CN203655542U - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电装置。风力发电装置包括：风车轴；风车部；第一支承板；第二支承板；在所述风车轴的上方或下方固定于所述第二支承板的发电机；将来自所述风车轴的动力传递至所述发电机的传递机构；以及容纳所述发电机、所述第二支承板以及所述传递机构的机舱，所述发电机具备发电机轴、与所述发电机轴一同旋转的转子磁铁；以及与所述转子磁铁对置的定子，所述定子具有定子铁芯和线圈，所述传递机构具有：第一齿轮，其在所述第二支承板的后方侧安装于所述风车轴；以及第二齿轮，其直径比所述第一齿轮的直径小，且在所述第二支承板的后方侧安装于贯通所述第二支承板的所述发电机轴，且与所述第一齿轮啮合。

Description

风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用风力进行发电的风力发电装置。 

背景技术

如1986年3月10日的补正后的第二图所示，日本实开昭62-000171号公报所公开的弯曲翼风车器具有风车、两个轴承支承台、支承台、发电机、大齿轮以及小齿轮。风车的主轴轴向设置于两个轴承支承台。支承台以水平配置于两个轴承支承台之间，且在支承台上固定发电机。在两个轴承支承台之间，大齿轮被轴固定于风车的主轴，小齿轮被轴固定于发电机的主轴。在弯曲翼风车器中，风车的主轴的旋转经由大齿轮以及小齿轮带动发电机的主轴的旋转，从而进行发电。 

专利文献1：日本实开昭62-000171号公报 

实用新型内容

但是，在风力发电装置中，连接风车的轴与发电机的轴的作为传递机构的齿轮等部件容易产生磨损。在日本实开昭62-000171号公报中，在更换大齿轮以及小齿轮时，分解弯曲翼风车器比较费时，无法容易进行弯曲翼风车器的维修。并且，为了使发电机的主轴保持水平，需要高精度地调整轴承支承台与供发电机固定的支承台，而且组装弯曲翼风车器需要花费时间。当发电机的主轴与风车的主轴不平行时，在大齿轮与小齿轮之间被施加较大的负荷。其结果是，有可能产生齿轮的咬合噪音，或者导致齿轮破损。 

本实用新型以容易更换传递机构为主要目的，还以高精度地进行传递机构的齿轮彼此的啮合为目的。 

本实用新型例示的一方面所涉及的风力发电装置具有：风车轴，其朝向水平方向；风车部，其设置在所述风车轴的前方端，且具有多个叶片，所述多个叶片相对于所述风车轴向径向外侧延伸；第一支承板，其 在所述风车部的后方支承所述风车轴的前方部；第二支承板，其支承所述风车轴的后方部；发电机，其在所述风车轴的上方或下方固定于所述第二支承板的前方侧的主表面；传递机构，其将来自所述风车轴的动力传递至所述发电机；以及机舱，其容纳所述发电机、所述第二支承板以及所述传递机构，所述发电机具有：发电机轴，其与所述风车轴平行；转子磁铁，其与所述发电机轴一同旋转；以及定子，其与所述转子磁铁对置，所述定子具有：作为层叠钢板的定子铁芯；以及设置于所述定子铁芯的齿的线圈，其特征在于，所述传递机构具有：第一齿轮，其在所述第二支承板的后方侧安装于所述风车轴；以及第二齿轮，其直径比所述第一齿轮的直径小，且在所述第二支承板的后方侧安装于贯通所述第二支承板的所述发电机轴，且与所述第一齿轮啮合。 

