CN114263563A - 一种自动调整迎风角度的风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调整迎风角度的风力发电系统，包括支撑机构、扇叶转动机构、中心轴驱动机构、发电装置、定向机构，所述支撑机构用于将结构进行支撑，所述中心轴驱动机构安装在支撑机构上，所述扇叶转动机构安装在中心轴驱动机构上，所述扇叶转动机构用于将风能转化成动能，所述发电装置用于将风能转化后的动能转化成电能。本发明中板状扇叶通过中心锥齿轮传动保持板状扇叶以相同角速度绕竖直轴进行自转，且板状扇叶在自转的同时绕旋转轴进行公转，使系统形成了以旋转轴为中心的左右两边受风力矩的差异，从而带动旋转轴转动，旋转轴转动通过传动轴传动将旋转轴的动能传输至发电机中进行发电；结构简洁紧凑，能够适应小规模的风力发电。

Description

一种自动调整迎风角度的风力发电系统

技术领域：

本发明涉及风力发电装置技术领域，具体涉及一种自动调整迎风角度的风力发电系统。

背景技术：

风能是一种清洁能源，在能源日益紧张的当今社会，对风能的利用越来越重要。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

现有技术中风力发电装置的一种风机为竖直轴风机，叶片在风力作用下绕竖直布置的旋转轴旋转，此类风机的扇叶为平板状扇叶，其主要受力面为板状扇叶的板面，风流水平吹动垂直布置的扇叶，驱动扇叶转动获得动能；此类风机现有的结构系统中，其扇叶的传动结构复杂，传动不稳定且效率低，且扇叶在旋转轴一侧获得较大迎风面积后转动至旋转轴另一侧时依然具有较大的迎风面积，使得其产生阻力较大，使得其效率不高。

发明内容：

本发明目的是解决上述的技术问题，提供一种自动调整迎风角度的风力发电系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种自动调整迎风角度的风力发电系统，包括支撑机构、扇叶转动机构、中心轴驱动机构、发电装置、定向机构，所述支撑机构用于将结构进行支撑，所述中心轴驱动机构安装在支撑机构上，所述扇叶转动机构安装在中心轴驱动机构上，所述扇叶转动机构用于将风能转化成动能，所述发电装置用于将风能转化后的动能转化成电能。

所述支撑机构包括机架壳体及固定在机架壳体底部的底座；所述机架壳体为中空结构；

所述中心轴驱动机构包括支撑筒、下旋转梁、旋转轴、水平轴，所述支撑筒穿插在机架壳体中且与机架壳体转动连接，所述旋转轴穿插在支撑筒中且与支撑筒转动连接，所述支撑筒外壁上固定连接有中心锥齿轮，所述下旋转梁固定在旋转轴上且多件下旋转梁沿旋转轴圆周等角度间距布置，所述水平轴布置在下旋转梁的底部，且水平轴通过轴承与下旋转梁转动连接，所述水平轴的靠近旋转轴的一端固定连接有第一行星锥齿轮，所述水平轴远离旋转轴的一端固定连接有第二行星锥齿轮，所述第一行星锥齿轮与中心锥齿轮通过齿轮啮合传动；其中，所述扇叶轴锥齿轮通过水平轴两端的齿轮传动且扇叶轴锥齿轮与中心锥齿轮的传动比为1:2；

所述扇叶转动机构包括竖直轴及固定在竖直轴上的板状扇叶，所述竖直轴与旋转轴平行布置，且竖直轴转动连接在下旋转梁上，所述竖直轴的下端固定连接有扇叶轴锥齿轮，所述扇叶轴锥齿轮与第二行星锥齿轮通过齿轮啮合传动；

所述发电装置包括传动轴及发电机，所述传动轴转动连接在底座上且与旋转轴通过齿轮传动，所述传动轴与发电机的输入轴传动连接并将旋转轴的动能传输至发电机中进行发电；

所述定向机构包括方向杆，所述方向杆固定连接在支撑筒上，所述方向杆远离旋转轴一端固定连接有控制方向的舵片，所述舵片的板面方向沿旋转轴径向布置，且通过支撑筒上的中心锥齿轮传动使得下旋转梁在舵片一侧与舵片垂直状态时扇叶与舵片平行，且垂直下旋转梁在舵片另一侧与舵片垂直状态时扇叶与舵片垂直。

