CN114017252B - 一种悬挂式风力发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬挂式风力发电装置及方法，包括：吊具，吊具上自上而下依次设有发电机构、水平风轮单元和垂直风轮单元；发电机构与水平风轮单元之间通过第一传动机构连接，所述第一传动机构包括第一调节轴，第一调节轴与水平风轮单元连接，第一调节轴用于调节水平风轮单元的工作状态；发电机构与垂直风轮单元之间通过第二传动机构连接，所述第二传动机构包括第二调节轴，第二调节轴与垂直风轮单元连接，调节轴用于调节垂直风轮单元的工作状态；由于制动过程是采用相对的风力进行抵消式制动不会产生多余摩擦热，避免了传统制动方式的机械磨损。

Description

一种悬挂式风力发电装置及方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种悬挂式风力发电装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着人类对电力的要求，风力发电技术变得越来越受到人们的关注，然而，风力发电技术的发展也有很好的前途，风能是取之不尽、用之不竭、洁净无污染的可再生能源，风力发电是可再生能源领域中除了水能外技术最成熟、最具规模开发条件和商业发展前景的发电方式之一，发展风力发电对于调整能源结构、减轻环境污染、解决能源危机方向具有非常重要的意义。

1500千瓦风机的启动转速是每秒3米，风速到12.5米每秒食宿就满发电量了，到了25米每秒的时候就要停机，不然会对及其造成重大破坏。风力发电在部分区域的应用等效满发电小时数为2400个小时，大约占全年总小时数的27％，但风力较大的时候，如果变电站压力过大，电网方面就会通知风力发电站工作人员“限电”，风力发电机接到工作人员的关机指令后，会先靠桨叶的变化减慢转速，然后机械刹车，如果用户消耗电能加大，或者风力减小，电网会通知风力发电站恢复部分发电机运行，这就会造成风力发电需要风力发电站的工作人员实施根据产生与需求端匹配进行控制投入运行的风力发电机数量或功率，这种频繁的启停或机械制动会加剧风力发电机的内部磨损，降低使用寿命，需要频繁性维护，不利于风力发电机的长时间可靠有效的运行，目前，风力发电机因需求端和发电量的不匹配造成的机器频繁启停或机械制动，以至于降低了风力发电机的使用周期和寿命问题是需要解决的难题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种悬挂式风力发电装置及方法，避免了传统制动方式的机械磨损，解决了目前风力发电机因需求端和发电量的不匹配造成的机器频繁启停或机械制动，以至于降低了风力发电机的使用周期和寿命问题。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种悬挂式风力发电装置，包括：吊具，吊具上自上而下依次设有发电机构、水平风轮单元和垂直风轮单元；发电机构与水平风轮单元之间通过第一传动机构连接，所述第一传动机构包括第一调节轴，第一调节轴与水平风轮单元连接，第一调节轴用于调节水平风轮单元的工作状态；发电机构与垂直风轮单元之间通过第二传动机构连接，所述第二传动机构包括第二调节轴，第二调节轴与垂直风轮单元连接，调节轴用于调节垂直风轮单元的工作状态。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的悬挂式风力发电装置的工作方法，包括：

通过水平风力单元接收风力产生转动力，并通过第一传动机构将转动力传输至发电机构进行发电；

当在风力需求端不足时，垂直风轮单元保持与风力在同一轴线，使得垂直风轮的叶片正转，通过第二传动机构带动旋转轴正转，可辅助水平风力单元的风轮转轴进行风力发电；

当风力发电量过大时，利用第二调节轴将垂直风轮单元调整设定角度，使得垂直风轮单元与风力处于一定倾角，使得垂直风轮的叶片正向转动受阻，第二传动机构对旋转轴施加正转的反作用力，旋转轴可对水平风力单元的风轮转轴进行降速制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过水平风力单元接收风力产生转动力，并通过第一传动机构将转动力传输至发电机构进行发电；当在风力需求端不足时，垂直风轮单元保持与风力在同一轴线，使得垂直风轮的叶片正转，通过第二传动机构带动旋转轴正转，可辅助水平风力单元的风轮转轴进行风力发电；当风力发电量过大时，利用第二调节轴将垂直风轮单元调整设定角度，使得垂直风轮单元与风力处于一定倾角，使得垂直风轮的叶片正向转动受阻，第二传动机构对旋转轴施加正转的反作用力，旋转轴可对水平风力单元的风轮转轴进行降速制动，这种制动力随着角度增大而增大，且该制动力会随角度改变逐渐增加制动力度，此过程中并不会对转轴造成损伤，由于制动过程是采用相对的风力进行抵消式制动不会产生多余摩擦热，避免了传统制动方式的机械磨损，解决了目前风力发电机因需求端和发电量的不匹配造成的机器频繁启停或机械制动，以至于降低了风力发电机的使用周期和寿命问题。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的悬挂式风力发电装置的主视图；

