CN105134501A - 混合动能发电*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动能发电***，由辅助动能***、转子***、增速***、发电机、多根传力臂***及动能室组成，多根传力臂***分多层均布于转子***的外周，在所述传力臂***的端部连接动能室，在所述转子***中主传动轴的一端连接辅助动能***，于所述转子***中主传动轴的另一端通过增速***连接发电机。利用本发明将传统生物动能与风能混合利用并驱动转子***将可再生能源转化成电能，有效解决了畜力发电***中心轴与发电机之间的有效耦合，其具有大功率、大结构，不仅实现了多役畜同轴动能调节平衡的问题，还适用于大规模联网建站，能实现千万用户提供优质价廉的电力供应。

Description

混合动能发电***

技术领域

本发明涉及发电设备，尤其涉及一种运用生物动能与风能结合形成混合动力、并利用该混合动力驱动旋转设备使能量转换的发电***。

背景技术

随着人类进入21世纪，社会加速发展，电能被广泛应用于动力、照明、冶金、化学、纺织、通信等各领域，其是科学技术发展、国民经济飞跃的主要动力。原有电能的主要来源是从核能、生物质能、太阳能、风能、水能等可再生能源中获得清洁电力，伴随着化石能源的日益紧缺、以及人类对自然环境造成污染，上述可再生能源受地域、天气及投资条件的限制，其无法满足电力高负荷地区的用电需求，也无法持续提供充足的电力供应。

中国CN201020001199.7号发明专利公开了一种杠杆式畜力发电机组、中国CN201120399127.7号发明专利公开了一种畜力发电混合动能发电***、中国CN201210015343.6号发明专利公开了一种智能化畜力发电混合动能发电***、中国CN201310747539.9号发明专利公开了一种立体式多层畜力发电站，上述四项专利均公开了以畜力为动能发电***的基本原理及结构，但是上述已公开的发电***结构简单，对于动能的生产到转换缺乏科学的可操作性，动能输入大，但是电能产出少，其只能用于农村、山区等作为小功率日用电源使用，由于产生的电量小、电压不稳定，因此无法被市场接受。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供混合动能发电***，利用本发明将传统生物动能与风能混合利用并驱动转子***将可再生能源转化成电能，有效解决了畜力发电***中心轴与发电机之间的有效耦合，其具有大功率、大结构，不仅实现了多役畜同轴动能调节平衡的问题，还适用于大规模联网建站，能实现千万用户提供优质价廉的电力供应。

本发明所采用的技术方案如下：

一种混合动能发电***，由辅助动能***、转子***、增速***、发电机、多根传力臂***及动能室组成，多根传力臂***分多层均布于转子***的外周，在所述传力臂***的端部连接动能室，在所述转子***中主传动轴的一端连接辅助动能***，于所述转子***中主传动轴的另一端通过增速***连接发电机；生物动能通过动能室及传力臂***驱动转子***转动，辅助动能***提供辅助动能也驱动转子***转动，辅助动能与生物动能形成的混合动能由增速***及发电机转换成电能输出。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述转子***的具体结构如下：包括空心的主传动轴，位于所述主传动轴的底部、在所述主传动轴的内部连接轴套，半圆球形的陀螺转子与所述轴套连接；沿所述主传动轴的外周自上而下分别套装调节轮、鼠笼式框架、齿盘及回转轴承，所述鼠笼式框架由上、下布置的圆盘通过框架串联形成多层转子结构；于所述调节轮的内部设置用于与主传动轴外周配合的滚动轴承；于所述齿盘的外圈还配合用于连接增速***的锥齿轮；所述回转轴承的内圈与主传动轴的连接法兰连接，所述连接法兰一体连接于主传动轴的外周；所述回转轴承的外圈与回转轴承底座连接，所述回转轴承底座与基架固接，于所述机架的中心处还开有槽；

