑轴位于连接块外部的一端上；连接块为阶梯柱体结构，通过轴承将支撑轴安装在连接块上；

在所述支撑轴上设置有用于安装尾舵的调节机构；所述调节机构包括固定块、螺栓和限位杆；所述固定块固定安装在所述支撑轴的下部，所述螺栓竖直穿过所述固定块上的孔位并与所述尾舵螺纹连接；所述限位杆的一端与所述支撑轴的上部连接，另一端倾斜延伸至所述尾舵的上部并与所述尾舵可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的小型风力发电机，其特征在于：在所述安装座的中间位置处设置有安装孔；在所述连接轴上设置有螺纹孔；在所述安装孔上设置有螺丝，并将所述螺丝穿入所述螺纹孔，以实现安装座和连接轴的连接。

3.根据权利要求1所述的小型风力发电机，其特征在于：在所述电机上设置有风罩。

4.根据权利要求1所述的小型风力发电机，其特征在于：所述回转体包括主壳、转动轴承和转动块；所述转动轴承安装在所述主壳内部，所述转动块的上端套设在所述转动轴承的内径处，所述转动块的下端位于主壳外部并与所述立杆固定连接。

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