CN105041578A - 一种带有线齿轮增速装置的小型风力发电机 - Google Patents

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陈扬枝
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吕月玲
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Abstract

本发明公开了一种带增速传动装置的小型风力发电机，包括塔架、转动地设置在所述塔架顶端的机舱支架、固定在所述机舱支架上的机舱、发电机、通过风力驱动所述发电机的风轮，所述风轮与发电机机之间，连接设置有将风轮的输入转速增速后输出并驱动发电机发电的线齿轮增速装置。本发明可以利用较小的风力进行发电，具有小型化，体积小、风能利用率高、结构简单、制造成本低的优点，可以满足广大用户的需求，宜于大量推广使用带来了一定的经济效益和社会效益。

Description

一种带有线齿轮增速装置的小型风力发电机
技术领域
本发明属于风力发电机设备，具体涉及到的是一种带有新型线齿轮增速装置的小型风力发电机。
背景技术
风力是一种绿色能源，也是一种可再生能源，具有良好的发展前景。风力发电机，特别是小型风力发电机具有投资小、使用灵活的特点，主要运用于一些有风无电或缺电地区的广大农、牧、渔民以及海岛照明等。目前，小型风力发电机的发展主流是采用直驱式的风力发电，即风轮与发电机直接相连，就是所谓的“无齿轮结构”。但是这种直驱式风力发电的风轮输入转速很低，这就要求电机采用低转速的永磁发电机，这种慢速永磁发电机成本很高而且体积很大，影响了风力发电这种绿色、可再生能源的大面积推广使用，尤其是在广大贫困地区。因此，希望采用半直驱式的风力发电，即用单级齿轮增速传动。在现有技术中，风力发电机的传动增速装置一般为传统齿轮增速机构、蜗轮蜗杆增速机构等，具有制造成本高、体积大、速比小等不足，尤其是单级齿轮传动比比较小，一般不会超过5，若采用多级增速，则齿轮增速器结构相对复杂，体积大，很难小型化，蜗轮蜗杆增速机构传动比比较大，但蜗轮蜗杆的加工要求比较高，所以加工成本也较高，同时蜗轮蜗杆的传动效率也很低，难以满足广大用户的需求。于是，发展一种新型齿轮来满足传统齿轮在小型风力发电中的不足是必然的。线齿轮是由陈扬枝教授提出的一种基于空间共轭曲线啮合原理的新型齿轮，它主要适用于小空间传动，具有体积小、传动比大、没有根切等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种带有新型增速装置的小型风力发电机，它能提高发电机的输入转速、减小发电机体积，降低发电机成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种带增速传动装置的小型风力发电机，包括塔架、转动地设置在所述塔架顶端的机舱支架、固定在所述机舱支架上的机舱、发电机、通过风力驱动所述发电机的风轮，所述风轮与发电机机之间，连接设置有将风轮的输入转速增速后输出并驱动发电机发电的线齿轮增速装置，线齿轮具有速比大、体积小、制造成本低等优点，线齿轮增速装置能在很小环境风力的情况下，将风轮的低转速输入转变为高转速输出，即一般发电机的转速，因此可弃用价格昂贵的慢速永磁发电机改为普通的廉价发电机，满足广大用户的需求。
进一步地，所述线齿轮增速装置包括线齿轮增速箱、前端连接风轮的主轴、位于线齿轮增速箱内的主动线齿轮和从动线齿轮、设置在线齿轮增速箱内的支撑板，所述线齿轮增速箱位于机舱内且固定在机舱支架上，所述主轴通过位于线齿轮增速箱前端的前端深沟球轴承、前端盖和后端的后端深沟球轴承、后端盖设置在线齿轮增速箱上，所述主动线齿轮通过平键套设在主轴上并由主轴的轴肩和套在主轴上的轴向定位装置对其轴向定位，主动线齿轮和从动线齿轮啮合时的两轴交叉角度为00<θ<1800，所述从动线齿轮位于线齿轮增速箱内的一端由支撑板支撑，延伸至线齿轮增速箱外的一端连接发电机，通过采用一对单级线齿轮传动副，即一个主动线齿轮和一个从动线齿轮，线齿均匀的分布在圆柱基体上，线齿轮具有速比大、体积小、制造成本低等优点，重点是能实现在同平面内00<θ<1800任意角度交叉轴之间的啮合传动，这使得增速箱在设计时结构简单且具有灵活性。
进一步地，所述主动线齿轮和从动线齿轮啮合时的两轴交叉角度为θ=900，因小型风力发电机所在高空的环境空间有限，同时为了安装方便，采用正交线齿轮啮合传动，可起到缩小机舱的体积与重量的作用。