根据本实用新型，能够通过拆卸机舱而容易地更换传递机构。通过将发电机固定在第二支承板，还能够高精度地进行传递机构的齿轮彼此的啮合。 

附图说明

图1是表示风力发电装置的图。 

图2是风力发电装置的剖视图。 

图3是第一支承板的侧视图。 

图4是第二支承板的侧视图。 

图5是固定部的侧视图。 

图6是发电机的剖视图。 

图7是定子铁芯的俯视图。 

图8是表示齿的末端的图。 

图9是表示发电机以及传递机构的图。 

图10是拆卸机舱之后的主体部的后视图。 

图11是拆卸机舱之后的主体部的主视图。 

图12是拆卸机舱之后的主体部的侧视图。 

具体实施方式

图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的风力发电装置10的图。风力发电装置10具有风车部11、主体部12、尾翼部13以及撑杆14。风车部11固定在主体部12的前方侧，即图1中的左侧。尾翼部13固定在主体部12的后方侧，即图1中的右侧。主体部12被支承于撑杆14。 

图2是风力发电装置10的剖视图。风车部11具有多个叶片111、圆板状的叶片固定部112以及帽部113。叶片111固定于叶片固定部112的外缘部。帽部113安装在叶片固定部112的前方侧，且以朝向前方突出的方式弯曲。主体部12具有风车轴121、发电机122、传递机构123、框架部124以及流线型的机舱(nacelle)125。风车轴121朝向水平方向。另外，风车轴121只要大体水平即可，无需准确地保持水平。在风车轴121的前方端安装叶片固定部112。叶片111相对于风车轴121向以中心轴线J1为中心的径向外侧延伸。 

发电机122位于风车轴121的下方。优选发电机122存在于风车轴121附近。由此，能够防止发电机122的存在影响通过风车部11的空气的流动。 

框架部124具有第一支承板21、第二支承板22以及固定部23。第一支承板21以及第二支承板22在风车部11的后方沿着中心轴线J1排列。第一支承板21以及第二支承板22相对于中心轴线J1垂直。第一支承板21的上下方向的长度比第二支承板22的上下方向的长度长。固定部23为与上下方向垂直的板状。第一支承板21的下部以及第二支承板22的下部固定在固定部23的上表面上。 

图3是第一支承板21的侧视图。第一支承板21具有第一支承板主体210和第一支承肋215。第一支承板主体210是与中心轴线J1垂直的板。在第一支承板主体210设置用虚线表示的第一支承孔211和多个螺纹孔213、214。第一支承孔211贯通第一支承板主体210。多个螺纹孔 213、214设置于第一支承板主体210的侧面以及下表面。第一支承肋215从第一支承板主体210的后方侧的主表面216向后方突出。第一支承肋215螺紧在第一支承板主体210。在第一支承肋215的下表面设置螺纹孔218。 

图4是第二支承板22的侧视图。第二支承板22具有第二支承板主体220和第二支承肋225。第二支承板主体220是与中心轴线J1垂直的板。在第二支承板主体210设置第二支承孔221、安装孔部222以及多个螺纹孔223、224。第二支承孔221以及安装孔部222贯通第二支承板主体220。第二支承孔221位于安装孔部222的上方。多个螺纹孔223、224设置在第二支承板22的侧面以及下表面上。第二支承肋225从第二支承板主体220的后方侧的主表面226向后方突出。第二支承肋225螺紧在第二支承板主体220。在第二支承肋225的下表面设置螺纹孔228。 

图5是固定部23的侧视图。固定部23具有前方槽部231、后方槽部232、引线引出孔233以及多个螺纹孔234。前方槽部231以及后方槽部232向与图5中的纸面垂直的方向延伸。在前方槽部231的底部设置多个孔部231a。同样，在后方槽部232的底部设置多个孔部232a。多个螺纹孔234设置在固定部23的侧面上。另外，虽然省略了图示，但是在与第一支承肋215以及第二支承肋225对置的位置也设置了孔部。 

如图2所示，在第一支承孔211以及第二支承孔221内固定滚珠轴承126。第一支承板21以及第二支承板22经由滚珠轴承126将风车轴121的前方部以及后方部支承为能够旋转。在第二支承板22，在前方侧的主表面227的安装孔部222附近螺紧发电机122。在发电机122连接引线127。引线127从固定部23的引线引出孔233通过撑杆14内部而与控制器(控制装置)连接。从与第一支承肋215垂直的方向、即与中心轴线J1垂直且水平的方向观察时，发电机122与第一支承肋215相分离。即，发电机122与第一支承肋215在与第一支承肋215垂直的方向不重叠。传递机构123在第二支承板22的后方连接风车轴121与发电机122。 

