CN114962147A - 一种具有过载保护功能的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了风力发电领域的一种具有过载保护功能的风力发电设备，包括固定安装在地面上的立柱和螺纹连接在立柱上端的发电总成；发电总成上插接有主动轴，主动轴的一端固定安装有扇叶，另一端与发电机相连，发电机与蓄电电容相连；主动轴上套接有离心齿轮，主动轴通过离心柱与离心齿轮传动连接；离心柱远离主动轴的一端固定设置有连接块，连接块用于在离心柱向远离主动轴轴线方向移动时连接主动柱与离心齿轮；离心齿轮通过减速传动组件与传动轴相连，传动轴竖直固定安装在发电总成内部中心处。本发明在外界风力较大时，利用风力驱动扇叶以立柱为转动轴，斜向下转动，减小风力对扇叶的受力面积，使得扇叶的转速降低，避免发电设备电流过载。

Description

一种具有过载保护功能的风力发电设备
技术领域
本发明为风力发电领域，具体涉及的是一种具有过载保护功能的风力发电设备。
背景技术
风能是一种可再生的清洁能源，城市的发展完全依赖于煤矿作为能源不是长久之计，因此随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展开来，随着科技的进步和环保事业的发展，风能发电在商业上完全可以与燃煤发电竞争，风力发电也成为我国能源结构中的一种重要组成部分。目前国家大力发展风力发电，将风能转化为电能，并将电能存储在蓄电池中，供给负载使用。传统的风力发电设备原理基本都是通过风力吹动扇叶转动带动发电机发电，但是由于地理位置的差异与天气的变化无常，偶尔出现的狂风在吹拂发电设备时，会使得风力发电设置的扇叶转速过快，使得发电设备中的电流过大而导致风力发电机构过载，进而使得设备损坏，既造成了经济损失，又会造成风力资源的浪费。因此目前需要来解决上述问题。
本发明提供了一种具有过载保护功能的风力发电设备，本发明能够在外界风力较大时，利用风力驱动发电设备的扇叶以立柱为转动轴，斜向下转动，一方面转动能够偏转角度，减小风力对扇叶的受力面积，使得扇叶的转速降低；另一方面斜向下转动能够降低扇叶的整体高度，而低处所受的风力相较于高处所受的风力减小，进一步减小风力驱动扇叶转动的转速，保证发电设备电流不会过载，保护风力发电设备。此外利用风力驱动发电设备转动，不仅节省了能源，还增加了扇叶所在的主动轴的负载，消耗了动能，进而使得扇叶转动的转速降低，避免发电设备过载，保护了风力发电设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有过载保护功能的风力发电设备，以解决上述背景技术中提出了现有技术缺点的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有过载保护功能的风力发电设备，包括固定安装在地面上的立柱和转动安装在立柱上端的发电总成；所述发电总成上插接有主动轴，主动轴的一端固定安装有扇叶，另一端与发电机相连，所述发电机与蓄电电容相连。
优选地，所述主动轴上套接有离心齿轮，所述主动轴通过离心柱与离心齿轮传动连接；所述离心柱沿着主动轴的径向滑动安装在主动轴上，所述离心柱上设置有第一弹簧，所述第一弹簧驱动离心柱向着靠近主动轴轴线方向移动；所述离心柱远离主动轴的一端固定设置有连接块，所述连接块用于在离心柱向远离主动轴轴线方向移动时连接主动柱与离心齿轮；所述离心齿轮通过减速传动组件与传动轴相连，所述传动轴竖直固定安装在发电总成内部中心处；所述发电总成螺纹连接在立柱的上端部。
优选地，所述离心柱沿着主动轴的周向间隔设置，所述第一弹簧设置在相对应的两个离心柱之间；所述相对应的两个离心柱以主动轴的轴线为中心相对称。
优选地，所述减速传动组件包括沿着离心齿轮的周向间隔设置的从动齿轮，所述从动齿轮与离心齿轮外啮合，所述从动齿轮通过固定轴转动安装在发电总成上，所述固定轴固定安装在发电总成内；所述从动齿轮的外侧设置有外齿圈与其啮合，所述外齿圈与传动齿轮传动连接，所述传动齿轮固定安装在传动轴上。
优选地，所述主动轴上还设置有复位单元，所述复位单元包括套接在转动轴上的收卷辊，所述收卷辊与离心齿轮固定相连，所述收卷辊通过拉绳与位于立柱内的重力球相连。