进一步地，所述塔架顶端与机舱支架之间设置有回转装置，所述回转装置包括固定连接在塔架顶端的回转体、所述回转体通过回转轴承与机舱支架的轴向内腔转动连接，所述发电机位于在机舱支架的轴向内腔中且设置在回转体上方，通过将发电机设置于已有的机舱支架的轴向内腔内的回转体上，则无需在机舱内额外留出发电机的容纳空间，进一步节约机舱的空间、减小机舱的重量。
进一步地，所述的轴向定位装置包括定位套筒或螺母，定位套筒可以通过与轴承及端盖配合实现定位，而螺母则通过螺纹实现定位。
进一步地，所述风轮包括轮毂和设置在轮毂上的叶片，所述叶片的数量为5，安装角度为8.10，风轮与发电机之间设有增速机构，则传动效率和输出转矩相对减小，为了弥补增速机构带来的这些不足，叶片数的增多使得风轮捕捉风能的效率增大，而安装角的增大以及叶片数的增多，使得风轮输出转矩有所提高。
相比现有技术，本发明提供的小型风力发电机由于采用一种新型线齿轮增速装置，可以利用较小的风力进行发电，具有小型化，体积小、风能利用率高、结构简单、制造成本低的优点，可以满足广大用户的需求，宜于大量推广使用带来了一定的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明一种带线齿轮增速装置的小型风力发电机的结构示意图。
图2是图1中的正交线齿轮增速装置结构示意图。
图中所示为：1-叶片；2-轮毂；3-主轴轴承座；4-线齿轮增速箱；5-主动线齿轮；6-定位套筒；7-后端深沟球轴承；8-后端盖；9-机舱支架；10-机舱；11-主轴；12-支撑板；13-从动线齿轮；14-发电机；15-回转轴承；16-回转体；17-塔架；18-前端盖；19-前端深沟球轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，需要说明的是，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1所示，一种带增速传动装置的小型风力发电机，包括塔架17、转动地设置在所述塔架17顶端的机舱支架9、固定在所述机舱支架9上的机舱10、发电机14、通过风力驱动所述发电机14的风轮，所述风轮与发电机机14之间，连接设置有将风轮的输入转速增速后输出并驱动发电机14发电的线齿轮增速装置，线齿轮具有速比大、体积小、制造成本低等优点，线齿轮增速装置能在很小环境风力的情况下，将风轮的低转速输入转变为高转速输出，即一般发电机的转速，因此可弃用价格昂贵的慢速永磁发电机改为普通的廉价发电机，满足广大用户的需求。
具体而言，在本发明的一个优化实施例中，所述线齿轮增速装置包括线齿轮增速箱4、前端连接风轮的主轴11、位于线齿轮增速箱4内的主动线齿轮5和从动线齿轮13、设置在线齿轮增速箱4内的支撑板12，所述线齿轮增速箱4位于机舱10内且固定在机舱支架9上，所述主轴11通过位于线齿轮增速箱4前端的前端深沟球轴承19、前端盖18和后端的后端深沟球轴承7、后端盖8设置在线齿轮增速箱4上，所述主动线齿轮5通过平键套设在主轴11上并由主轴11的轴肩和套在主轴11上的轴向定位装置对其轴向定位，主动线齿轮5和从动线齿轮13啮合时的两轴交叉角度为00<θ<1800，所述从动线齿轮13位于线齿轮增速箱4内的一端由支撑板12支撑，延伸至线齿轮增速箱4外的一端连接发电机14，通过采用一对单级线齿轮传动副，即一个主动线齿轮和一个从动线齿轮，线齿均匀的分布在圆柱基体上，线齿轮具有速比大、体积小、制造成本低等优点，重点是能实现在同平面内00<θ<1800任意角度交叉轴之间的啮合传动，这使得增速箱在设计时结构简单且具有灵活性。
具体而言，如图2所示，在本发明的一个优化实施例中，所述主动线齿轮5和从动线齿轮13啮合时的两轴交叉角度为θ=900，所述主动线齿轮5的主动线齿和从动线齿轮13的从动线齿分别均匀分布在圆柱基体上，如本实施例中从动线齿轮13的从动线齿呈螺旋状分布在圆柱基体上的圆柱面上，所述主动线齿轮5的主动线齿均匀分布在圆柱基体相对从动线齿轮13的轴向端面上，主动线齿轮和从动线齿轮正交啮合，通过传动达到增速目的，其中，本实施例的线齿轮增速箱4传动比i=6，主动线齿轮5的线齿数为N 1 =18，从动线齿轮13的线齿数为N 2 =3，因小型风力发电机所在高空的环境空间有限，同时为了安装方便，采用正交线齿轮啮合传动，可起到缩小机舱的体积与重量的作用。