图2为本发明的悬挂式风力发电装置的侧视图；

其中，1、第一调节轴；2、吊具；3、水平风轮单元；4、垂直风轮单元；5、发电机构；6、第一传动机构；7、第二传动机构；8、垂直风轮；9、第二调节轴。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

本实施例提供了一种悬挂式风力发电装置，吊具2，吊具2上自上而下依次设有发电机构5、水平风轮单元3和垂直风轮单元4；发电机构5与水平风轮单元3之间通过第一传动机构6连接，所述第一传动机构6包括第一调节轴1，第一调节轴1通过吊具2与水平风轮单元3连接，第一调节轴用于调节水平风轮单元3的工作状态；发电机构5与垂直风轮单元4之间通过第二传动机构7连接，所述第二传动机构7包括第二调节轴9，第二调节轴9与垂直风轮单元4连接，调节轴用于调节垂直风轮单元4的工作状态。

作为一种实施方式，所述发电机构包括转盘，在转盘上固定有定盘，定盘通过连接件固定在吊具上，在转盘上绕周向嵌装有多个激励磁体，激励磁体的磁极均同向且沿竖直方向设置，在定盘上绕周向嵌装有多个与激励磁体位置相对应的线圈绕组，所述线圈绕组固定在对应的环形槽内，当转盘转动时，线圈绕组切割磁感线而产生电流进行发电；转盘与第一传动机构的第一传动转轴的一端连接，第一传动转轴的另一端与水平风轮单元连接。

作为一种实施方式，所述水平风轮单元包括水平风轮转轴和绕水平风轮转轴布设的多个风轮毂；所述水平风轮转轴上端部均设有挡板，挡板位于风轮毂上方，在挡板上设有用于穿过水平风轮转轴的通孔，在水平风轮转轴上固定有防脱落板，所述防脱落板位于挡板上方且直径大于通孔直径，从而避免了水平风轮转轴、风轮毂的掉落。所述水平风轮转轴底部转动连接有旋转轴，所述水平风轮转轴的底端的旋转轴通过第二传动机构连接垂直风轮单元。

作为一种实施方式，所述垂直风轮单元包括矩形安装板、矩形安装板上安装有若干个垂直风轮，垂直风轮包括垂直风轮转轴和多个叶片，多个叶片绕垂直风轮转轴布设，垂直风轮的叶片能够带动垂直风轮转轴旋转，垂直风轮转轴通过第二传动机构与水平风轮转轴连接，所述第二传动机构还包括卡接设于垂直风轮转轴上的大齿轮和两个花键、与花键滑动连接的斜齿轮和卡接设于水平风轮转轴末端的斜齿轮。

作为一种实施方式，所述旋转轴与水平风轮转轴配合连接，在风力需求端不足时，垂直风轮单元保持与风力在同一轴线，使得垂直风轮的叶片正转，通过第二传动机构带动旋转轴正转，可辅助风轮转轴进行风力发电，当风力发电量过大时，利用第二调节轴将垂直风轮单元调整设定角度，使得垂直风轮单元与风力处于一定倾角，使得垂直风轮的叶片正向转动受阻，第二传动机构对旋转轴施加正转的反作用力，旋转轴可对风轮转轴进行降速制动；由于垂直风轮单元采用的是矩形板状，安装在矩形板状结构上的叶片在倾斜设定角度后风力从一定倾角进入叶片，叶片会反向转动，进而仅需要调节矩形板状结构的设定角度，角度约为15-40度即可使得叶片受到反向力进行制动，这种制动力随着角度增大而增大，且该制动力会随角度改变逐渐增加制动力度，此过程中并不会对转轴造成损伤，由于制动过程是采用相对的风力进行抵消式制动不会产生多余摩擦热，避免了传统制动方式的机械磨损。

