CN113279914B - 一种同步双风轮风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步双风轮风力发电机，所述风力发电机包括立杆，所述立杆的顶部通过回转体连接有机箱，所述机箱内设置有沿机箱长度方向延伸的风机主轴，所述风机主轴的一端穿过机箱的第一轴承连接有第一风轮，所述风机主轴的另一端穿过机箱的第二轴承连接有第二风轮，所述第一风轮的一侧连接有尾舵偏航总成，所述机箱的外顶部设置有发电机，所述发电机的输出轴末端穿过机箱的第三轴承进入机箱内部并通过变速齿轮组与所述风机主轴连接。本发明通过设置第一风轮和第二风轮同时连接一条风机主轴，可以增加风轮输入的功率，能够提高在低风速下的发电量，同时两组风轮分别在机箱的两侧，这样有利于设备整体的重量配比，让风力发电机运行起来更加稳定。

Description

一种同步双风轮风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种同步双风轮风力发电机。

背景技术

目前社会对能源物质需求日益增加而储量却在日益减少，环境严重污染已经成为人类必须共同面对的重大难题。近年来，由于风能、太阳能、生物能、水能、潮汐能等绿色能源不仅可以重复循环利用而且储量巨大，对环境的影响也非常小，因此有必要开发利用可再生绿色能源物质以解决能源紧缺和环境污染的问题。随着社会生产力的快速发展以及环境和形势的逼迫，可再生能源必将成为未来的主要能源，其中风能和太阳能是最典型的可再生能源，首先，风能和太阳能都是清洁和环保的能源，其开发利用对环境的影响最小，其次，风能的存储量是非常巨大的，再者，风能和太阳能都是无处不在的，因此，目前风能和太阳能发展速度最快，产业前景也最好。

但是现有的风力发电机普遍存在以下问题：风轮叶片与发电机转子轴直接连接安装，该安装形式的风力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，并且在低风速时，风力发电机的发电效率低下。

发明内容

本发明的目的在于至少解决上述提出的问题之一，为实现本发明的目的，采用以下技术方案实现：

一种同步双风轮风力发电机，所述风力发电机包括立杆，所述立杆的顶部通过回转体连接有机箱，所述机箱内设置有沿机箱长度方向延伸的风机主轴，所述风机主轴的一端穿过机箱的第一轴承连接有第一风轮，所述风机主轴的另一端穿过机箱的第二轴承连接有第二风轮，所述第一风轮和第二风轮的迎风面朝向一致，所述第一风轮的一侧连接有尾舵偏航总成，所述机箱的外顶部设置有发电机，所述发电机的输出轴末端穿过机箱的第三轴承进入机箱内部并通过变速齿轮组与所述风机主轴连接。

进一步的改进在于，所述发电机为盘式无铁芯永磁发电机，所述盘式无铁芯永磁发电机包括定子部分和转子部分，所述盘式无铁芯永磁发电机外部设置有散热外壳。

进一步的改进在于，所述变速齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述发电机的输出轴末端连接有第一齿轮，所述风机主轴上连接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合连接，所述第二齿轮的齿数大于第一齿轮的齿数。

进一步的改进在于，所述第一齿轮与第二齿轮之间的齿数比为1:5。

进一步的改进在于，所述第一风轮和第二风轮均包括叶片和叶片安装法兰，所述叶片安装法兰与风机主轴固定连接，所述叶片与叶片安装法兰固定连接。

进一步的改进在于，所述第一风轮和第二风轮的叶片数量均为两片，两片叶片的中心线延长线重合，所述第一风轮的两片叶片所形成的中心线与第二风轮的两片叶片所形成的中心线之间相互垂直。

进一步的改进在于，所述尾舵偏航总成包括尾舵安装法兰和尾舵，所述尾舵安装法兰与叶片安装法兰固定连接，所述尾舵通过第四轴承与尾舵安装法兰活动连接。

进一步的改进在于，所述尾舵包括连接机构、防震斜拉调节机构以及尾舵机构；

所述连接机构包括第一连接件，所述第一连接件的一端通过第四轴承与尾舵安装法兰活动连接；

所述尾舵机构包括尾杆和安装于所述尾杆底表面一端的尾翼板；

所述防震斜拉调节机构包括可调节部件、斜拉杆以及位于所述第一连接件下方的第二连接件，所述斜拉杆的一端与第一连接件固定连接，所述斜拉杆的另一端与所述尾杆固定连接，所述可调节部件的一端与第一连接件连接，所述可调节部件的另一端与所述第二连接件连接用于调节第一连接件与第二连接件之间的距离，所述第二连接件的一端与所述尾杆的一端活动套接。