所述扇叶轴锥齿轮与中心锥齿轮的传动比为1:2，使得扇叶轴锥齿轮旋转半周时下旋转梁完成旋转1周，使得同一板状扇叶在下旋转梁旋转180°后其板状扇叶旋转90°，保证板状扇叶与风向垂直状态到下旋转梁旋转180°带动板状扇叶位于旋转轴另一侧后板状扇叶状态变成与风向平行，使得旋转轴获得最大扭矩。

进一步的，所述支撑筒的上端固定连接有方向舵支架，所述方向舵支架中部安装有第一轴承，所述旋转轴上设有台阶轴，所述台阶轴位于第一轴承的上端；所述机架壳体的下端内腔中安装有第二轴承，所述旋转轴穿过第一轴承和第二轴承。

进一步的，所述机架壳体的上端安装有方向舵轴承，所述机架壳体的内腔下端安装有舵轴下轴承，所述支撑筒穿插在方向舵轴承与舵轴下轴承中。通过上下布置的方向舵轴承与舵轴下轴承提高支撑筒的支撑力臂，提高结构的稳定性。

进一步的，所述下旋转梁布置有3处。

进一步的，所述旋转轴的上端固定连接有与下旋转梁上下对应设置的上旋转梁，所述板状扇叶位于上旋转梁和下旋转梁之间，所述竖直轴的上端转动连接在上旋转梁上。

进一步的，所述下旋转梁上固定连接有多个第一轴承座，所述第一轴承座上安装有第三轴承，所述第三轴承的轴线与下旋转梁平行布置，所述水平轴通过第三轴承与下旋转梁转动连接。

进一步的，所述竖直轴上固定连接有扇框，所述扇框上固定连接有板状扇叶，所述板状扇叶上开设有U型通槽。当风极大时，扇叶中部就会被风吹开，使得风流从U型通槽撑开的缝隙中流走，保护旋转机构不因超速而导致损坏。

本发明提供的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，具有以下有益效果：本发明中的板状扇叶与竖直轴固定连接，竖直轴通过水平轴及水平轴两端的齿轮啮合使得竖直轴与中心锥齿轮之间的转动按固定传动比进行转动匹配，从而使得不同下旋转梁上的不同板状扇叶通过中心锥齿轮传动保持板状扇叶以相同角速度绕竖直轴进行自转，且板状扇叶在自转的同时绕旋转轴进行公转，使系统形成了以旋转轴为中心的左右两边受风力矩的差异，从而带动旋转轴转动，旋转轴转动通过传动轴传动将旋转轴的动能传输至发电机中进行发电，从而使得风能转化成机械动能进而转化为电能，完成能量转化；结构简洁紧凑，能够适应小规模的风力发电；在能量转化过程中，通过齿轮传动使得扇叶轴锥齿轮旋转半周时下旋转梁完成旋转1周，使得同一板状扇叶在下旋转梁旋转180°后其板状扇叶旋转90°，保证板状扇叶与风向垂直状态到下旋转梁旋转180°带动板状扇叶位于旋转轴另一侧后板状扇叶状态变成与风向平行，使得旋转轴获得最大扭矩，提高风能利用效率；板状扇叶通过风流直接推动，而不是传统的通过空气压差推动，使得传动更加直接高效。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述：

图1为本发明提供的一种自动调整迎风角度的风力发电系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种自动调整迎风角度的风力发电系统中板状扇叶部位结构示意图；

