CN219344877U - 一种改进型水平轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风力发电机技术领域，技术问题是避免强风天气对风力发电机造成损坏，本实用新型涉及一种改进型水平轴风力发电机，包括塔架、顶部平台、主轴、轮毂、三片风叶、调航机构、多级增速机构、发电机、电磁刹车机构、风向检测仪、风速检测仪及风力机电控系统、可实现风叶变桨及径向伸出尺寸调节的三组复合运动驱动机构，轮毂通过三组复合运动驱动机构与三片风叶连接；每组复合运动驱动机构包括径向套座、螺母套、花键套、电机、主动齿轮、从动齿轮、传动轴、压盖；多级增速机构采用三级齿轮传动增速机构，四组电磁刹车机构中的两组对应于主轴、一组对应于二级增速轴、一组对应于三级增速轴。本发电机避免了在强风天气下被破坏。

Description

一种改进型水平轴风力发电机

技术领域

本实用新型属于风力发电机技术领域，具体涉及一种改进型水平轴风力发电机。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的装置，主要由叶片，发电机，机械部件和电气部件组成。根据旋转轴的不同，风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类，目前市场上水平轴风力发电机占主流位置。

专利申请号为:2021223433987,名称为：一种水平轴风力发电机的实用新型专利，主要包括塔架、顶部平台、主轴、轮毂、三片风叶、变桨机构、调航机构、多级增速机构、发电机、刹车机构、风向检测仪、风速检测仪及风力机电控系统。该专利技术方案可实现风叶变桨和调航，具有调整和操作方便的优点，另外，可实现刹车，避免了风速过高时，对结构件造成损伤。

该水平轴风力发电机在使用过程中存在一下技术问题：

在遇到极端恶劣天气，比如大风和强风天气时，风叶高速旋转，产生了较大的离心力，由于风叶径向伸出尺寸较长且固定，易于对风叶的底部连接部位造成损坏。另外，现有的单级刹车方式，在应对极端恶劣天气的情况下，刹车力度欠佳，还需要进一步改善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可调节风叶的径向伸出尺寸，且可提高刹车力度，从而可降低在强风恶劣环境下对风力发电机造成破坏的改进型水平轴风力发电机。

本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种改进型水平轴风力发电机，包括塔架、顶部平台、主轴、轮毂、三片风叶、调航机构、多级增速机构、发电机、电磁刹车机构、风向检测仪、风速检测仪及风力机电控系统；所述顶部平台同轴可转动式安装于塔架的顶板上方；所述调航机构安装于塔架的顶板外侧，并与顶部平台驱动配合；所述主轴通过多个轴支座水平可转动式支撑在顶部平台上方，所述主轴通过多级增速机构与发电机连接，所述多级提速机构及发电机均安装在顶部平台上，主轴的前端部与轮毂同轴固定连接，其特征在于：

还包括可实现风叶变桨及径向伸出尺寸调节的三组复合运动驱动机构，所述轮毂通过沿圆周均布的三组复合运动驱动机构分别与三片风叶连接；每组复合运动驱动机构包括径向套座、螺母套、花键套、电机、主动齿轮、从动齿轮、传动轴、压盖；

所述径向套座内端部与轮毂外侧固定连接，所述螺母套与花键套内外依次设置于径向套座的内孔中；所述螺母套与径向套装固定连接；所述花键套与径向套座的内孔呈间隙配合，并通过安装于径向套外端的压盖形成轴向限位；所述电机固定安装在径向套座的外部，所述电机的输出端与主动齿轮连接，所述从动齿轮设置于压盖的外侧，并与花键套的外端同轴焊接，所述从动齿轮与主动齿轮啮合；所述传动轴通过外螺纹杆段与螺母套形成螺纹连接，通过外花键段与花键套内孔及从动齿轮内孔形成花键配合，所述传动轴的外端与风叶轴内端同轴固定连接；