沿所述调节轮的外周均布调节杆接头，调节杆的一端与所述调节杆接头连接，所述调节杆的另一端连接调节螺帽；

所述传力臂***包括力臂杆，于所述力臂杆的一端连接力臂杆连接基座，在所述力臂杆连接基座上设置第一减震弹簧；于所述力臂杆的另一端连接固定板，所述固定板通过锁紧件连接滑槽板，于所述固定板与滑槽板之间连接第二减震弹簧，滑轮机构与所述滑槽板的底部连接，在所述滑轮机构内还设置第三减震弹簧；

于各力臂杆之间还连接连接杆，于互为上、下层对应布置的两根力臂杆之间还连接支撑架；

所述动能室包括滑板，在所述滑板上固接用于设置生物动能的牵引架。

所述增速***的具体结构如下：由齿轮增速箱上箱体及齿轮增速箱下箱体连接形成增速箱箱体，于所述增速箱箱体内设置第一转轴，在所述第一转轴上同轴设置从动锥齿轮及一级主动齿轮，在所述第一转轴的两端还安装第一轴承，一级从动齿轮与所述一级主动齿轮互为啮合，第二转轴贯穿所述一级从动齿轮并安装在增速箱箱体内，于所述第二转轴的两端分别设置第二轴承，在所述第二转轴上还同轴设置二级主动齿轮，所述二级主动齿轮与二级从动齿轮互为啮合，第三转轴贯穿所述二级从动齿轮并安装在增速箱箱体内，在所述第三转轴的两端还分别安装第三轴承，在所述第三转轴上还同轴连接三级主动齿轮，所述三级主动齿轮与三级从动齿轮互为啮合，第四转轴贯穿所述三级从动齿轮，在第四转轴的一端还安装第五轴承，太阳圆柱齿轮也同轴布置于第四转轴上，于所述第四转轴上还连接齿圈，所述太阳圆柱齿轮的齿端与行星轮互为啮合，各行星轮的外圈与齿圈的内圈配合，所述行星轮连接行星架，所述行星架通过固定螺栓固接于齿轮增速箱下箱体；所述太阳圆柱齿轮的轴端还分别连接第四轴承与联轴器；

于所述回转轴承底座与基架的连接处还设置钢筋；

所述辅助动能***包括垂直轴风力叶轮组件，由垂直轴风力叶轮组件(1)转动以向转子***提供动能。

本发明的有益效果如下：

(一)本发明采用主传动轴垂直走向，在主传动轴上设置调节轮、回转轴承使主传动轴的动平衡、静平衡得到严格规范，主传动轴启动扭力小、惯性力矩大、动态响应好，利用主动轴底部连接的半球状形陀螺转子结构，陀螺转子结构旋转越块稳定性越好，当回转轴承或主传动轴受摩擦损耗，通过在基架中心部位设置槽，使陀螺转子能在该槽能平稳持续性工作，调节螺帽用于调节调节杆的长度，由此保证主传动轴始终保持垂直。调节杆的布置用于调节主传动轴的垂直度，保证了整个转子***的垂直度。

(二)鼠笼式框架采用上、下圆盘通过框架连接形成串联式多层转子结构(本发明采用双层转子结构)，其适用于力臂短、土地可利用空间小的环境中，充分利用高度空间，达到最佳动力传递和轻量化的安全运行，通过将鼠笼式框架与主传动轴结合为一体，使整个***的质心位置保持不变，同时在传力臂***中采用连接杆、支撑架连接，使各传力臂保持多动能情况下高同步度。

(三)本发明具有动力大、扭力大的优点，利用齿盘及锥齿轮将旋转体集合的动能通过增速***输出，从而实现了增速***与转子***的耦合同步运行。本发明采用垂直轴风力叶轮组件，由此增加了旋转力矩和动能，根据役畜徒步速度为0.8～1.1m/s，本发明布置于较为广阔的区域建站，广阔区域的风俗均可超过1级以上，其对本发明整体***起辅助动能作用，减小了役畜的使用数量，减轻了役畜的体力，确保了全***旋转方向的一致性，大大提高了动能的产生和输入输出功效。