进一步的改进在于，所述立杆包括若干段内部中空的伸缩杆，相邻的两段伸缩杆之间活动套接。

进一步的改进在于，每一段伸缩杆上均设置有连接孔，所述连接孔用于配合固定件对相邻的两段伸缩杆进行固定。

本发明的有益效果：

本发明通过设置第一风轮和第二风轮同时连接一条风机主轴，可以增加风轮输入的功率，能够提高在低风速下的发电量，同时两组风轮分别在机箱的两侧，这样更加有利于设备整体的重量配比，让风力发电机运行起来更加稳定。

本发明通过设置变速齿轮组，风轮叶片低转速的情况下，也能提高发电机转子转速，保证发电量，风机主轴连接齿数多的第二齿轮，发电机的输出轴连接齿数少的第一齿轮，在低风速状态下，风轮叶片端可以输出更大的扭矩功率，克服风力发电机的内部阻力，顺利启动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一种同步双风轮风力发电机的整体结构示意图；

图2为本发明一种同步双风轮风力发电机的部分结构剖视图；

图3为本发明一种同步双风轮风力发电机的正视图；

图4为本发明一种同步双风轮风力发电机的尾舵偏航总成结构示意图；

图5为本发明一种同步双风轮风力发电机中相邻两端伸缩杆之间的连接结构示意图。

附图标记说明：

1-叶片安装法兰，2-变速齿轮组，3-第一轴承，4-第一轴承座，5-回转体，6-风机主轴，7-转子，8-立杆，9-定子，10-散热外壳，11-发电机转轴，12-第二轴承，13-第二轴承座,14-发电机，15-机箱，16-叶片，17-第一连接件，18-尾杆，19-尾翼板，20-斜拉杆，21-第二连接件，22-可调节部件，23-尾舵安装法兰，24-第四轴承，25-连接孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此附图仅显示与本发明有关的构成。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“安装在”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。

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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“与”、“和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考附图1、附图2、附图3、附图4、附图5，本发明实施例提出一种同步双风轮风力发电机，包括立杆8，所述立杆8的顶部通过回转体5连接有机箱15，所述机箱15内设置有沿机箱15长度方向延伸的风机主轴6，所述风机主轴6的一端穿过机箱15的第一轴承3连接有第一风轮，所述风机主轴6的另一端穿过机箱15的第二轴承12连接有第二风轮，所述第一风轮和第二风轮的迎风面朝向一致，所述第一风轮的一侧连接有尾舵偏航总成，所述机箱15的外顶部设置有发电机14，所述发电机14的输出轴末端穿过机箱15的第三轴承进入机箱15内部并通过变速齿轮组25与所述风机主轴6连接。

本发明通过设置第一风轮和第二风轮同时连接一条风机主轴6，可以增加风轮输入的功率，能够提高在低风速下的发电量，同时两组风轮分别在机箱15的两侧，这样更加有利于设备整体的重量配比，让风力发电机运行起来更加稳定。

所述发电机14为盘式无铁芯永磁发电机14，所述盘式无铁芯永磁发电机14包括定子9部分、转子7部分、发电机转轴11，所述盘式无铁芯永磁发电机14外部设置有散热外壳10。

由于自然界的风速普遍不会很大，这样的风速驱动风力发电机的叶片转动的转动力矩不会很大，风轮转动的力矩很大部分被用来克服发电机齿槽效应引起的阻力了，这大大降低了风力发电机利用风能的效率。本发明采用盘式无铁芯永磁发电机14的好处是无齿槽效应，消除了传统发电机的齿槽效应，极大地减轻了风轮的转动阻力，发电效率高。

发电机14在运转的过程中，由于线圈具有内阻，因此在风力发电机工作的过程中，会产生热量，若热量无法及时散去，会导致发电机14内部温度升高，出现烧坏发电机14的情况，因此设置具有散热功能的散热外壳10，可以提高发电机14的散热效果，避免发电机14损坏。

所述发电机14成水平布置，且发电机14的输出轴布置于机箱15的顶部中点上，该整体布置有利于风力发电机整体重量的配置，因此回转体5中心线可以布置于机箱15的底部中心点上，有利于维持整个风力发电机运转的平衡。

在本发明的实施例中，风轮叶片直径大小设置为4000mm-8000mm，同时需要适配合适的盘式无铁芯永磁发电机14，因风轮叶片直径较大，因此不适合使用直驱形式的发电机布置形式，因此需要引入变速齿轮组2，风轮叶片16低转速的情况下，也能提高发电机14转子转速，保证发电量。另外，本领域技术人员可以根据实际需要而设置风轮叶片16的直径大小。

所述变速齿轮组2包括第一齿轮和第二齿轮，所述发电机14的输出轴末端连接有第一齿轮，所述风机主轴6上连接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合连接，所述第二齿轮的齿数大于第一齿轮的齿数，所述第一齿轮与第二齿轮之间的齿数比优选为1:5，因此第一风轮和第二风轮的转速与发电机14转子的转速比约为1:5，达到了发电机14转子提高转速的效果，提高发电机14输出电压。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要而设置不同的齿数比，本发明不对此做具体的限定。