所述多级增速机构采用三级齿轮传动增速机构，包括一级增速轴、二级增速轴和三级增速轴；所述主轴、一级增速轴、二级增速轴和三级增速轴依次通过齿轮啮合；

所述电磁刹车机构为四组，四组刹车机构中的两组对应于主轴、一组对应于二级增速轴、一组对应于三级增速轴。

而且，在轮毂上沿圆周方向均布制有三个安装平面，在每个安装平面位置设置有一径向安装孔；三个径向套座的内端部分别插装于三个径向安装孔内，在三个径向套座靠近内端的位置焊接有法兰，通过法兰与对应的安装平面压紧接触，并通过连接于法兰与轮毂上的螺钉，使径向套座的内端与轮毂形成固定连接。

而且，所述主轴通过连接轴与轮毂连接；连接轴的前端为螺纹杆结构，在轮毂上设置有中心螺纹孔，螺纹杆与中心螺纹孔形成螺纹连接，在螺纹杆上位于轮毂的后端依次压紧安装有平垫圈、弹簧垫圈和锁紧螺母，使连接轴与轮毂形成同轴固定连接；连接轴的后端与主轴前端通过联轴器连接。

而且，所述调航机构为四组，四组调航机构沿顶部平台的圆周方向均布设置，每组调航机构包括调航驱动电机和由调航驱动电机驱动的调航主齿轮，四个调航主齿轮与固定于或一体成型于顶部平台外圈的外齿部啮合。

本实用新型具有的优点和积极效果为：

1、本实用新型采用复合运动驱动机构实现风叶与轮毂的连接，在风速检测仪检测到强风的天气情况下，可启动对应的电机，驱动传动轴旋转，传动轴在旋转的过程中，同时向内进行直线运动，减小风叶的径向伸出尺寸，实现了风叶收回，减小了强风对风叶的作用力，从而避免了强风对风力发电机造成损坏。另外，在风速正常或较小的情况下，可反向启动电机，使传动轴向外进行直线运动，从而可增大风叶的径向伸出尺寸，进而增大对风叶的作用力，有利于提高风力发电机的发电效率。

2、本实用新型采用三级齿轮传动增速机构，提高了发电机的输入速度，可提高发电机的输出功率。

3、本实用新型在对应于主轴配置两组刹车机构、对应于二级增速轴和三级增速轴各配置一组刹车机构，通过四组刹车机构，提高了刹车作用力，保证了在遇到强风天气的情况下，实现风力发电机的快速稳定刹车。

4、本实用新型采用四组调航机构，增大了调航驱动力。

5、本实用新型通过连接轴连接轮毂与主轴，且连接轴与轮毂通过螺纹配合连接，可实现快速安装和拆解，具有安装和拆解方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的正视图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型中风叶与轮毂的连接示意图；

图4是本实用新型中电磁刹车机构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本实用新型的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种改进型水平轴风力发电机，请参见图1-图4，包括塔架11、顶部平台6、主轴5、轮毂3、三片风叶1、调航机构10、多级增速机构12、发电机13、电磁刹车机构14、风向检测仪8、风速检测仪7及风力机电控系统9。

所述顶部平台同轴可转动式安装于塔架的顶板11.1上方，具体安装方式参见专利申请号为:2021223433987,名称为：一种水平轴风力发电机的实用新型专利，在此不再赘述。所述调航机构安装于塔架的顶板外侧，并与顶部平台驱动配合。即通过调航机构驱动顶部平台旋转一定角度，实现风力发电机的航向调节。

所述主轴通过多个轴支座水平可转动式支撑在顶部平台上方，所述主轴通过多级增速机构与发电机连接，所述多级提速机构及发电机均安装在顶部平台上，主轴的前端部与轮毂同轴固定连接。

基于上述结构特征的基础上，本专利的发明点包括：

1、改变了风叶与轮毂的连接方式，具体为：还包括可实现风叶变桨及径向伸出尺寸调节的三组复合运动驱动机构2，所述轮毂通过沿圆周均布的三组复合运动驱动机构分别与三片风叶连接；每组复合运动驱动机构包括径向套座2.6、螺母套2.8、花键套2.5、电机2.7、主动齿轮2.3、从动齿轮2.2、传动轴2.1、压盖2.4。

所述径向套座内端部与轮毂外侧固定连接，具体连接结构为：在轮毂上沿圆周方向均布制有三个安装平面，在每个安装平面位置设置有一径向安装孔，并在径向安装孔的外围设置四个螺纹孔。三个径向套座的内端部分别插装于三个径向安装孔内，在三个径向套座靠近内端的位置焊接有法兰，并在法兰上设置四个螺钉穿装孔，通过法兰与对应的安装平面压紧接触，并通过连接于法兰与轮毂上的螺钉，使径向套座的内端与轮毂形成固定连接。该连接结构，具有连接牢固，安装和拆解方便的优点。