(四)本发明动力源采用生物动能(役畜动能)，由于生物动能徒步速度慢(旋转速度低、力矩大)，而发电机额定转速往往会很高，因此本发明采用合适的齿轮模数和精确的齿数配置，经过精工制造成型，在运动过程中有效避免产生过大侧隙而引起较大的破坏性冲击振动，另外利用提高齿面的接触强度、宽度和合理控制动态齿隙率、齿廓曲率等关键技术，使齿轮的最大滑动率相对等，从而降低齿面接触应力，提高齿轮的抗胶合和耐磨损能力。其次，选择了合适的变位系数，保证节点较好的在两对齿啮合区内，从而分解了每一对啮合轮齿上的载荷，显著提高了承载能力。本发明将发电机转速设计控制在150转～450转内，可以提高永磁直驱发电机的性价比并降低本机重量、体积。对较小转矩状态产生较大转速的工况时，甚能稳定发挥电能输出最大比。

(五)为了适应大功率、大规模、模块化制造的安装需要，本发明采用了大结构、全制式、高强度的力臂杆结构，在各力臂杆上设置滑轮机构可以实现力臂杆动态运行时各滑轮机构在地面轨道的摩擦转动，从而将大部分力臂杆重量通过滑轮机构传导至地面，通过在滑轮机构及力臂杆上分别设置减震弹簧，其能保证力臂杆及滑轮机构动态进程中力的稳定性，同时可以消除滑轮机构在动态行程中上、下的颠簸，保证力量输出的稳定及有效作用。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为图1在A-A方向的剖视结构示意图。

图3为图1在B-B方向的剖视结构示意图。

图4为本发明的局部结构示意图。

图5为本发明中增速***的前视图。

图6为图5的后视图。

图7为图5在C-C方向的剖视结构示意图。

图8为图3在A处的放大结构示意图。

图9为图3在B处的放大结构示意图。

图10为图3在C处的放大结构示意图。

图11为图3在D处的放大结构示意图。

图12为图3在E处的放大结构示意图。

其中：1、垂直轴风力叶轮组件；2、滚动轴承；3、调节轮；301、调节杆接头；4、主传动轴；5、调节杆；6、调节螺帽；7、力臂杆；8、牵引架；9、滑轮机构；10、鼠笼式框架；11、支撑架；12、连接杆；13、第二减震弹簧；14、第三减震弹簧；15、第一力臂杆连接基座；16、第一减震弹簧；17、齿盘；1701、第一螺栓；1702、第二螺栓；1703、第三螺栓；18、回转轴承；19、回转轴承底座；20、增速***；201、齿轮增速箱上箱体；202、从动锥齿轮；203、一级主动齿轮；204、一级从动齿轮；205、二级主动齿轮；206、二级从动齿轮；207、三级主动齿轮；208、三级从动齿轮；209、第五轴承；2010、太阳圆柱齿轮；2011、行星轮；2012、齿圈；2013、齿轮增速箱下箱体；2014、行星架；2016、第四轴承；2017、固定螺栓；2018、第三转轴；2019、第三轴承；2020第二转轴；2021、第二轴承；2022、第一转轴；2023、第一轴承；2024、第四转轴；21、发电机；22、联轴器；23、基架；24、控制柜；25、陀螺转子；26、锥齿轮；27、钢筋；28、槽；29、轴套；30、连接法兰；32、滑槽板；33、滑板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2及图3所示，混合动能发电***由辅助动能***、转子***、增速***20、发电机21、多根传力臂***及动能室组成，本发明中辅助动能包括所述辅助动能***包括垂直轴风力叶轮组件1，由垂直轴风力叶轮组件1转动以向转子***提供动能。根据实际生产情况也可以采用其他设备提供磁动能等可再生能源，从而使动能室的生物动能更省力。多根传力臂***分多层均布于转子***的外周，在传力臂***的端部连接动能室，在转子***中主传动轴4的一端连接垂直轴风力叶轮组件1，于转子***中主传动轴4的另一端通过增速***20连接发电机21；生物动能通过动能室及传力臂***驱动转子***转动，垂直轴风力叶轮组件1提供风能也驱动转子***转动，风能与生物动能形成的混合动能由增速***20及发电机21转换成电能输出。