本发明通过设置变速齿轮组2，风轮叶片16低转速的情况下，也能提高发电机14转子转速，保证发电量。风机主轴6连接齿数多的第二齿轮，发电机14输出轴连接齿数少的第一齿轮，在低风速状态下，风轮叶片16端可以输出更大的扭矩功率，克服风力发电机的内部阻力，顺利启动。

所述第一风轮和第二风轮均包括叶片16和叶片安装法兰1，所述叶片安装法兰1与风机主轴6固定连接，所述叶片16与叶片安装法兰1固定连接。

所述第一风轮和第二风轮的叶片16数量均为两片，两片叶片16的中心线延长线重合，所述第一风轮的两片叶片16所形成的中心线与第二风轮的两片叶片16所形成的中心线之间相互垂直，当有风吹向叶片16的时候，两组叶轮的叶片16同时被风吹动，由于两组叶轮安装在同一风机主轴6上，因此两组叶轮可以同步转动。

在本发明的一些实施例中，所述尾舵偏航总成包括尾舵安装法兰23和尾舵，所述尾舵安装法兰23与叶片安装法兰1固定连接，所述尾舵通过第四轴承24与尾舵安装法兰23活动连接。

具体地，所述尾舵安装法兰23与叶片安装法兰1直接通过螺栓固定连接，尾舵通过第四轴承24安装在尾舵安装法兰23中，因此可以达到风轮旋转，而尾舵保持垂直的状态效果，当风向发生变化，不与风轮叶片垂直的时候，风力会作用于尾舵上，产生一个旋转力矩，推动风力发电机转向，直到风轮叶片与风向垂直，达到自动调节方向的目的，因为前述已经通过机箱15、第一风轮、第二风轮、发电机14的结构布置使得风力发电机本身重量配备已经调节完毕，因此尾舵的尺寸可以减小，重量减少。

如图4所示，具体地，所述尾舵包括连接机构、防震斜拉调节机构以及尾舵机构；

所述连接机构包括第一连接件17，所述第一连接件17的一端通过第四轴承24与尾舵安装法兰23活动连接；

所述尾舵机构包括尾杆18和安装于所述尾杆18底表面一端的尾翼板19；

所述防震斜拉调节机构包括可调节部件22、斜拉杆20以及位于所述第一连接件17下方的第二连接件21，所述斜拉杆20的一端与第一连接件17固定连接，所述斜拉杆20的另一端与所述尾杆18固定连接，所述可调节部件22的一端与第一连接件17连接，所述可调节部件22的另一端与所述第二连接件21连接用于调节第一连接件17与第二连接件21之间的距离，所述第二连接件21的一端与所述尾杆18的一端活动套接。

具体地，在本发明实施例中，所述尾杆18的一端设置有空腔，所述第二连接件21的一端套接进所述尾杆18的空腔中且与空腔大小相匹配。通过第二连接件21与所述尾杆18之间采用空腔套接的方式，便于第二连接件21与所述尾杆18之间的安装和拆卸，同时可以便于调节和保证连接的稳定性。

具体地，在本发明实施例中，所述可调节部件22优选为调节螺栓。当然，本实施例中的可调节部件22不仅限于调节螺栓，其它的可调节部件22只要能实现方便调节第一连接件17与第二连接件21之间的距离即可。

具体地，在本发明实施例中，所述尾翼板19采用玻璃钢板切割成型。通过采用玻璃钢板切割成型，可以达到了更好的切割效率。

具体地，在本发明实施例中，所述第二连接件21与尾杆18均采用玻璃钢板材料制作而成。通过采用玻璃钢板材料制作，能有效的提高第二连接件21和尾杆18的耐腐蚀效果。

本发明通过第二连接件21与尾杆18的空腔活动套接，从而实现第一连接件21与尾杆18之间的初步固定，然后通过斜拉杆20的一端与第一连接件17连接，另一端与尾杆18连接，实现对第一连接件17与尾杆18之间的进一步固定，从而保证两者之间的稳定连接，且安装后，斜拉杆20、尾杆18、调节螺栓、第二连接件21和第一连接件17之间，可组成一个类似三角形结构，以此提高连接的稳定性。当尾杆18运行时，可根据实际需要通过控制调节螺栓来调节第一连接件17与第二连接件21之间的距离从而对尾杆18进行调节，从而进一步实现对斜拉杆20的绷紧度进行调节，能有效的提高斜拉杆20的抗疲劳强度，避免了尾舵容易出现断裂的问题。