优选地，所述传动轴为中空状，所述拉绳竖直穿过传动轴的中空内部与重力球相连。
优选地，所述立柱与发电总成之间设置有锁紧单元，所述锁紧单元用于在重力球为与立柱底部时锁紧立柱与发电总成；在重力球被拉绳拉起时解锁立柱与发电总成。
优选地，所述锁紧单元包括滑动安装在立柱底部的滑动块，所述滑动块沿着立柱的径向滑动安装，沿着滑动块的滑动方向在滑动块与立柱之间设置有第二弹簧；所述立柱的内壁上竖直滑动安装有滑动杆，所述滑动杆的下端与滑动块远离立柱轴线的一端楔面连接，上端固定设置有锁紧杆；所述发电总成的下端固定设置有卡接槽，所述卡接槽用于供锁紧杆插入，所述锁紧杆插入卡接槽后限制发电总成周向转动的自由度。
优选地，所述滑动块靠近立柱轴线的一端开有开口向上的斜面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明能够在外界风力较大时，利用风力驱动发电设备的扇叶以立柱为转动轴，斜向下转动，一方面转动能够偏转角度，减小风力对扇叶的受力面积，使得扇叶的转速降低；另一方面斜向下转动能够降低扇叶的整体高度，而低处所受的风力相较于高处所受的风力减小，进一步减小风力驱动扇叶转动的转速，保证发电设备电流不会过载，保护风力发电设备。此外利用风力驱动发电设备转动，不仅节省了能源，还增加了扇叶所在的主动轴的负载，消耗了动能，进而使得扇叶转动的转速降低，避免发电设备过载，保护了风力发电设备。
2.本发明重力球的设置一方面在风力较大时增加了主动轴的负载，将主动轴的部分动能转化为重力球的重力势能储存了起来，使得主动轴的动能降低，避免过载；另一方面在风力回复时将前面所储存起来的重力势能化作动力源驱动发电总成复位，使得扇叶能够恢复至最佳角度，提高风能的利用效率。此外本发明的重力球在风力较大时被吊起充当发电设置的振动阻尼器，降低在大风吹拂下发电设备的整个，起到保护发电设备的作用。
3.本发明设置了锁紧单元，在风力较大时，解锁发电总成和立柱，使得发电总成能够在立柱的上端转动，调整扇叶的受力面积，避免过载；在风力回复时，仍保持发电总成和立柱的解锁状态，使得发电总成能够回复至最佳角度，提高风力发电效率；在风力较小且扇叶已处于最佳角度时，重新锁紧发电总成和立柱，避免发电总成在风力的吹拂下转动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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为本发明一种具有过载保护功能的风力发电设备的结构示意图；
图2为本发明风力发电设备上端发电总成半剖时的结构示意图；
图3为本发明图2中A部分的局部放大示意图；
图4为本发明风力发电设备下端立柱半剖时的结构示意图；
图5为本发明图4中B部分的局部放大示意图；
图6为本发明发电总成与立柱连接处半剖时的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
11－立柱、12－发电总成、13－主动轴、14－扇叶、15－发电机、16－蓄电电容、21－离心齿轮、22－离心柱、23－第一弹簧、24－连接块、25－传动轴、31－从动齿轮、32－固定轴、33－外齿圈、34－传动齿轮、41－收卷辊、42－拉绳、43－重力球、51－滑动块、52－第二弹簧、53－滑动杆、54－锁紧杆、55－卡接槽、56－斜面。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图1-6，一种具有过载保护功能的风力发电设备，包括固定安装在地面上的立柱11和转动安装在立柱11上端的发电总成12；所述发电总成12上插接有主动轴13，主动轴13的一端固定安装有扇叶14，另一端与发电机15相连，所述发电机15与蓄电电容16相连。
优选地，所述主动轴13上套接有离心齿轮21，所述主动轴13通过离心柱22与离心齿轮21传动连接；所述离心柱22沿着主动轴13的径向滑动安装在主动轴13上，所述离心柱22上设置有第一弹簧23，所述第一弹簧23驱动离心柱22向着靠近主动轴13轴线方向移动；所述离心柱22远离主动轴13的一端固定设置有连接块24，所述连接块24用于在离心柱22向远离主动轴13轴线方向移动时连接主动柱与离心齿轮21；所述离心齿轮21通过减速传动组件与传动轴25相连，所述传动轴25竖直固定安装在发电总成12内部中心处；所述发电总成12螺纹连接在立柱11的上端部。