如图2、图3及图4所示，转子***的具体结构如下：包括空心的主传动轴4，位于主传动轴4的底部、在主传动轴4的内部连接轴套29，半球形的陀螺转子25与轴套29连接；沿主传动轴4的外周自上而下分别套装调节轮3、鼠笼式框架10、齿盘17及回转轴承18，鼠笼式框架10由上、下布置的圆盘通过框架串联形成双层转子结构(根据实际生产情况可以是多层转子结构)；于调节轮3的内部设置用于与主传动轴4外周配合的滚动轴承2。沿调节轮3的外周均布调节杆接头301，调节杆5的一端与调节杆接头301连接，调节杆5的另一端连接调节螺帽6，调节螺帽6用于调节调节杆5的长度，由此保证主传动轴4始终保持垂直。于齿盘17的外圈还配合用于连接增速***20的锥齿轮26。回转轴承18的内圈与主传动轴4的连接法兰30通过第二螺栓1702连接，连接法兰30一体连接于主传动轴4的外周；回转轴承18的外圈通过第三螺栓1703与回转轴承底座19连接，回转轴承底座19与基架23固接，于机架23的中心处还开有与半球状形陀螺转子25位置相对应的槽28，槽28设为圆槽，若回转轴承18在长期使用受摩擦损耗后，主传动轴4上的陀螺转子25落入槽28内，从而保证主传动轴4的垂直度，从而不影响本发明整个***的工作。在回转轴承18未损耗时，陀螺转子25与槽28之间不接触。于上述回转轴承底座19与基架23的连接处还设置钢筋27。

如图1、图2、图3、图8至图12所示，传力臂***包括力臂杆7，于力臂杆7的一端连接力臂杆连接基座15，力臂杆连接基座15均布于上述鼠笼式框架10中圆盘的外圈处，在力臂杆连接基座15上设置第一减震弹簧16；于力臂杆7的另一端连接固定板31，固定板31通过锁紧件连接滑槽板32，于固定板31与滑槽板32之间连接第二减震弹簧13，滑轮机构9与滑槽板32的底部连接，在滑轮机构9内还设置第三减震弹簧14。于各力臂杆7之间还连接连接杆12，于互为上、下层对应布置的两根力臂杆7之间还连接支撑架11。

如图1、图2及图3所示，动能室包括与滑槽板32滑动连接的滑板33，在滑板33上固接用于设置生物动能的牵引架8，牵引架8采用异形架体，牵引架8为“U”或“W”或“UU”或“WW”或“UW”中的任意一种；

增速***20的具体结构如下：由齿轮增速箱上箱体201及齿轮增速箱下箱体2013连接形成增速箱箱体，于增速箱箱体内设置第一转轴2022，在第一转轴2022上同轴设置从动锥齿轮202及一级主动齿轮203，从动锥齿轮202与上述锥齿轮26啮合，在第一转轴2022的两端还安装第一轴承2023，一级从动齿轮204与一级主动齿轮203互为啮合，第二转轴2020贯穿一级从动齿轮204并安装在增速箱箱体内，于第二转轴2020的两端分别设置第二轴承2021，在第二转轴2020上还同轴设置二级主动齿轮205，二级主动齿轮205与二级从动齿轮206互为啮合，第三转轴2018贯穿二级从动齿轮206并安装在增速箱箱体内，在第三转轴2018的两端还分别安装第三轴承2019，在第三转轴2018上还同轴连接三级主动齿轮207，三级主动齿轮207与三级从动齿轮208互为啮合，第四转轴2024贯穿三级从动齿轮208，在第四转轴2024的一端还安装第五轴承209于第四转轴2024上还同轴连接齿圈2012，齿圈2012的内圈与行星轮2011互为啮合，行星轮2011的齿端与太阳圆柱齿轮2010互为啮合，太阳圆柱齿轮2010也同轴布置于第四转轴2024上，行星轮2011连接行星架2014，行星架2014通过固定螺栓2017固接于齿轮增速箱下箱体2013；太阳圆柱齿轮2010的轴端还分别连接第四轴承2016与联轴器22，联轴器22用于与发电机21连接，发电机21由控制柜24控制。