图3为图1中A区域局部结构示意图；

图4为图1中B区域局部结构示意图；

图5为图1中C区域局部结构示意图；

图6为本发明提供的一种自动调整迎风角度的风力发电系统的俯视结构示意图；

图7为本发明提供的一种自动调整迎风角度的风力发电系统的板状扇叶循环旋转示意图；

图8为本发明使用状态下示意图。

图中标号说明：11、机架壳体；111、第二轴承；112、方向舵轴承；113、舵轴下轴承；12、底座；21、支撑筒；211、中心锥齿轮；212、方向舵支架；2121、第一轴承；22、下旋转梁；221、第一轴承座；222、第三轴承；23、旋转轴；231、台阶轴；24、水平轴；241、第一行星锥齿轮；242、第二行星锥齿轮；25、上旋转梁；31、竖直轴；311、扇叶轴锥齿轮；32、板状扇叶；321、U型通槽；33、扇框；41、传动轴；42、发电机；51、方向杆；52、舵片。

具体实施方式：

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚-完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，本发明的实施例中所有方向性指示(诸如上-下-左-右-前-后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系-运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

如图1-8所示，一种自动调整迎风角度的风力发电系统，包括支撑机构、中心轴驱动机构、扇叶转动机构、发电装置、定向机构，

所述支撑机构包括机架壳体11及固定在机架壳体11底部的底座12；所述机架壳体11为中空结构；

所述中心轴驱动机构包括支撑筒21、下旋转梁22、旋转轴23、水平轴24，所述支撑筒21穿插在机架壳体11中且与机架壳体11转动连接，所述旋转轴23穿插在支撑筒21中且与支撑筒21转动连接，所述支撑筒21外壁上固定连接有中心锥齿轮211，所述下旋转梁22固定在旋转轴23上且多件下旋转梁22沿旋转轴23圆周等角度间距布置，所述水平轴24布置在下旋转梁22的底部，且水平轴24通过轴承与下旋转梁22转动连接，所述水平轴24的靠近旋转轴23的一端固定连接有第一行星锥齿轮241，所述水平轴24远离旋转轴23的一端固定连接有第二行星锥齿轮242，所述第一行星锥齿轮241与中心锥齿轮211通过齿轮啮合传动；其中，所述扇叶轴锥齿轮311通过水平轴24两端的齿轮传动且扇叶轴锥齿轮311与中心锥齿轮211的传动比为1:2；

所述扇叶转动机构包括竖直轴31及固定在竖直轴31上的板状扇叶32，所述竖直轴31与旋转轴23平行布置，且竖直轴31转动连接在下旋转梁22上，所述竖直轴31的下端固定连接有扇叶轴锥齿轮311，所述扇叶轴锥齿轮311与第二行星锥齿轮242通过齿轮啮合传动；

所述发电装置包括传动轴41及发电机42，所述传动轴41转动连接在底座12上且与旋转轴23通过齿轮传动，所述传动轴41与发电机42的输入轴传动连接并将旋转轴23的动能传输至发电机42中进行发电；

所述定向机构包括方向杆51、舵片52，所述方向杆51固定连接在支撑筒21上，所述方向杆51远离旋转轴23一端固定连接有控制方向的舵片52，所述舵片52的板面方向沿旋转轴23径向布置，且通过支撑筒21上的中心锥齿轮211传动使得下旋转梁22在舵片52一侧与舵片52垂直状态时扇叶与舵片52平行，且垂直下旋转梁22在舵片52另一侧与舵片52垂直状态时扇叶与舵片52垂直。