如图1、图2所示，一般的风力发电设备的工作原理是利用外界风力吹拂扇叶14转动，扇叶14带动主动轴13转动形成动能。所述的动能经过发电机15转化成电能，最终被蓄电电容16储存。但是当风力过大时，外界的风会驱动扇叶14的转速过快，使得主动柱的转速过大，造成发电机15内的电流过大，进而造成过载，使得发电设备损坏。本发明在主动轴13上增设了离心齿轮21。如图2、图3所示，当外界风力过大时，扇叶14带动主动轴13的转速增大。主动轴13转动会带动径向滑动安装在主动轴13上的离心柱22转动。因为主动柱的转速增大，离心柱22所受的离心力增大，使得离心柱22会沿着主动轴13的径向向外侧移动，进而使得连接块24会挤压并连接离心齿轮21，使得离心齿轮21能够跟随离心柱22转动。为了保证离心齿轮21能够跟随离心柱22转动，可以在离心楚论的内壁上周向间隔开有卡口，离心柱22在离心力的驱动下会向着卡口移动，使得连接块24卡进卡口内，进而完成离心齿轮21与主动轴13的连接。当离心齿轮21转动时会通过减速传动组件驱动传动柱转动。如图3、图6所示，因为传动轴25与发电总成12固定连接，所以传动轴25转动会带动整个发电总成12转动，使得扇叶14转动，风力吹拂在扇叶14上的受力面积减小，在风力不变的情况下，扇叶14转速变慢，主动轴13转速减小，从而避免发电设备过载。如图6所示，因为本发明的发电总成12时螺纹连接在立柱11的上端，所以在发电总成12转动时，发电总成12的转向是螺旋向下。这一设置使得发电总成12在转动时可以降低扇叶14整体的高度。因为低处所受的风力相较于高处所受的风力较小，所以这会进一步减小风力驱动扇叶14转动的转速，保证发电设备电流不会过载，保护风力发电设备。此外本发明利用风力驱动发电设备转动，不仅节省了能源，还增加了扇叶14所在的主动轴13的负载，通过负载增大了主动轴13动能的损耗，进而使得扇叶14转动的转速降低，也起到了避免发电设备过载的作用。
优选地，所述离心柱22沿着主动轴13的周向间隔设置，所述第一弹簧23设置在相对应的两个离心柱22之间；所述相对应的两个离心柱22以主动轴13的轴线为中心相对称。
如图3所示，在风力较大时，离心柱22所受离心力较大，连接主动轴13与离心齿轮21，主动轮驱动离心齿轮21转动，进而驱动发电总成12转动，完成转向。当风力较小时，相对应的两个离心柱22在第一弹簧23的回复力下沿着主动轴13的径向滑动，同时复位，使得主动轴13与离心齿轮21断开连接。
优选地，所述减速传动组件包括沿着离心齿轮21的周向间隔设置的从动齿轮31，所述从动齿轮31与离心齿轮21外啮合，所述从动齿轮31通过固定轴32转动安装在发电总成12上，所述固定轴32固定安装在发电总成12内；所述从动齿轮31的外侧设置有外齿圈33与其啮合，所述外齿圈33与传动齿轮34传动连接，所述传动齿轮34固定安装在传动轴25上。
如图2、图3所示，本发明的主动轴13转速会较快，而发电总成12的转动只需要一个较小的角度即可使得扇叶14的受风力吹拂面积减小。所以在传动的过程中需要设置有减速传动组件。本发明所设置的减速传动组件为行星传动齿轮34组。在离心齿轮21转动时，离心齿轮21驱动外啮合的从动齿轮31自转，再通过从动齿轮31驱动与其内啮合外齿圈33转动。本发明的外齿圈33上外周也开有齿条部，驱动固定安装在传动轴25上的传动齿轮34转动，最终驱动发电总成12整体转动一个较小的角度。
优选地，所述主动轴13上还设置有复位单元，所述复位单元包括套接在转动轴上的收卷辊41，所述收卷辊41与离心齿轮21固定相连，所述收卷辊41通过拉绳42与位于立柱11内的重力球43相连。