如图5所示，在本发明的一些实施例中，所述立杆8包括若干段内部中空的伸缩杆，相邻的两段伸缩杆之间活动套接，每一段伸缩杆上均设置有连接孔25，所述连接孔25用于配合固定件对相邻的两段伸缩杆进行固定。

具体地，在本实施例中，所述固定件为螺栓，所述伸缩杆的数量为五段。

为了让风力发电机获得较好的发电效率，一般安装的立杆8高度都超过了15m，过长的立杆8不利于运输、安装，因此需要采取一种新型的杆件结构设计，由若干段内部中空的伸缩杆组成立杆8，便于运输安装，可以缩小立杆8运输时的占用空间，不必借用大型运输工，可降低风力发电机及其设备运输成本，而且拆装简单，不必专业人员也可安装、拆卸设备，提高了风力发电机的可移动性。

在本发明的另外一些实施例中，还对风机主轴6的结构进行了改进，所述风机主轴6包括外层、中间层和实心层，三层结构由不同的材料构成，其中，所述外层为金属结构层，所述中间层为高分子轻型复合材料层，所述实心层为用于提高风机主轴6的抗弯性能的防腐松木，所述中间层的外表面与所述外层的内表面贴合在一起，所述实心层的外表面与所述中间层的内表面贴合在一起。

玻璃钢复合材料性能与钢材相当，而重量只有钢材的1/5，因此可以提高钢管的整体强度性能，而重量不会增加太多，实心层采用防腐松木，可以提高风机主轴6的抗弯性能，也可以防止风机主轴6松动和轴向偏移。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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。

Claims (8)

1.一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括立杆，所述立杆的顶部通过回转体连接有机箱，所述机箱内设置有沿机箱长度方向延伸的风机主轴，所述风机主轴的一端穿过机箱的第一轴承连接有第一风轮，所述风机主轴的另一端穿过机箱的第二轴承连接有第二风轮，所述第一风轮和第二风轮的迎风面朝向一致，所述第一风轮的一侧连接有尾舵偏航总成，所述机箱的外顶部设置有发电机，所述发电机的输出轴末端穿过机箱的第三轴承进入机箱内部并通过变速齿轮组与所述风机主轴连接；

所述尾舵偏航总成包括尾舵安装法兰和尾舵，所述尾舵安装法兰与叶片安装法兰固定连接，所述尾舵通过第四轴承与尾舵安装法兰活动连接；

所述尾舵包括连接机构、防震斜拉调节机构以及尾舵机构；

所述连接机构包括第一连接件，所述第一连接件的一端通过第四轴承与尾舵安装法兰活动连接；

所述尾舵机构包括尾杆和安装于所述尾杆底表面一端的尾翼板；

所述防震斜拉调节机构包括可调节部件、斜拉杆以及位于所述第一连接件下方的第二连接件，所述斜拉杆的一端与第一连接件固定连接，所述斜拉杆的另一端与所述尾杆固定连接，所述可调节部件的一端与第一连接件连接，所述可调节部件的另一端与所述第二连接件连接用于调节第一连接件与第二连接件之间的距离，所述第二连接件的一端与所述尾杆的一端活动套接；

通过调节第一连接件与第二连接件之间的距离从而对尾杆进行调节，从而进一步实现对斜拉杆的绷紧度进行调节，有效的提高斜拉杆的抗疲劳强度；

所述风机主轴包括外层、中间层和实心层，三层结构由不同的材料构成，其中，所述外层为金属结构层，所述中间层为高分子轻型复合材料层，所述实心层为用于提高风机主轴的抗弯性能的防腐松木，所述中间层的外表面与所述外层的内表面贴合在一起，所述实心层的外表面与所述中间层的内表面贴合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述发电机为盘式无铁芯永磁发电机，所述盘式无铁芯永磁发电机包括定子部分和转子部分，所述盘式无铁芯永磁发电机外部设置有散热外壳。

3.根据权利要求1所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述变速齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述发电机的输出轴末端连接有第一齿轮，所述风机主轴上连接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合连接，所述第二齿轮的齿数大于第一齿轮的齿数。

4.根据权利要求3所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述第一齿轮与第二齿轮之间的齿数比为1:5。

5.根据权利要求1所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述第一风轮和第二风轮均包括叶片和叶片安装法兰，所述叶片安装法兰与风机主轴固定连接，所述叶片与叶片安装法兰固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述第一风轮和第二风轮的叶片数量均为两片，两片叶片的中心线延长线重合，所述第一风轮的两片叶片所形成的中心线与第二风轮的两片叶片所形成的中心线之间相互垂直。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，所述立杆包括若干段内部中空的伸缩杆，相邻的两段伸缩杆之间活动套接。

8.根据权利要求7所述的一种同步双风轮风力发电机，其特征在于，每一段伸缩杆上均设置连接孔，所述连接孔用于配合固定件对相邻的两段伸缩杆进行固定。

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