CN115596600A - 一种同轴双叶轮高效风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴双叶轮高效风力发电机，包括用于支撑的风塔(4)、发电系统以及叶轮，发电系统下移至风塔(4)的底部外侧端或者安装在风塔底部内侧；所述风塔(4)的顶部设置具有转动能力的传动箱(7)，叶轮设置为两个，两个叶轮呈同轴布设在风塔顶部的传动箱(7)前后端，传动箱(7)与位于风塔(4)底部位置的发电系统通过链传动机构连接，当叶轮转动时利用传动箱(7)与链传动机构带动发电系统发电。本发明设置前后同轴的两个叶轮，可以大大提升发电效率，同时配合将重心下移，可以大幅降低风塔的承受力，利用降低的承受力和风塔高度实现重力储能功能。

Description

一种同轴双叶轮高效风力发电机

技术领域

本发明涉及一种叶轮发电机，具体涉及一种同轴双叶轮高效风力发电机。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有叶轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

目前的，叶轮发电机的叶轮一般设置数量为一个，在风速大于额定条件时都是以锁定叶轮旋转，采用停机来避免因风速过高带来的叶轮转速过快而造成风叶因巨大的离心力折断，造成发电机转速超速而造成损坏；

另外，现有风力发电机是将发电系统通过机舱结构置于风塔顶部，导致风力发电机的成本与重量相应加大，塔的结构、体积、重量也相应增加，塔机也相应增大；

现有技术中，为了提升风机的功率，往往采用增加叶轮叶片的长度来增加扫风面积，以及同时增加风塔的高度，这种方式采用不断加长叶片的长度来提高扫风面积和效率，但风塔高度、机舱和发电系统的成本也要相应增长，置于顶部的发电系统、加长的风叶叶片更会大幅度的增加上面机舱的重量，增加整体重量，更进一步的增加了成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种同轴双叶轮高效风力发电机，利用前后双轮同轴的双叶轮结构，同时将发电机组下移至风塔的底部，可以有效的解决现有技术中的不足。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种同轴双叶轮高效风力发电机，包括用于支撑的风塔、发电系统以及叶轮，发电系统下移至风塔的底部外侧端或者安装在风塔底部内侧；

所述风塔的顶部设置具有转动能力的传动箱，叶轮设置为两个，两个叶轮呈同轴布设在风塔顶部的传动箱前后端，传动箱与位于风塔底部位置的发电系统通过链传动机构连接，当叶轮转动时利用传动箱与链传动机构带动发电系统发电。

作为优选的技术方案，所述传动箱内设置有一个第一安装腔，风塔内开设一个第二安装腔，在传动箱的第一安装腔与风塔的第二安装腔内安装叶轮传动机构，叶轮传动机构通过链传动机构连接发电系统。

作为优选的技术方案，叶轮传动机构包括安装于叶轮轴上的第一传动斜齿轮，在风塔的顶部通过轴承垂直安装一根第一传动轴，第一传动轴的顶部安装第二传动斜齿轮，第一传动斜齿轮与第二传动斜齿轮啮合传动，第一传动轴的底部安装第三传动斜齿轮，位于第三传动斜齿轮下端的风塔内安装一根第二传动轴，第二传动轴上安装有第四传动斜齿轮，第四传动斜齿轮与第三传动斜齿轮啮合传动，链传动机构安装于第二传动轴与发电系统之间。

作为优选的技术方案，第二传动轴的两侧通过轴承安装在风塔上，叶轮轴的两侧通过轴承安装于传动箱上并伸出至传动箱外部后与两个叶轮连接。

作为优选的技术方案，所述发电系统包括发电机以及变速箱，所述变速箱安装在发电机轴上，变速箱的输入轴与链传动机构连接。

本发明的有益效果是：一、利用前后双轮同轴结构来增加风速的受力面积，提高风能的利用功率，提高风机在不同风速下的利用时间和风机做功有效率，在超额定风速时，利用前后轮叶轮角度调节来其中一组叶轮形成部分反方向作用力，以达到在超额风速时不停机，任以满功率发电，提高发电效率；

二、利用链条或轴将风能转换的机械能从风塔顶部传递到地面底部发电可以大幅度降低风塔顶部的重量和可以取消风机机舱，简化顶部结构，不仅可以节约成本，降低风机的维护费用和人员安全；