自然环境中的风力大小经常变化。通常情况下为了提高风能的发电效率，将扇叶14设置成受风力吹拂面积最大的最佳角度设置。在外界风力较大时，本发明驱动发电总成12转动，减少扇叶14的受力面积，使得扇叶14转速降低，避免过载。但是当风力再次回复时，本发明需要使得发电总成12复位，使得扇叶14能够恢复至最佳角度，提高风能的利用效率。如图3、图4所示，本发明在风力较大时，主动轴13驱动离心齿轮21转动，本发明将离心齿轮21与套接在主动轴13上的收卷辊41固定相连。在离心齿轮21转动时，收卷辊41转动并收卷拉绳42，通过拉绳42拉动重力球43上移。当外界较大的风力回复时，主动轴13与离心齿轮21断开连接，本发明的重力球43在自重的总用下驱动收卷辊41放卷，收卷辊41驱动离心齿轮21复位，离心齿轮21通过减速传动组件驱动发电总成12回转，使得扇叶14能够恢复至最佳角度，提高风能的利用效率。本发明重力球43的设置不仅能够在风力回复时驱动发电总成12回转复位，重力球43本身的存在也是一个负载，能够在风力较大时增加主动轴13动能的消耗，辅助降低主动轴13的转速，避免过载。
优选地，所述传动轴25为中空状，所述拉绳42竖直穿过传动轴25的中空内部与重力球43相连。
如图3、图4所示，本发明在风力较大时会将重力球43吊起。因为此时的风力较大，发电设备会在风力的吹拂下振动，可能会有倒塌的危险。此时吊起的重力球43会充当发电设置的振动阻尼器，降低在大风吹拂下发电设备的整个，起到保护发电设备的作用。因为振动阻尼器需要设置在建筑物的中轴线处，所以本发明将传动轴25为中空状，拉绳42竖直穿过传动轴25的中空内部与重力球43相连。中空状的传动轴25对拉绳42起到限位的作用，在重力球43摇晃时避免重力球43摇晃幅度过大，保护立柱11本身。
优选地，所述立柱11与发电总成12之间设置有锁紧单元，所述锁紧单元用于在重力球43为与立柱11底部时锁紧立柱11与发电总成12；在重力球43被拉绳42拉起时解锁立柱11与发电总成12。
优选地，所述锁紧单元包括滑动安装在立柱11底部的滑动块51，所述滑动块51沿着立柱11的径向滑动安装，沿着滑动块51的滑动方向在滑动块51与立柱11之间设置有第二弹簧52；所述立柱11的内壁上竖直滑动安装有滑动杆53，所述滑动杆53的下端与滑动块51远离立柱11轴线的一端楔面连接，上端固定设置有锁紧杆54；所述发电总成12的下端固定设置有卡接槽55，所述卡接槽55用于供锁紧杆54插入，所述锁紧杆54插入卡接槽55后限制发电总成12周向转动的自由度。
本发明所提供的实施例是将发电总成12转动安装在立柱11的上端，这就使得在风力正常时，发电总成12也有可能会在风力的吹拂下转动，使得扇叶14脱离最佳角度设置，影响发电设备的发电效率。所以本发明设置了锁紧单元，在风力较大时，解锁发电总成12和立柱11，使得发电总成12能够在立柱11的上端转动；在风力回复时，仍保持发电总成12和立柱11的解锁状态，使得发电总成12能够回复至最佳角度，提高风力发电效率；在风力较小且扇叶14已处于最佳角度时，重新锁紧发电总成12和立柱11，避免发电总成12在风力的吹拂下转动。如图4所示，初始时重力球43在自身重力的作用下处于立柱11的底部，重力球43挤压滑动块51向立柱11的外侧移动，挤压第二弹簧52收缩。同时滑动块51楔面驱动滑动杆53上移。如图6所示，滑动杆53上移会驱动其上端的锁紧杆54上移，插入至位于发电总成12底部的卡接槽55内，此时卡接槽55限制发电总成12周向转动的自由度，发电总成12与立柱11锁紧，发电总成12上的扇叶14处于最佳角度。当风力变大时，收卷辊41收卷拉绳42，重力球43被吊起，此时如图5所示，重力球43上移，滑动块51在第二弹簧52的回复力下向内侧移动复位，滑动杆53在重力的情况下下移复位。如图6所示，锁紧杆54锁着滑动杆53一起下移，锁紧杆54脱离卡接槽55，发电总成12和立柱11解锁，发电总成12能够在离心齿轮21的驱动下转动调向。当风力回复时，重力球43下降驱动发电总成12复位，并最终下移至立柱11的底部重新挤压滑动块51向外侧移动，使得滑动杆53重新被滑动块51顶起，继而使得滑动杆53上的锁紧杆54能够重新插入卡接槽55内，完成锁紧。
优选地，所述滑动块51靠近立柱11轴线的一端开有开口向上的斜面56。如图5所示，该设置的目的是使得重力球43在下降的过程中能够挤压滑动块51移动，在重力球43下降后能够对重力球43进行限位，避免重力球43在立柱11内乱晃。

Claims (8)