在风力发电装置10中，通过第一支承板21封闭机舱125的前部， 且通过固定部23封闭机舱125的下部。其结果是，由机舱125、第一支承板21以及固定部23构成容纳发电机122、第二支承板22以及传递机构123的容纳空间9。由此，抑制了灰尘和水等进入主体部12内。通过使第一支承板21以及固定部23兼有作为与机舱125一同构成容纳空间9的部件的作用，能够缩减风力发电装置10的部件数。 

在风力发电装置10中，风车部11以及风车轴121通过气流而旋转，来自风车轴121的动力经由传递机构123传递至发电机122。而且，利用发电机122生成的电力经由引线127送电。 

图6是放大示出图2的发电机122附近的图。发电机122为内转子型，且具有旋转部3和静止部4。旋转部3具有发电机轴31、磁轭32以及转子磁铁33。发电机轴31贯通第二支承板22。发电机轴31的中心轴线J2与图2的风车轴121的中心轴线J1平行。磁轭32呈大致圆筒状，且固定于发电机轴31。磁轭32是层叠薄板状的磁性钢板而形成的。转子磁铁33被插入在设于磁轭32的贯通孔中。 

静止部4具有定子41、罩部42以及滚珠轴承431、432。定子41是以发电机轴31的中心轴线J2为中心的环状，且安装在罩部42的内周面。定子41与转子磁铁33在以中心轴线J2为中心的径向对置。定子41具有定子铁芯411、绝缘件412以及线圈413。定子铁芯411是层叠多个磁性钢板而成的层叠钢板。如图7所示，定子铁芯411具有朝径向内侧延伸的多个齿414。通过将导线经由图6所示的绝缘件412卷绕在各齿414上来形成线圈413。 

如图8所示，在齿414的末端设置至少一个微小的突起414a。在本实施方式中，突起414a的数量为三个。多个突起414a沿周向排列。由此，能够降低在定子41与转子磁铁33之间产生的齿槽转矩。另外，也可以设置至少一个槽来代替突起414a。突起414a或槽也可以设置在磁轭32的外侧面。突起414a或槽的数量并不限定于上述数量。 

如图6所示，罩部42具有第一罩部件421、第二罩部件422以及外罩部件423。第一罩部件421位于相比第二罩部件422靠前方侧的位置。第一罩部件421具有第一盖部441和第一圆筒部442。第一盖部441与中心轴线J2垂直，且在中央部安装滚珠轴承431。第一圆筒部442从第 一盖部441的外缘部向第二罩部件422延伸。 

第二罩部件422具有第二盖部451和第二圆筒部452。第二盖部451与中心轴线J2垂直，且在中央部安装滚珠轴承432。第二圆筒部452从第二盖部451的外缘部向第一罩部件421延伸。 

第一罩部件421以及第二罩部件422经由滚珠轴承431、432将发电机轴31支承为能够旋转。外罩部件423覆盖第一圆筒部442的外周面以及第二圆筒部452的外周面。在第二盖部451设置环状的突出部451a，所述突出部451a朝向主体部12的后方突出。通过使突出部451a与第二支承板22的安装孔部222嵌合，能够正确地确定发电机122的与第二支承板22的主表面227平行的方向的位置。 

当风力发电装置10运行时，转子磁铁33与发电机轴31一同旋转，且在定子41中产生电力。在发电机122中，与相同程度大小的无铁芯型发电机相比能够以高效率产生电力。在风力发电装置10中，与无铁芯型相比能够缩小转子磁铁33和定子41的大小，且能够使发电机122小型化。并且，能够廉价地制造发电机122。另外，在发电机122中，在第一罩部件421的图6的左侧、即第一支承板21侧设置电磁制动器46。由此，强制防止了旋转部3过度旋转。 