所述螺母套与花键套内外依次设置于径向套座的内孔中；所述螺母套与径向套装通过紧固配合、销轴连接等方式固定连接。所述花键套与径向套座的内孔呈间隙配合，并通过安装于径向套外端的压盖形成轴向限位，即花键套可在径向套座内转动，但不能上下移动。所述电机固定安装在径向套座的外部，所述电机的输出端与主动齿轮连接，所述从动齿轮设置于压盖的外侧，并与花键套的外端同轴焊接，所述从动齿轮与主动齿轮啮合。所述传动轴由位于内端的外螺纹杆段、位于中部的外花键段和位于外端的光轴段构成。所述传动轴通过外螺纹杆段与螺母套形成螺纹连接，通过外花键段与花键套内孔及从动齿轮内孔形成花键配合，所述传动轴的外端与风叶轴内端同轴固定连接，具体的，在传动轴的外端焊接法兰，在风叶轴的内端叶焊接法兰，两法兰压紧接触，通过螺栓固定连接。

2、所述多级增速机构采用三级齿轮传动增速机构，包括一级增速轴12.1、二级增速轴12.2和三级增速轴12.3。所述主轴和一级增速轴通过齿轮啮合、一级增速轴和二级增速轴通过齿轮啮合、二级增速轴和三级增速轴通过齿轮啮合，实现将主轴的动力依次传递到一级增速轴、二级增速轴和三级增速轴，并最后通过三级增速轴将动力传递给发电机。该三级增速机构可提高发电机的输入速度，从而可提高发电机的输出功率。

3、在采用上述三级齿轮传动增速机构的基础上，采用了四组电磁刹车机构，四组刹车机构中的两组对应于主轴、一组对应于二级增速轴、一组对应于三级增速轴，即在进行刹车时，分别制动主轴、二级增速轴及三级增速轴。每组电磁刹车机构包括刹车作用件14.1、电磁压块14.2、复位弹簧14.3、刹车固定架14.4，该四个结构件之间的连接关系及位置关系、电磁刹车机构的工作原理参见专利申请号为:2021223433987,名称为：一种水平轴风力发电机的实用新型专利，在此不再赘述。

4、改变了主轴与轮毂的连接结构，具体的：所述主轴通过连接轴4与轮毂连接；连接轴的前端为螺纹杆结构，在轮毂上设置有中心螺纹孔，螺纹杆与中心螺纹孔形成螺纹连接，在螺纹杆上位于轮毂的后端依次压紧安装有平垫圈、弹簧垫圈和锁紧螺母，使连接轴与轮毂形成同轴固定连接；连接轴的后端与主轴前端通过联轴器连接。该连接结构具有安装和拆解方便的优点。

5、调航机构增加为四组，四组调航机构沿顶部平台的圆周方向均布设置，每组调航机构包括调航驱动电机10.2和由调航驱动电机驱动的调航主齿轮10.1，四个调航主齿轮与固定于或一体成型于顶部平台外圈的外齿部啮合。采用四组调航机构增大了调航的驱动力。

此外，在风力机电控系统的外控制箱的上端安装有两个上述的风向检测仪和一个上述的风速检测仪，分别用于监测风向和风速大小。风力机电控系统用于根据风向检测仪和风速检测仪控制调航机构、复合运动驱动机构及电磁刹车机构的工作状态。

本实用新型进行变桨的工作原理：在正常状态下，通过2个风向检测仪的实时监测风向的变化，将风向信号传输给风力机控制系统，风力机控制系统控制复合运动驱动机构的电机运转，电机驱动主动齿轮进行旋转，主动齿轮带动从动齿轮进行旋转，从动齿轮通过花键套驱动传动轴旋转，传动轴带动风叶旋转一定角度，从而实现风叶变桨，使风叶旋转到与风向最佳匹配的角度。