三、将顶部机舱和发电系统设置在风机底部，可以大幅降低风塔的承受力，因此，利用降低的承受力和风塔高度实现重力储能功能；

四、由于发电系统下移至风塔底部，所以发电系统不再设置于风塔顶部的机舱，也就可以取消置于风塔顶部重量最大的风机机舱，大幅度降底风塔顶部重力和减少成本；本发明利用二组三叶片稳定结构，合计6叶片，增加风速的受力面积，使风机风速低于额定风速时，风机的输出功率显著增大，从而大幅提高投资收益比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部截面图；

图3为本发明图2中A处的局部放大图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明的一种同轴双叶轮高效风力发电机，包括用于支撑的风塔4、发电系统以及叶轮，发电系统下移至风塔4的底部位置，并整体设置在机房中，机房的位置可以设置在图1中的风塔4的一侧，也可设置在风塔4的底部，可在风塔4的底部开设腔体来安装，也可以设置在风塔的底部空间位置；利用前后两个风轮来增加扫风面积达到提高风能利用率，利用齿轮与链条传动结构将重量较大的变速箱和发电系统置于风塔内底部或风塔底部外侧，同时可以取消重量比例最大的机舱结构。

风塔4的顶部设置具有转动能力的传动箱7，叶轮设置为两个，两个叶轮呈同轴布设在风塔顶部的传动箱7前后端，传动箱7与位于风塔4底部位置的发电系统通过链传动机构连接，当叶轮转动时利用传动箱7与链传动机构带动发电系统发电。

传动箱与风塔之间的相对转动为现有技术中机舱相对风塔转向的结构，此处省略并不具体介绍，此为现有技术，与传统结构相同。

其中，传动箱内设置有一个第一安装腔71，风塔4内开设一个第二安装腔41，在传动箱7的第一安装腔71与风塔4的第二安装腔41内安装叶轮传动机构，叶轮传动机构通过链传动机构连接发电系统。

本实施例中，叶轮传动机构采用斜齿轮传动机构，所述斜齿轮传动机构包括安装于叶轮轴14上的第一传动斜齿轮13，在风塔的顶部通过轴承垂直安装一根第一传动轴16，第一传动轴16的顶部安装第二传动斜齿轮15，第一传动斜齿轮13与第二传动斜齿轮15啮合传动，第一传动轴16的底部安装第三传动斜齿轮19，位于第三传动斜齿轮19下端的风塔内安装一根第二传动轴23，第二传动轴23上安装有第四传动斜齿轮24，第四传动斜齿轮24与第三传动斜齿轮19啮合传动，链传动机构安装于第二传动轴23与发电系统之间。

其中，第二传动轴23的两侧通过轴承安装在风塔4上，叶轮轴14的两侧通过轴承安装于传动箱7上并伸出至传动箱7外部后与两个叶轮连接。

发电系统包括发电机1以及变速箱2，变速箱2安装在发电机轴上，变速箱2的输入轴3与链传动机构连接。

本实施例中，两个叶轮包括第一叶轮5与第二叶轮6，第一叶轮5与第二叶轮分6设在叶轮轴14的两侧，当有气流作用在第一叶轮5与第二叶轮6上时，气流带动第一叶轮5与第二叶轮6转动，此时叶轮轴14转动，进而带动第一传动斜齿轮13转动，由第一传动斜齿轮13带动第二传动斜齿轮15转动，第二传动斜齿轮15转动后使得第三传动传动斜齿轮19转动，由于第三传动斜齿轮19与第四传动斜齿轮24啮合，此时整根第二传动轴23转动，此时即可带动安装于第二传动轴23上的链传动机构。

本实施例中，如图2和图3所示，链传动机构包括设置在第二传动轴23上的第一主动链轮17与第二主动链轮18，第一主动链轮17与第二主动链轮18分设在第四传动斜齿轮24的两侧，当然实际也可以增加更多的主动链轮，或者减少主动链轮，同样能够实施本发明的工作原理；

在第二传动轴23的底部设置一根平行的第三传动轴30，第三传动轴30的两侧通过轴承安装在风塔内，在第三传动轴30上对应第一主动链轮17的位置安装第一被动链轮11，在对应第二主动链轮18的位置安装第二被动链轮12，将第一主动链轮17、第一被动链轮11上安装第一传动链条21，将第二主动链轮18、第二被动链轮12上安装第二传动链条22，因此当第二传动轴转动时，即可带动第三传动轴转动，被动链轮数量跟随主动链轮增减即可；