本发明的具体工作过程如下：

如图1、图2及图3所示，通过牵引架8及缰绳与生物动能(牛、马、驴等畜类或人)缠绕，生物动能在轨道内移动由牵引架8向力臂杆7传递动力，牵引架8的布置使本发明能针对生物动能的类别、体格等进行适量调节，防止生物动能蛮力造成的对零部件损坏及生物动能自身伤害。各力臂杆7之间通过支撑架11及连接杆12传递动力，使分散的作用力集中向转子***传导，力臂杆7受力由滑轮机构9在相应的地面轨道内摩擦转动，从而将大部分力臂重量通过各滑轮机构传导至地面，在上述各滑轮机构9内还设置第三减震弹簧14，同时在各力臂杆7上也分别设置第一减震弹簧16及第二减震弹簧13，减震弹簧能缓冲力臂杆104的轴向力，防止力臂杆7局部损坏。采用垂直轴风力叶轮组件1提供风能，大大节省了生物动能发力。如图5、图6及图7所示，力臂杆7将动力传递至齿盘17及锥齿轮26，由于锥齿轮26与增速***20中的从动锥齿轮202互为啮合，并且从动锥齿轮202与一级主动齿轮203通过第一转轴2022同轴布置，因此动力由从锥齿轮202顺序传递至一级主动齿轮203、一级从动齿轮204、二级主动齿轮205、二级从动齿轮206、三级主动齿轮207、三级从动齿轮208，由于三级从动齿轮208与第四转轴2024连接，并且第四转轴2024还同轴连接齿圈2012，因此由第四转轴2024转动带动齿圈2012转动，由于齿圈2012的内圈与行星轮2011的外圈啮合，因此使齿圈2012带动行星轮2011转动，同时行星轮2011又于太阳圆柱齿轮2010的齿端互为啮合，并且太阳圆柱齿轮2010的轴端连接联轴器22，因此太阳圆柱齿轮2010转动并带动联轴器22，由联轴器22带动电机21转动，由增速***20分配合适的速比至发电机21，使发电机21的电能输出稳定，发电机21由控制柜24控制电流、电压。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.混合动能发电***，其特征在于：由辅助动能***、转子***、增速***(20)、发电机(21)、多根传力臂***及动能室组成，多根传力臂***分多层均布于转子***的外周，在所述传力臂***的端部连接动能室，在所述转子***中主传动轴(4)的一端连接辅助动能***，于所述转子***中主传动轴(4)的另一端通过增速***(20)连接发电机(21)；生物动能通过动能室及传力臂***驱动转子***转动，辅助动能***提供辅助动能也驱动转子***转动，辅助动能与生物动能形成的混合动能由增速***(20)及发电机(21)转换成电能输出。

2.如权利要求1所述的混合动能发电***，其特征在于：所述转子***的具体结构如下：包括空心的主传动轴(4)，位于所述主传动轴(4)的底部、在所述主传动轴(4)的内部连接轴套(29)，半圆球形的陀螺转子(25)与所述轴套(29)连接；沿所述主传动轴(4)的外周自上而下分别套装调节轮(3)、鼠笼式框架(10)、齿盘(17)及回转轴承(18)，所述鼠笼式框架(10)由上、下布置的圆盘通过框架串联形成多层转子结构；于所述调节轮(3)的内部设置用于与主传动轴(4)外周配合的滚动轴承(2)；于所述齿盘(17)的外圈还配合用于连接增速***(20)的锥齿轮(26)；所述回转轴承(18)的内圈与主传动轴(4)的连接法兰(30)连接，所述连接法兰(30)一体连接于主传动轴(4)的外周；所述回转轴承(18)的外圈与回转轴承底座(19)连接，所述回转轴承底座(19)与基架(23)固接，于所述机架(23)的中心处还开有槽(28)。