采用上述技术方案，所述板状扇叶32与竖直轴31固定连接，竖直轴31通过水平轴24及水平轴24两端的齿轮啮合使得竖直轴31与中心锥齿轮211之间的转动按固定传动比进行转动匹配，从而使得不同下旋转梁22上的不同板状扇叶32通过中心锥齿轮211传动保持相同角速度进行绕竖直轴31自转，且板状扇叶32在自转的同时绕旋转轴23进行公转，带动旋转轴23转动，旋转轴23转动通过传动轴41传动将旋转轴23的动能传输至发电机42中进行发电，从而使得风能转化成机械动能进而转化为电能，完成能量转化；结构简洁紧凑，能够适应小规模的风力发电；在能量转化过程中，通过齿轮传动使得扇叶轴锥齿轮311旋转半周时下旋转梁22完成旋转1周，使得同一板状扇叶32在下旋转梁22绕旋转轴23旋转180°后其板状扇叶32绕竖直轴31旋转90°，保证板状扇叶32与风向垂直状态(如图7中f位)到下旋转梁22旋转180°带动板状扇叶32位于旋转轴23另一侧后板状扇叶32状态变成与风向平行(如图7中e位)，使得旋转轴23获得最大扭矩，提高风能利用效率；实施例如图8中所示，板状扇叶32在下旋转梁22绕旋转轴23顺时针旋转180°后其板状扇叶32绕竖直轴31逆时针旋转90°；舵片52在风的作用下，通过方向杆51加长舵片52转动的力臂，使得舵片52随风向变化而驱动旋转轴23转动，并使得舵片52与风向保持平行；通过舵片52与风向保持平行从而对机构进行调整角度，使得板状扇叶32在与方向杆51垂直时与风向保持垂直，提高风流产生的力矩，从而保持风能利用的最大化；板状扇叶32通过风流直接推动，而不是传统的通过空气压差推动，使得传动更加直接高效。

具体的，所述支撑筒21的上端固定连接有方向舵支架212，所述方向舵支架212中部安装有第一轴承2121，所述旋转轴23上设有台阶轴231，所述台阶轴231位于第一轴承2121的上端；所述机架壳体11的下端内腔中安装有第二轴承111，所述旋转轴23穿过第一轴承2121和第二轴承111。通过上下分开布置的第一轴承2121和第二轴承111对旋转轴23进行支撑，提高结构的稳定性。

具体的，所述机架壳体11的上端安装有方向舵轴承112，所述机架壳体11的内腔下端安装有舵轴下轴承113，所述支撑筒21穿插在方向舵轴承112与舵轴下轴承113中。通过上下布置的方向舵轴承112与舵轴下轴承113提高支撑筒21的支撑力臂，提高结构的稳定性。通过上下布置的方向舵轴承112与舵轴下轴承113提高支撑筒21的支撑力臂，提高结构的稳定性。

具体的，所述下旋转梁22布置有3处。圆周设置三个位置的旋转梁，旋转梁上的板状扇叶32也同样设置有三个位置，从而使得旋转轴23在不同板状扇叶32作用下，进行连续旋转，且减少相互之间的影响。

具体的，所述旋转轴23的上端固定连接有与下旋转梁22上下对应设置的上旋转梁25，所述板状扇叶32位于上旋转梁25和下旋转梁22之间，所述竖直轴31的上端转动连接在上旋转梁25上。通过上旋转梁25对机构进行支撑，保持板状扇叶32结构稳定。

具体的，所述下旋转梁22上固定连接有多个第一轴承2121座，所述第一轴承2121座上安装有第三轴承222，所述第三轴承222的轴线与下旋转梁22平行布置，所述水平轴24通过第三轴承222与下旋转梁22转动连接。

具体的，所述竖直轴31上固定连接有扇框33，所述扇框33上固定连接有扇叶，所述扇叶上开设有U型通槽321。当风极大时，扇叶中部就会被风吹开，使得风流从U型通槽321撑开的缝隙中流走，保护旋转机构不因超速而导致损坏。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物。

Claims (8)

1.一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：包括支撑机构、扇叶转动机构、中心轴驱动机构、发电装置、定向机构，所述支撑机构用于将结构进行支撑，所述中心轴驱动机构安装在支撑机构上，所述扇叶转动机构安装在中心轴驱动机构上，所述扇叶转动机构用于将风能转化成动能，所述发电装置用于将风能转化后的动能转化成电能。