在第三传动轴的中间安装第一远距离链轮10，当第三传动轴转动时，第一远距离链轮转动，距离第一远距离链轮的远端设置有第二远距离链轮8，第二远距离链轮8安装在变速箱输入轴3上，在第一远距离链轮10与第二远距离链轮8之间安装第三传动链条9，所以当第一远距离链轮转动时，利用第三传动链条带动第二远距离链轮转动，以此带动变速箱的输入轴转动，进而带动发电机发电。

另外，在其它实施例中，叶轮传动机构也可采用涡轮蜗杆传动结构，将叶轮轴的中间段设置为蜗杆，将底部的斜齿轮替换为涡轮，同样能够实现本发明的技术方案。

本实施例中，第一叶轮与第二叶轮采用用前后两组叶轮，每个叶轮同样采用三个叶片按120度角度均匀分布，但在同轴时，6个叶片按60度角度均匀分布，改变传统的三个叶片呈120度角度均匀分布的叶轮结构。

前后两组固定同轴叶轮的作用：

1、通过增加叶轮风叶的受力面积，可以提高风能转换成动能的量；

2、通过增加叶轮风叶的受力面积，可以提高在低速度下的动能，提高扭力来减少发动机转速下降幅度和时间，达到多发电，提高对低速的有效利用率；

3、采用前后同轴双轮风叶的结构在大风速，(或现在风机超额风速需要采用停机以上的风速，)可以通过调整前轮或后轮风叶的角度，使一组叶轮的风叶与另一组叶轮的风叶受力面成反向，利用反向叶轮的力来抵消风速过高所造成的叶轮转速过额过快的弊端，从而实现大风速不停机，又能满额发电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种同轴双叶轮高效风力发电机，包括用于支撑的风塔(4)、发电系统以及叶轮，其特征在于：发电系统下移至风塔(4)的底部外侧端或者安装在风塔底部内侧；

所述风塔(4)的顶部设置具有转动能力的传动箱(7)，叶轮设置为两个，两个叶轮呈同轴布设在风塔顶部的传动箱(7)前后端，传动箱(7)与位于风塔(4)底部位置的发电系统通过链传动机构连接，当叶轮转动时利用传动箱(7)与链传动机构带动发电系统发电。

2.根据权利要求1所述的同轴双叶轮高效风力发电机，其特征在于：所述传动箱内设置有一个第一安装腔(71)，风塔(4)内开设一个第二安装腔(41)，在传动箱(7)的第一安装腔(71)与风塔(4)的第二安装腔(41)内安装叶轮传动机构，叶轮传动机构通过链传动机构连接发电系统。

3.根据权利要求2所述的同轴双叶轮高效风力发电机，其特征在于：叶轮传动机构采用斜齿轮传动机构，所述斜齿轮传动机构包括安装于叶轮轴(14)上的第一传动斜齿轮(13)，在风塔的顶部通过轴承垂直安装一根第一传动轴(16)，第一传动轴(16)的顶部安装第二传动斜齿轮(15)，第一传动斜齿轮(13)与第二传动斜齿轮(15)啮合传动，第一传动轴(16)的底部安装第三传动斜齿轮(19)，位于第三传动斜齿轮(19)下端的风塔内安装一根第二传动轴(23)，第二传动轴(23)上安装有第四传动斜齿轮(24)，第四传动斜齿轮(24)与第三传动斜齿轮(19)啮合传动，链传动机构安装于第二传动轴(23)与发电系统之间。

4.根据权利要求2所述的同轴双叶轮高效风力发电机，其特征在于：第二传动轴(23)的两侧通过轴承安装在风塔(4)上，叶轮轴(14)的两侧通过轴承安装于传动箱(7)上并伸出至传动箱(7)外部后与两个叶轮连接。

5.根据权利要求1所述的同轴双叶轮高效风力发电机，其特征在于：所述发电系统包括发电机(1)以及变速箱(2)，所述变速箱(2)安装在发电机轴上，变速箱(2)的输入轴(3)与链传动机构连接。

6.根据权利要求1所述的同轴双叶轮高效风力发电机，其特征在于：所述叶轮传动机构采用涡轮蜗杆传动结构。

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