具体而言，在本发明的一个优化实施例中，所述塔架17顶端与机舱支架9之间设置有回转装置，所述回转装置包括固定连接在塔架17顶端的回转体16、所述回转体16通过回转轴承15与机舱支架9的轴向内腔转动连接，所述发电机14位于在机舱支架9的轴向内腔中且设置在回转体16上方，由于线齿轮增速箱4是正交增速箱，改变了传动方向，通过将发电机14设置于已有的机舱支架9的轴向内腔内的回转体16上，则无需在机舱10内留出发电机14的容纳空间，进一步节约机舱的空间、减小机舱的重量。
具体而言，在本发明的一个优化实施例中，所述的轴向定位装置包括定位套筒6，定位套筒6可以通过与轴承及端盖配合实现定位，而螺母则通过螺纹实现定位。
具体而言，在本发明的一个优化实施例中，所述风轮包括轮毂2和设置在轮毂2上的叶片1，所述叶片1的数量为5，安装角度为8.10，风轮与发电机之间设有增速机构，则传动效率和输出转矩相对减小，为了弥补增速机构带来的这些不足，叶片数的增多使得风轮捕捉风能的效率增大，而安装角的增大以及叶片数的增多，使得风轮输出转矩有所提高。
本发明的工作原理是：当风力作用于风轮使之以转速A转动时，风轮带动与之连接的线齿轮增速箱4的主轴11同步转动，接着所述主动线齿轮5驱动与之啮合的从动线齿轮13，因线齿轮增速箱4传动比i=6，则从动线齿轮13的输出转速为6A，实现对风轮转速的倍增，达到增速目的，从而使与之连接的发电机14在很小的风力情况下即可启动并达到工作转速，发电机14将机械能转换为电能。而本发明的发电机14采用的是常规发电机，相比低转速的永磁发电机，成本低且体积小。
综上所述，本发明提供的小型风力发电机由于采用了新型线齿轮增速装置，可以利用较小的风力进行发电，具有小型化，体积小、风能利用率高、结构简单、制造成本低的优点，可以满足广大用户的需求，宜于大量推广使用带来了一定的经济效益和社会效益。
上述实施实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带增速传动装置的小型风力发电机，包括塔架（17）、转动地设置在所述塔架（17）顶端的机舱支架（9）、固定在所述机舱支架（9）上的机舱（10）、发电机（14）、通过风力驱动所述发电机（14）的风轮，其特征在于：所述风轮与发电机机（14）之间，连接设置有将风轮的输入转速增速后输出并驱动发电机（14）发电的线齿轮增速装置。
2.根据权利要求（1）所述的带增速传动装置的小型风力发电机，其特征在于：所述线齿轮增速装置包括线齿轮增速箱（4）、前端连接风轮的主轴（11）、位于线齿轮增速箱（4）内的主动线齿轮（5）和从动线齿轮（13）、设置在线齿轮增速箱（4）内的支撑板（12），所述线齿轮增速箱（4）位于机舱（10）内且固定在机舱支架（9）上，所述主轴（11）通过位于线齿轮增速箱（4）前端的前端深沟球轴承（19）、前端盖（18）和后端的后端深沟球轴承（7）、后端盖（8）设置在线齿轮增速箱（4）上，所述主动线齿轮（5）通过平键套设在主轴（11）上并由主轴（11）的轴肩和套在主轴（11）上的轴向定位装置对其轴向定位，主动线齿轮（5）和从动线齿轮（13）啮合时的两轴交叉角度为00<θ<1800，所述从动线齿轮（13）位于线齿轮增速箱（4）内的一端由支撑板（12）支撑，延伸至线齿轮增速箱（4）外的一端连接发电机（14）。
3.根据权利要求2所述的带增速传动装置的小型风力发电机，其特征在于：所述主动线齿轮（5）和从动线齿轮（13）啮合时的两轴交叉角度为θ=900。
4.根据权利要求3所述的带增速传动装置的小型风力发电机，其特征在于：所述塔架（17）顶端与机舱支架（9）之间设置有回转装置，所述回转装置包括固定连接在塔架（17）顶端的回转体（16）、所述回转体（16）通过回转轴承（15）与机舱支架（9）的轴向内腔转动连接，所述发电机（14）位于在机舱支架（9）的轴向内腔中且设置在回转体（16）上方。
5.根据权利要求2所述的带增速传动装置的小型风力发电机，其特征在于：所述的轴向定位装置包括定位套筒（6）或螺母。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的带增速传动装置的小型风力发电机，其特征在于：所述风轮包括轮毂（2）和设置在轮毂（2）上的叶片（1），所述叶片（1）的数量为5,安装角度为8.10。
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