图9是放大示出发电机122以及传递机构123的图。传递机构123具有第一齿轮51和第二齿轮52。第一齿轮51以及第二齿轮52为正齿轮。第一齿轮51由树脂形成，第二齿轮52由金属形成。第一齿轮51在第二支承板22的后方侧安装于风车轴121的后端部。第二齿轮52在第二支承板22的后方侧安装于发电机轴31的后端部，且与第一齿轮51啮合。第二齿轮52的外径比第一齿轮51的外径小。并且，第二齿轮52的外径比第二支承板22的安装孔部222的直径小。 

图10是从后方侧观察拆卸机舱125后的主体部12的图。图10的左右方向、即与风车轴121垂直且水平的方向上的第二支承板22的最大宽度比第一齿轮51的相同方向上的宽度大。如图9以及图10所示，第二支承板22的上端位于相比第一齿轮51的上端靠上方的位置。 

在传递机构123中，能够通过第一齿轮51以及第二齿轮52使风车 轴121的旋转增速，从而使发电机轴31高速旋转。由此，能够高效地进行发电。 

图11是拆卸机舱之后的主体部12的主视图。图12是拆卸机舱125之后的主体部12的侧视图。在组装风力发电装置10时，首先，将第一支承板主体210的下端部配置在固定部23的前方槽部231内，并在螺纹孔214以及前方槽部231的孔部231a插入螺钉128。并且，在第一支承肋215的螺纹孔218以及固定部23的孔部插入螺钉129。 

通过使前方槽部231的内侧壁与第一支承板主体210在中心轴线J1方向抵接，能够正确地确定第一支承板21的中心轴线J1方向的位置。第一支承肋215的下部与固定部23的上表面抵接。由此，能够将第一支承板21稳定地配置在固定部23上。 

接着，第二支承板主体220的下端部配置在固定部23的后方槽部232内，且在螺纹孔224以及后方槽部232的孔部232a插入螺钉128。并且，在第二支承肋225的螺纹孔228以及固定部23的孔部插入螺钉129。 

通过使后方槽部232的内侧壁与第二支承板主体220在中心轴线J1方向抵接，能够正确地确定第二支承板22的中心轴线J1方向的位置。第二支承肋225的下部与固定部23的上表面抵接。由此，在固定部23上稳定地配置第二支承板22。可以在将第一支承板21固定在固定部23的作业之前进行将第二支承板22固定在固定部23的作业，或者也可以并行进行这两个作业。 

接着，如图9所示，在第二支承板22的安装孔部222插入发电机轴31，突出部451a嵌合在安装孔部222中，所述发电机轴31在后端部安装有第二齿轮52。在第一支承孔211以及第二支承孔221插入滚珠轴承126，进而如图12所示插入风车轴121。在风车轴121的后端部以与第二齿轮52啮合的方式安装第一齿轮51。如图2所示，在风车轴121的前端部以及固定部23的后端部分别安装风车部11以及尾翼部13。风车部11以及尾翼部13也可以分别预先安装于风车轴121以及固定部23。 

接着，图1所示的机舱125配置在图12所示的第一支承板21以及第二支承板22的外缘部上。螺钉130经由机舱125插入在第一支承板21的侧面的螺纹孔213以及第二支承板22的侧面的螺纹孔223中。由此，机舱125固定于第一支承板21以及第二支承板22。进而，其他螺钉130经由机舱125插入在固定部23的螺纹孔234中，且在固定部23固定机舱125的下部。 

在构成主体部12之后，撑杆14固定于固定部23，结束风力发电装置10的组装。 

以上，对风力发电装置10的结构以及组装的流程进行了说明，但是在设置于屋外的风力发电装置10中，需要进行各部件的维修。尤其是传递机构123的第一齿轮51以及第二齿轮52容易磨损而需要定期更换这些部件。对传递机构存在于第一支承板与第二支承板之间的比较例的风力发电装置以及图2的风力发电装置10进行比较。在该情况下，在比较例的风力发电装置中，在更换第一齿轮或第二齿轮时，需要至少拆卸机舱以及第二支承板的大规模作业。与此相对，在风力发电装置10中，由于传递机构123存在于第二支承板22的后方，因此仅仅通过拆卸机舱125，就能够拆卸第一齿轮51以及第二齿轮52。这样一来，在风力发电装置10中，容易进行传递机构123的维修。 