2.根据权利要求1所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：

所述支撑机构包括机架壳体(11)及固定在机架壳体(11)底部的底座(12)；所述机架壳体(11)为中空结构；

所述中心轴驱动机构包括支撑筒(21)、下旋转梁(22)、旋转轴(23)、水平轴(24)，所述支撑筒(21)穿插在机架壳体(11)中且与机架壳体(11)转动连接，所述旋转轴(23)穿插在支撑筒(21)中且与支撑筒(21)转动连接，所述支撑筒(21)外壁上固定连接有中心锥齿轮(211)，所述下旋转梁(22)固定在旋转轴(23)上且多件下旋转梁(22)沿旋转轴(23)圆周等角度间距布置，所述水平轴(24)布置在下旋转梁(22)的底部，且水平轴(24)通过轴承与下旋转梁(22)转动连接，所述水平轴(24)的靠近旋转轴(23)的一端固定连接有第一行星锥齿轮(241)，所述水平轴(24)远离旋转轴(23)的一端固定连接有第二行星锥齿轮(242)，所述第一行星锥齿轮(241)与中心锥齿轮(211)通过齿轮啮合传动；其中，所述扇叶轴锥齿轮(311)通过水平轴(24)两端的齿轮传动且扇叶轴锥齿轮(311)与中心锥齿轮(211)的传动比为1:2；

所述扇叶转动机构包括竖直轴(31)及固定在竖直轴(31)上的板状扇叶(32)，所述竖直轴(31)与旋转轴(23)平行布置，且竖直轴(31)转动连接在下旋转梁(22)上，所述竖直轴(31)的下端固定连接有扇叶轴锥齿轮(311)，所述扇叶轴锥齿轮(311)与第二行星锥齿轮(242)通过齿轮啮合传动；

所述发电装置包括传动轴(41)及发电机(42)，所述传动轴(41)转动连接在底座(12)上且与旋转轴(23)通过齿轮传动，所述传动轴(41)与发电机(42)的输入轴传动连接并将旋转轴(23)的动能传输至发电机(42)中进行发电；

所述定向机构包括方向杆(51)，所述方向杆(51)固定连接在支撑筒(21)上，所述方向杆(51)远离旋转轴(23)一端固定连接有控制方向的舵片(52)，所述舵片(52)的板面方向沿旋转轴(23)径向布置，且通过支撑筒(21)上的中心锥齿轮(211)传动使得下旋转梁(22)在舵片(52)一侧与舵片(52)垂直状态时扇叶与舵片(52)平行，且垂直下旋转梁(22)在舵片(52)另一侧与舵片(52)垂直状态时扇叶与舵片(52)垂直。

3.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述支撑筒(21)的上端固定连接有方向舵支架(212)，所述方向舵支架(212)中部安装有第一轴承(2121)，所述旋转轴(23)上设有台阶轴(231)，所述台阶轴(231)位于第一轴承(2121)的上端；所述机架壳体(11)的下端内腔中安装有第二轴承(111)，所述旋转轴(23)穿过第一轴承(2121)和第二轴承(111)。

4.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述机架壳体(11)的上端安装有方向舵轴承(112)，所述机架壳体(11)的内腔下端安装有舵轴下轴承(113)，所述支撑筒(21)穿插在方向舵轴承(112)与舵轴下轴承(113)中。通过上下布置的方向舵轴承(112)与舵轴下轴承(113)提高支撑筒(21)的支撑力臂，提高结构的稳定性。

5.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述下旋转梁(22)布置有3处。

6.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述旋转轴(23)的上端固定连接有与下旋转梁(22)上下对应设置的上旋转梁(25)，所述板状扇叶(32)位于上旋转梁(25)和下旋转梁(22)之间，所述竖直轴(31)的上端转动连接在上旋转梁(25)上。

7.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述下旋转梁(22)上固定连接有多个第一轴承(2121)座，所述第一轴承(2121)座上安装有第三轴承(222)，所述第三轴承(222)的轴线与下旋转梁(22)平行布置，所述水平轴(24)通过第三轴承(222)与下旋转梁(22)转动连接。

8.根据权利要求2所述的一种自动调整迎风角度的风力发电系统，其特征在于：所述竖直轴(31)上固定连接有扇框(33)，所述扇框(33)上固定连接有板状扇叶(32)，所述板状扇叶(32)上开设有U型通槽(321)。

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