本实用新型进行调航的工作原理：通过2个风向检测仪的实时监测风向的变化，将风向信号传输给风力机控制系统，风力机控制系统控制四个调航电机进行转动，调航电机带动调航主齿轮旋转，调航主动齿轮驱动顶部平台旋转，实现风力发电机调航。

本实用新型进行风叶径向伸出长度调节的工作原理：通过风速检测仪实时监测风速的大小，将风速信号传输给风力机控制系统，当外界风速大于设定的阈值时，风力机控制系统控制复合运动驱动机构的电机运转，电机驱动主动齿轮进行旋转，主动齿轮带动从动齿轮进行旋转，从动齿轮通过花键套驱动传动轴旋转，传动轴与固定的螺母套通过螺纹连接，在传动轴旋转的过程中，实现沿径向向内移动，从而带动风叶向内移动，实现风叶外伸出尺寸的减小。而当外界风速正常的情况下，可反正电机，实现风叶向外伸出。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种改进型水平轴风力发电机，其特征在于：包括塔架、顶部平台、主轴、轮毂、三片风叶、调航机构、多级增速机构、发电机、电磁刹车机构、风向检测仪、风速检测仪及风力机电控系统；所述顶部平台同轴可转动式安装于塔架的顶板上方；所述调航机构安装于塔架的顶板外侧，并与顶部平台驱动配合；所述主轴通过多个轴支座水平可转动式支撑在顶部平台上方，所述主轴通过多级增速机构与发电机连接，所述多级增速机构及发电机均安装在顶部平台上，主轴的前端部与轮毂同轴固定连接，其特征在于：

还包括可实现风叶变桨及径向伸出尺寸调节的三组复合运动驱动机构，所述轮毂通过沿圆周均布的三组复合运动驱动机构分别与三片风叶连接；每组复合运动驱动机构包括径向套座、螺母套、花键套、电机、主动齿轮、从动齿轮、传动轴、压盖；

所述径向套座内端部与轮毂外侧固定连接，所述螺母套与花键套内外依次设置于径向套座的内孔中；所述螺母套与径向套装固定连接；所述花键套与径向套座的内孔呈间隙配合，并通过安装于径向套外端的压盖形成轴向限位；所述电机固定安装在径向套座的外部，所述电机的输出端与主动齿轮连接，所述从动齿轮设置于压盖的外侧，并与花键套的外端同轴焊接，所述从动齿轮与主动齿轮啮合；所述传动轴通过外螺纹杆段与螺母套形成螺纹连接，通过外花键段与花键套内孔及从动齿轮内孔形成花键配合，所述传动轴的外端与风叶轴内端同轴固定连接；

所述多级增速机构采用三级齿轮传动增速机构，包括一级增速轴、二级增速轴和三级增速轴；所述主轴、一级增速轴、二级增速轴和三级增速轴依次通过齿轮啮合；

所述电磁刹车机构为四组，四组刹车机构中的两组对应于主轴、一组对应于二级增速轴、一组对应于三级增速轴。

2.根据权利要求1所述的改进型水平轴风力发电机，其特征在于：在轮毂上沿圆周方向均布制有三个安装平面，在每个安装平面位置设置有一径向安装孔；三个径向套座的内端部分别插装于三个径向安装孔内，在三个径向套座靠近内端的位置焊接有法兰，通过法兰与对应的安装平面压紧接触，并通过连接于法兰与轮毂上的螺钉，使径向套座的内端与轮毂形成固定连接。

3.根据权利要求1所述的改进型水平轴风力发电机，其特征在于，所述主轴通过连接轴与轮毂连接；连接轴的前端为螺纹杆结构，在轮毂上设置有中心螺纹孔，螺纹杆与中心螺纹孔形成螺纹连接，在螺纹杆上位于轮毂的后端依次压紧安装有平垫圈、弹簧垫圈和锁紧螺母，使连接轴与轮毂形成同轴固定连接；连接轴的后端与主轴前端通过联轴器连接。

4.根据权利要求1所述的改进型水平轴风力发电机，其特征在于：所述调航机构为四组，四组调航机构沿顶部平台的圆周方向均布设置，每组调航机构包括调航驱动电机和由调航驱动电机驱动的调航主齿轮，四个调航主齿轮与固定于或一体成型于顶部平台外圈的外齿部啮合。

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