CN112283016A - 一种风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，包括塔架以及安装在所述塔架上的发电机舱，所述发电机舱内容置能够将风能转化为电能的发电机构，所述发电机构包括中心轴、安装在所述中心轴上的太阳齿轮、与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组啮合的齿圈以及与所述中心轴相连接的发电机，所述中心轴上安装有微型发电叶轮，所述行星齿轮组或所述齿圈上安装有大型发电叶轮。在本发明的技术方案中，在中心轴带动太阳齿轮同步旋转的过程中，利用太阳齿轮、行星齿轮组和齿圈之间的传动比形成增速器，不需要增加辅助动力装置，从而达到提高发电机将风能向电能转换的转换率的目的。

Description

一种风力发电装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电装置。
背景技术
风力发电为环保洁净的能源，在地球资源日渐枯竭及温室效应扩大的今天，风力发电更深受各国重视及发展，然而自然界风的风向及风速不定，因而如何有效的撤职风能为风力发电装置的重要设计要素。
风力发电机是利用风能发电的设备，已知的风力发电机有垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，由于高空风速较大，所以多采用垂直轴风力发电机，所谓垂直轴风力发电机是指发电机叶片的旋转轴与风向相垂直，或叶片的旋转面与风向垂直，垂直轴风力发电机的发电功率取决于叶片的长度或叶轮的半径，目前大型风力发电机的叶片长度都在10米以上。在使用过程中，存在的不足的是，在低风速时，大直径叶轮很难转动，为了克服这一缺陷，现有的发电设备一般会在内部增加一辅助动力装置，辅助动力装置本身是需要耗电的，因此风能的利用率不高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提供一种风力发电装置，其能够替换了现有风力发电装置内部的辅助动力装置，提高风能的利用率。
为实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种风力发电装置，包括塔架以及安装在所述塔架上的发电机舱，所述发电机舱内容置能够将风能转化为电能的发电机构，所述发电机构包括中心轴、安装在所述中心轴上的太阳齿轮、与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组啮合的齿圈以及与所述中心轴相连接的发电机，所述中心轴上安装有微型发电叶轮，所述行星齿轮组或所述齿圈上安装有大型发电叶轮。
在该技术方案中，在中心轴带动太阳齿轮同步旋转的过程中，利用太阳齿轮、行星齿轮组和齿圈之间的传动比形成增速器，这样一来，在低风速环境下通过小型发电叶轮的带动作用下能够带动大型发电叶轮进行旋转，不需要增加辅助动力装置，从而达到提高发电机将风能向电能转换的转换率的目的。
在上述技术方案中，优选地，所述行星齿轮组包括齿轮架以及多个可转动地安装在所述齿轮架上的行星齿轮，所述行星齿轮分别与所述齿圈和所述太阳齿轮啮合，所述大型发电叶轮安装在所述齿轮架上。
在上述技术方案中，优选地，所述齿轮架包括固定架以及与所述固定架一体成型的旋转轴，所述行星齿轮安装在所述固定架上，所述旋转轴与所述发电机相连接、且所述旋转轴套设于所述中心轴上。
在该技术方案中，将齿轮架上的旋转轴套设在中心轴上，这样一来太阳齿轮驱动中心轴旋转和行星齿轮驱动齿轮架旋转能够独立运行，在互不干涉的情况下可同时发电，进一步提高风电转化率。
在上述任一技术方案中，优选地，所述太阳齿轮套设于所述中心轴上，还包括风速传感器以及与所述风速传感器电连接的卡接块，在所述太阳齿轮和所述中心轴上形成与所述卡接块相配合的卡槽，所述风速传感器能够根据感应到的风速大小控制卡接块卡入所述卡槽内，实现所述太阳齿轮与所述中心轴的同步转动。
在该技术方案中，通过风速传感器以及与其电连接的卡接块和卡槽，能够实现风力发电装置在低风速和高风速环境下的两种发电状态进行切换，即低风速环境下通过小型发电叶轮带动中心轴旋转实现发电机发电；高风速环境下小型发电叶轮和大型发电叶轮同时通过中心轴驱动发电机发电。
在上述任一技术方案中，优选地，所述中心轴上向轴心凹陷形成第一卡接部，所述太阳齿轮的内壁向外壁凹陷形成第二卡接部，所述第一卡接部和所述第二卡接部形成所述卡槽。
在上述任一技术方案中，优选地，所述卡槽的横截面为圆形或矩形。
在上述任一技术方案中，优选地，所述行星齿轮、所述太阳齿轮和所述齿圈上的齿为斜齿。
在上述任一技术方案中，优选地，所述微型发电叶轮包括主体以及与所述主体一体成型的多个微型叶片，所述主体与所述中心轴固定连接。
在上述任一技术方案中，优选地，所述大型发电叶轮由多个大型叶片构成，多个所述大型叶片均匀间隔设置在所述齿圈或行星齿轮组上。
在上述任一技术方案中，优选地，所述塔架包括基座以及安装在所述基座上的塔身，所述塔身的底部一侧铰接于所述基座、顶部上设置有固定耳，外部牵引绳能够通过所述固定耳、以所述基座与所述塔身的交界处为支点将所述塔身与所述基座固定或拆卸。