并且，对在固定于第二支承板的支承台上设置发电机的比较例的风力发电装置与图2的风力发电装置10进行比较。在该情况下，在比较例的风力发电装置中，需要调整第二支承板以及支承台的姿势来使发电机轴保持水平。与此相对，在风力发电装置10中，由于发电机122直接固定于第二支承板22，因此能够容易使发电机轴31保持水平。并且，风车轴121的前方部以及后方部被支承于第一支承板21以及第二支承板22。由此，能够容易保持水平。 

除此之外，由于发电机122直接固定于第二支承板22，因此能够容易且精确地确定风车轴121与发电机轴31之间的距离。这样一来，通过正确地以水平且以预定间隔配置风车轴121以及发电机轴31，能够高精度地进行第一齿轮51与第二齿轮52的啮合。其结果是，能够防止因齿轮彼此的啮合不良而发生齿轮的背隙或破损(寿命降低)。并且，能 够防止来自发电机122的输出下降。另外，发电机122只要实际上直接固定于第二支承板22，便也可以使薄板或薄膜状的部件等存在于发电机122与第二支承板22之间。 

通过将发电机122固定于第二支承板22，能够缩短第二齿轮52与发电机122之间的距离。由此，能够降低作用于发电机122内的滚珠轴承431、432的负荷。并且，由于通过第二支承板22的中心轴线J1方向的位置还确定发电机122的位置，因此通过在设计时使第二支承板22的位置移动，能够容易变更风力发电装置10的重心的位置。 

在风力发电装置10中，通过靠近风车轴121配置发电机122，能够使主体部12小型化。并且，通过在第一支承板21与第二支承板22之间配置发电机122，既能确保支承风车轴121的两个滚珠轴承126之间的距离，又能使主体部12小型化。通过使主体部12小型化，抑制了主体部12附近的气流混乱，从而防止了风车部11的转速下降。 

风力发电装置10是风车轴121与发电机轴31经由传递机构123连接的所谓的增速式。由此，即使在风车部11的转速低的情况下，也能够使旋转部3以充分的转速旋转。并且，能够稳定地进行发电。在发电机122中，由于充分确保了旋转部3的转速，因此与不具有传递机构的风力发电装置相比，不用加大定子41等就能够获得较高的输出。 

发电机122与风车轴121并列排列。由此，能够抑制主体部12的在风车轴121所延伸的方向上的大小。其结果是，能够降低机舱125的制造成本。 

在主体部12中，如图12所示，第二支承肋225安装在后方侧的主表面226，即第二支承板主体220的与安装发电机122的主表面227相反的一侧的主表面。并且，从与第一支承肋215垂直的方向观察时，第一支承肋215与发电机122相分离。因此，降低或防止了在将发电机122向图12中的与纸面垂直的方向偏移来拆卸时第一支承肋215以及第二支承肋225与发电机122发生干涉。 

并且，第二支承板22的上端位于相比第一齿轮51的上端靠上方的位置，并且，第二支承板22的在与风车轴121垂直且水平的方向上的 最大宽度比第一齿轮51的在相同方向上的宽度大。由此，在将机舱125安装于第二支承板22时，降低或防止了机舱125强力地与第一齿轮51接触。安装孔部222的直径比第二齿轮52的外径大。由此，能够在将第二齿轮52固定在发电机轴31的状态下，将发电机122安装在第二支承板22或者从第二支承板22卸下。通过使发电机122位于风车轴121的下方，能够利用第二支承板22稳定地支承发电机122。 

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但是本实用新型并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更。 