1.一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：包括固定安装在地面上的立柱(11)和转动安装在立柱(11)上端的发电总成(12)；所述发电总成(12)上插接有主动轴(13)，主动轴(13)的一端固定安装有扇叶(14)，另一端与发电机(15)相连，所述发电机(15)与蓄电电容(16)相连；
所述主动轴(13)上套接有离心齿轮(21)，所述主动轴(13)通过离心柱(22)与离心齿轮(21)传动连接；所述离心柱(22)沿着主动轴(13)的径向滑动安装在主动轴(13)上，所述离心柱(22)上设置有第一弹簧(23)，所述第一弹簧(23)驱动离心柱(22)向着靠近主动轴(13)轴线方向移动；所述离心柱(22)远离主动轴(13)的一端固定设置有连接块(24)，所述连接块(24)用于在离心柱(22)向远离主动轴(13)轴线方向移动时连接主动柱与离心齿轮(21)；所述离心齿轮(21)通过减速传动组件与传动轴(25)相连，所述传动轴(25)竖直固定安装在发电总成(12)内部中心处；所述发电总成(12)螺纹连接在立柱(11)的上端部。
2.根据权利要求1所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述离心柱(22)沿着主动轴(13)的周向间隔设置，所述第一弹簧(23)设置在相对应的两个离心柱(22)之间；所述相对应的两个离心柱(22)以主动轴(13)的轴线为中心相对称。
3.根据权利要求2所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述减速传动组件包括沿着离心齿轮(21)的周向间隔设置的从动齿轮(31)，所述从动齿轮(31)与离心齿轮(21)外啮合，所述从动齿轮(31)通过固定轴(32)转动安装在发电总成(12)上，所述固定轴(32)固定安装在发电总成(12)内；所述从动齿轮(31)的外侧设置有外齿圈(33)与其啮合，所述外齿圈(33)与传动齿轮(34)传动连接，所述传动齿轮(34)固定安装在传动轴(25)上。
4.根据权利要求1所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述主动轴(13)上还设置有复位单元，所述复位单元包括套接在转动轴上的收卷辊(41)，所述收卷辊(41)与离心齿轮(21)固定相连，所述收卷辊(41)通过拉绳(42)与位于立柱(11)内的重力球(43)相连。
5.根据权利要求4所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述传动轴(25)为中空状，所述拉绳(42)竖直穿过传动轴(25)的中空内部与重力球(43)相连。
6.根据权利要求4所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述立柱(11)与发电总成(12)之间设置有锁紧单元，所述锁紧单元用于在重力球(43)为与立柱(11)底部时锁紧立柱(11)与发电总成(12)；在重力球(43)被拉绳(42)拉起时解锁立柱(11)与发电总成(12)。
7.根据权利要求6所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述锁紧单元包括滑动安装在立柱(11)底部的滑动块(51)，所述滑动块(51)沿着立柱(11)的径向滑动安装，沿着滑动块(51)的滑动方向在滑动块(51)与立柱(11)之间设置有第二弹簧(52)；所述立柱(11)的内壁上竖直滑动安装有滑动杆(53)，所述滑动杆(53)的下端与滑动块(51)远离立柱(11)轴线的一端楔面连接，上端固定设置有锁紧杆(54)；所述发电总成(12)的下端固定设置有卡接槽(55)，所述卡接槽(55)用于供锁紧杆(54)插入，所述锁紧杆(54)插入卡接槽(55)后限制发电总成(12)周向转动的自由度。
8.根据权利要求7所述的一种具有过载保护功能的风力发电设备，其特征在于：所述滑动块(51)靠近立柱(11)轴线的一端开有开口向上的斜面(56)。
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