在该技术方案中，能够在风力发电机出现故障时通过牵引绳将风力发电机杆放下来，对风力发电机进行维修，不用爬到高处进行维修，这样可以有效的防止高处作业导致的安全事故，结构简单且具有一定实用价值。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明实施例所涉及风力发电装置的立体结构图；
图2示出了本发明实施例所涉及塔架的立体结构图；
图3示出了本发明一个实施例所涉及风力发电装置的内部结构图；
图4示出了本发明另一个实施例所涉及风力发电装置的内部结构图；
图5示出了本发明实施例所涉及行星齿轮组的结构图；
图6示出了本发明实施例所涉及太阳齿轮与中心轴的连接结构图；
其中，图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
10塔架，11基座，12塔身，13固定耳，20发电机舱，31中心轴，32太阳齿轮，33行星齿轮组，331齿轮架，3311固定架，3312旋转轴，332行星齿轮，34齿圈，35发电机，36微型发电叶轮，361主体，362微型叶片，37大型发电叶轮，41风速传感器，42卡接块，43卡槽。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图6描述根据本发明一些实施例的风力发电装置。
如图1至图3、图5和图6所示，按照本发明一个实施例的风力发电装置，包括塔架10以及安装在所述塔架10上的发电机舱20，所述发电机舱20内容置能够将风能转化为电能的发电机构，所述发电机构包括中心轴31、安装在所述中心轴31上的太阳齿轮32、与所述太阳齿轮32啮合的行星齿轮组33、与所述行星齿轮组33啮合的齿圈34以及与所述中心轴31相连接的发电机35，所述中心轴31上安装有微型发电叶轮36，所述齿圈34上安装有大型发电叶轮37。
在该实施例中，在中心轴31带动太阳齿轮32同步旋转的过程中，利用太阳齿轮32、行星齿轮组33和齿圈34之间的传动比形成增速器，这样一来，在低风速环境下通过微型发电叶轮36的带动作用下能够带动大型发电叶轮37进行旋转，不需要增加辅助动力装置，从而达到提高发电机35将风能向电能转换的转换率的目的。
在本实施例中，太阳齿轮32与中心轴31为一体成型结构或者通过固定件将太阳齿轮32固定在中心轴31上，以实现太阳齿轮32和中心轴31的同轴转动，将微型发电叶轮36安装在中心轴31上，大型发电叶轮37安装在行星齿轮组33或齿圈34上，利用太阳齿轮与行星齿轮组33或齿圈34之间的传动，以实现在低风速环境下同时利用微型发电叶轮36和大型发电叶轮37驱动发电机35进行发电。
需要说明的是，大型发电叶轮37与微型发电叶轮36是根据二者叶片的体积大小来区分的，并不具体限定二者叶片的何种体积属于大型或微型，可选地，大型发电叶轮37上的叶片与微型发电叶轮36上的叶片的体积比为1:3-1:8，优选值为1:5。
如图1、图2、图4至图6所示，按照本发明另一个实施例的风力发电装置，包括塔架10以及安装在所述塔架10上的发电机舱20，所述发电机舱20内容置能够将风能转化为电能的发电机构，所述发电机构包括中心轴31、安装在所述中心轴31上的太阳齿轮32、与所述太阳齿轮32啮合的行星齿轮组33、与所述行星齿轮组33啮合的齿圈34以及与所述中心轴31相连接的发电机35，所述中心轴31上安装有微型发电叶轮36，所述行星齿轮组33包括齿轮架331以及多个可转动地安装在所述齿轮架331上的行星齿轮332，所述行星齿轮332分别与所述齿圈34和所述太阳齿轮32啮合，所述大型发电叶轮37安装在所述齿轮架331上。
在该实施例中，在大型发电叶轮安装在齿轮架331上时，齿圈34为固定件，齿轮架331为旋转件以控制多个大型发电叶轮37旋转，利用太阳齿轮32与行星齿轮之间的传动比实现增速的目的，这样就可以在风速较低的情况下驱动大型发电叶轮37旋转，从而实现发电。
具体地，如图1至图6所示，所述齿轮架331包括固定架3311以及与所述固定架3311一体成型的旋转轴3312，所述行星齿轮332安装在所述固定架3311上，所述旋转轴3312与所述发电机35相连接、且所述旋转轴3312套设于所述中心轴31上。
在该实施例中，将齿轮架331上的旋转轴3312套设在中心轴31上，这样一来太阳齿轮32驱动中心轴31旋转和行星齿轮驱动齿轮架331旋转能够独立运行，在互不干涉的情况下可同时发电，进一步提高风电转化率。
在上述任一实施例中，优选地，如图1至图6所示，所述太阳齿轮32套设于所述中心轴31上，还包括风速传感器41以及与所述风速传感器41电连接的卡接块42，在所述太阳齿轮32和所述中心轴31上形成与所述卡接块42相配合的横截面为圆形或矩形的卡槽43，所述风速传感器41能够根据感应到的风速大小控制卡接块42卡入所述卡槽43内，实现所述太阳齿轮32与所述中心轴31的同步转动。
在该实施例中，通过风速传感器41以及与其电连接的卡接块42和卡槽43，能够实现风力发电装置在低风速和高风速环境下的两种发电状态进行切换，即低风速环境下通过微型发电叶轮带动中心轴31旋转实现发电机发电；高风速环境下微型发电叶轮和大型发电叶轮37同时通过中心轴31驱动发电机发电。