只要能够稳定地支承发电机122，便也可以在风车轴121的上方将发电机122固定于第二支承板22。包括第一支承肋215的第一支承板21也可以是连成一体的部件。在第二支承板22中也相同。只要第二支承肋225不与发电机122发生干涉，便也可以安装于第二支承板22的前方侧的主表面227。 

第一齿轮51也可以由金属形成。也可以在第一支承板21的下端部设置向下方突出的突起，并使突起与固定部23的孔部嵌合，从而将第一支承板21相对于固定部23进行定位。在第二支承板22中也相同。 

在发电机122中，也可以利用电磁制动器以外的制动机构来防止旋转部3过度旋转。也可以省略制动机构。作为发电机，也可以利用旋转部位于静止部的外侧的外转子型。 

上述实施方式以及各变形例的结构只要不相互矛盾就可以进行适当的组合。 

产业上的可利用性 

本实用新型能够用作利用风力进行发电的风力发电装置。 

附图标记说明： 

10：风力发电装置；11：风车部；21：第一支承板；22：第二支承板；23：固定部；31：发电机轴；33：转子磁铁；41：定子；51：第一齿轮；52：第二齿轮；111：叶片；121：风车轴；122：发电机；123：传递机构；125：机舱；214：第一支承肋；216：(第一支承板的)主表 面；222：安装孔部；224：第二支承肋；226、227：(第二支承板的)主表面；411：定子铁芯；413：线圈；414：齿。 

Claims (8)

1.一种风力发电装置，其具有： 

风车轴，其朝向水平方向； 

风车部，其设置在所述风车轴的前方端，且具有多个叶片，所述多个叶片相对于所述风车轴向径向外侧延伸； 

第一支承板，其在所述风车部的后方支承所述风车轴的前方部； 

第二支承板，其支承所述风车轴的后方部； 

发电机，其在所述风车轴的上方或下方固定于所述第二支承板的前方侧的主表面； 

传递机构，其将来自所述风车轴的动力传递至所述发电机；以及 

机舱，其容纳所述发电机、所述第二支承板以及所述传递机构， 

所述发电机具有： 

发电机轴，其与所述风车轴平行； 

转子磁铁，其与所述发电机轴一同旋转；以及 

定子，其与所述转子磁铁对置， 

所述定子具有：作为层叠钢板的定子铁芯；以及 

设置于所述定子铁芯的齿的线圈， 

其特征在于， 

所述传递机构具有： 

第一齿轮，其在所述第二支承板的后方侧安装于所述风车轴；以及 

第二齿轮，其直径比所述第一齿轮的直径小，且在所述第二支承板的后方侧安装于贯通所述第二支承板的所述发电机轴，且与所述第一齿轮啮合。 

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述发电机位于所述风车轴的下方。 

3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述第二支承板的上端位于相比所述第一齿轮的上端靠上方的位置，且所述第二支承板的与所述风车轴垂直且水平的方向上的最大宽度比所述第一齿轮的相同方向上的宽度大。 

4.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述第二支承板的供所述发电机轴插入的孔部的直径比所述第二齿轮的外径大。 

5.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述风力发电装置还具有固定部，在所述固定部固定所述第一支承 板的下部以及所述第二支承板的下部， 

所述第一支承板具有第一支承肋，所述第一支承肋从后方侧的主表面向后方突出且与所述固定部的上表面抵接， 

从与所述第一支承肋垂直的方向观察时，所述第一支承肋与所述发电机相分离。 

6.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述第二支承板具有第二支承肋，所述第二支承肋从后方侧的主表面向后方突出且与所述固定部的上表面抵接。 

7.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于， 

所述风力发电装置还具有固定部，在所述固定部固定所述第一支承板的下部以及所述第二支承板的下部， 

所述第二支承板具有第二支承肋，所述第二支承肋从后方侧的主表面向后方突出且与所述固定部的上表面抵接。 

8.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于， 

通过所述第一支承板封闭所述机舱的前部。 

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