3.如权利要求2所述的混合动能发电***，其特征在于：沿所述调节轮(3)的外周均布调节杆接头(301)，调节杆(5)的一端与所述调节杆接头(301)连接，所述调节杆(5)的另一端连接调节螺帽(6)。

4.如权利要求1所述的混合动能发电***，其特征在于：所述传力臂***包括力臂杆(7)，于所述力臂杆(7)的一端连接力臂杆连接基座(15)，在所述力臂杆连接基座(15)上设置第一减震弹簧(16)；于所述力臂杆(7)的另一端连接固定板(31)，所述固定板(31)通过锁紧件连接滑槽板(32)，于所述固定板(31)与滑槽板(32)之间连接第二减震弹簧(13)，滑轮机构(9)与所述滑槽板(32)的底部连接，在所述滑轮机构(9)内还设置第三减震弹簧(14)。

5.如权利要求4所述的混合动能发电***，其特征在于：于各力臂杆(7)之间还连接连接杆(12)，于互为上、下层对应布置的两根力臂杆(7)之间还连接支撑架(11)。

6.如权利要求1所述的混合动能发电***，其特征在于：所述动能室包括滑板(33)，在所述滑板(33)上固接用于设置生物动能的牵引架(8)。

7.如权利要求1所述的混合动能发电***，其特征在于：所述增速***(20)的具体结构如下：由齿轮增速箱上箱体(201)及齿轮增速箱下箱体(2013)连接形成增速箱箱体，于所述增速箱箱体内设置第一转轴(2022)，在所述第一转轴(2022)上同轴设置从动锥齿轮(202)及一级主动齿轮(203)，在所述第一转轴(2022)的两端还安装第一轴承(2023)，一级从动齿轮(204)与所述一级主动齿轮(203)互为啮合，第二转轴(2020)贯穿所述一级从动齿轮(204)并安装在增速箱箱体内，于所述第二转轴(2020)的两端分别设置第二轴承(2021)，在所述第二转轴(2020)上还同轴设置二级主动齿轮(205)，所述二级主动齿轮(205)与二级从动齿轮(206)互为啮合，第三转轴(2018)贯穿所述二级从动齿轮(206)并安装在增速箱箱体内，在所述第三转轴(2018)的两端还分别安装第三轴承(2019)，在所述第三转轴(2018)上还同轴连接三级主动齿轮(207)，所述三级主动齿轮(207)与三级从动齿轮(208)互为啮合，第四转轴(2024)贯穿所述三级从动齿轮(208)，在第四转轴(2024)的一端还安装第五轴承(209)，太阳圆柱齿轮(2010)也同轴布置于第四转轴(2024)上，于所述第四转轴(2024)上还连接齿圈(2012)，所述太阳圆柱齿轮(2010)的齿端与行星轮(2011)互为啮合，各行星轮(2011)的外圈与齿圈(2012)的内圈配合，所述行星轮(2011)连接行星架(2014)，所述行星架(2014)通过固定螺栓(2017)固接于齿轮增速箱下箱体(2013)；所述太阳圆柱齿轮(2010)的轴端还分别连接第四轴承(2016)与联轴器(22)。

8.如权利要求2所述的混合动能发电***，其特征在于：于所述回转轴承底座(19)与基架(23)的连接处还设置钢筋(27)。

9.如权利要求1所述的混合动能发电***，其特征在于：所述辅助动能***包括垂直轴风力叶轮组件(1)，由垂直轴风力叶轮组件(1)转动以向转子***提供动能。