具体地，如图6所示，所述中心轴31上向轴心凹陷形成第一卡接部，所述太阳齿轮32的内壁向外壁凹陷形成第二卡接部，所述第一卡接部和所述第二卡接部形成所述卡槽43。
在本实施例中，可替换地，太阳齿轮32与中心轴31为一体成型结构或者通过固定件将太阳齿轮32固定在中心轴31上，以实现太阳齿轮32和中心轴31的同轴转动，将齿轮架331中的一体成型结构的固定架3311和旋转轴3312替换为通过相配合的卡槽43和卡接块42实现同轴转动，即卡槽43由分别形成与固定架3311和旋转轴3312上的第一卡接部和第二卡接部，卡接块42根据风速传感器41感应到风速大于或等于预设的风速阈值时，驱动卡接块42卡入卡槽43内以实现固定架3311与旋转轴3312同步转动。
在上述任一实施例中，优选地，所述行星齿轮、所述太阳齿轮32和所述齿圈34上的齿为斜齿。
在上述任一实施例中，优选地，如图1至图4所示，所述微型发电叶轮36包括主体361以及与所述主体361一体成型的多个微型叶片362，所述主体361与所述中心轴31固定连接。
在上述任一实施例中，优选地，如图3和图4所示，所述大型发电叶轮37由多个大型叶片构成，多个所述大型叶片均匀间隔设置在所述齿圈34或行星齿轮组33上。
在上述任一实施例中，优选地，如图2所示，所述塔架10包括基座11以及安装在所述基座11上的塔身12，所述塔身12的底部一侧铰接于所述基座11、顶部上设置有固定耳13，外部牵引绳能够通过所述固定耳13、以所述基座11与所述塔身12的交界处为支点将所述塔身12与所述基座11固定或拆卸。
在该实施例中，能够在风力发电机出现故障时通过牵引绳将风力发电机杆放下来，对风力发电机进行维修，不用爬到高处进行维修，这样可以有效的防止高处作业导致的安全事故，结构简单且具有一定实用价值。
需要说明的是，前述的风速传感器41采用现有技术中的具有风速感应功能的常规传感器，本发明仅仅是利用该传感器的相应功能，并不是本发明的创造性所在，其工作原理和结构不再赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电装置，包括塔架以及安装在所述塔架上的发电机舱，所述发电机舱内容置能够将风能转化为电能的发电机构，其特征在于，所述发电机构包括中心轴、安装在所述中心轴上的太阳齿轮、与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组啮合的齿圈以及与所述中心轴相连接的发电机，所述中心轴上安装有微型发电叶轮，所述行星齿轮组或所述齿圈上安装有大型发电叶轮。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：所述行星齿轮组包括齿轮架以及多个可转动地安装在所述齿轮架上的行星齿轮，所述行星齿轮分别与所述齿圈和所述太阳齿轮啮合，所述大型发电叶片安装在所述齿轮架上。
3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于：所述齿轮架包括固定架以及与所述固定架一体成型的旋转轴，所述行星齿轮安装在所述固定架上，所述旋转轴与所述发电机相连接、且所述旋转轴套设于所述中心轴上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：所述太阳齿轮套设于所述中心轴上，还包括风速传感器以及与所述风速传感器电连接的卡接块，在所述太阳齿轮和所述中心轴上形成与所述卡接块相配合的卡槽，所述风速传感器能够根据感应到的风速大小控制卡接块卡入所述卡槽内，实现所述太阳齿轮与所述中心轴的同步转动。
5.根据权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于：所述中心轴上向轴心凹陷形成第一卡接部，所述太阳齿轮的内壁向外壁凹陷形成第二卡接部，所述第一卡接部和所述第二卡接部形成所述卡槽。
6.根据权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于：所述卡槽的横截面为圆形或矩形。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：所述行星齿轮、所述太阳齿轮和所述齿圈上的齿为斜齿。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：所述微型发电叶轮包括主体以及与所述主体一体成型的多个微型叶片，所述主体与所述中心轴固定连接。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：所述大型发电叶轮由多个大型叶片构成，多个所述大型叶片均匀间隔设置在所述齿圈或行星齿轮组上。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：所述塔架包括基座以及安装在所述基座上的塔身，所述塔身的底部一侧铰接于所述基座、顶部上设置有固定耳，外部牵引绳能够通过所述固定耳、以所述基座与所述塔身的交界处为支点将所述塔身与所述基座固定或拆卸。
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