所述第一传动机构还包括多个传动轴，多个传动轴之间通过万向节连接，使得水平风轮单元的水平风轮转轴能够在改变角度后依然可以传递转动至发电机构。同样的，第二传动机构也还包括多个传动轴，多个传动轴之间通过万向节连接，使得垂直风轮单元的垂直风轮转轴能够在改变角度后依然可以传递转动力至水平风轮单元。具体的，第一传动和第二传动机构的转动力传到发电机构的转轴上，可以是好几节的，节与节之间可以由万向节连接。万向节可由十字轴、十字轴承和凸缘叉组成。

实施例二

本发明还提供了一种悬挂式风力发电装置的工作方法，包括

通过水平风力单元接收风力产生转动力，并通过第一传动机构将转动力传输至发电机构进行发电；

当在风力需求端不足时，垂直风轮单元保持与风力在同一轴线，使得垂直风轮的叶片正转，通过第二传动机构带动旋转轴正转，可辅助水平风力单元的风轮转轴进行风力发电；

当风力发电量过大时，利用第二调节轴将垂直风轮单元调整设定角度，使得垂直风轮单元与风力处于一定倾角，使得垂直风轮的叶片正向转动受阻，第二传动机构对旋转轴施加正转的反作用力，旋转轴可对水平风力单元的风轮转轴进行降速制动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种悬挂式风力发电装置，其特征在于，包括：吊具，吊具上自上而下依次设有发电机构、水平风轮单元和垂直风轮单元；发电机构与水平风轮单元之间通过第一传动机构连接，所述第一传动机构包括第一调节轴，第一调节轴与水平风轮单元连接，第一调节轴用于调节水平风轮单元的工作状态；发电机构与垂直风轮单元之间通过第二传动机构连接，所述第二传动机构包括第二调节轴，第二调节轴与垂直风轮单元连接，调节轴用于调节垂直风轮单元的工作状态；

所述水平风轮单元包括水平风轮转轴和绕水平风轮转轴布设的多个风轮毂；

所述水平风轮转轴上端部均设有挡板，挡板位于风轮毂上方，在挡板上设有用于穿过水平风轮转轴的通孔，在水平风轮转轴上固定有防脱落板，所述防脱落板位于挡板上方且直径大于通孔直径；

所述水平风轮转轴底部转动连接有旋转轴，所述水平风轮转轴的底端的旋转轴通过第二传动机构连接垂直风轮单元；

所述第二传动机构包括卡接设于垂直风轮转轴上的大齿轮和两个花键、与花键滑动连接的斜齿轮和卡接设于水平风轮转轴末端的斜齿轮；

所述第一传动机构包括多个传动轴，多个传动轴之间通过万向节连接，使得水平风轮单元的水平风轮转轴能够在改变角度后依然可以传递转动至发电机构。

2.如权利要求1所述的悬挂式风力发电装置，其特征在于，所述垂直风轮单元包括矩形安装板、矩形安装板上安装有若干个垂直风轮，垂直风轮包括垂直风轮转轴和多个叶片，多个叶片绕垂直风轮转轴布设。

3.如权利要求1所述的悬挂式风力发电装置，其特征在于，所述发电机构包括转盘，在转盘上固定有定盘，定盘通过连接件固定在吊具上，在转盘上绕周向嵌装有多个激励磁体，激励磁体的磁极均同向且沿竖直方向设置，在定盘上绕周向嵌装有多个与激励磁体位置相对应的线圈绕组，所述线圈绕组固定在对应的环形槽内，当转盘转动时，线圈绕组切割磁感线而产生电流进行发电。

4.如权利要求3所述的悬挂式风力发电装置，其特征在于，所述转盘与第一传动机构的第一传动转轴的一端连接，第一传动转轴的另一端与水平风轮单元连接。

5.一种如权利要求1-4任一所述的悬挂式风力发电装置的工作方法，其特征在于，包括：

通过水平风力单元接收风力产生转动力，并通过第一传动机构将转动力传输至发电机构进行发电；

当在风力需求端不足时，垂直风轮单元保持与风力在同一轴线，使得垂直风轮的叶片正转，通过第二传动机构带动旋转轴正转，可辅助水平风力单元的风轮转轴进行风力发电；

当风力发电量过大时，利用第二调节轴将垂直风轮单元调整设定角度，使得垂直风轮单元与风力处于一定倾角，使得垂直风轮的叶片正向转动受阻，第二传动机构对旋转轴施加正转的反作用力，旋转轴可对水平风力单元的风轮转轴进行降速制动。