专利名称：发条储能式风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于风力发电领域。尤其涉及发条储能式风力发电机。 技术背景风力发电是目前世界上大力提倡和发展的清洁能源之一。现有的风力发电设备分 为小型及大型两种。小型风力发电设备主要由风扇叶、发电机、尾翼、偏航系统和逆变器、卸 荷器、蓄电池组等构成。大型风力发电设备主要由风扇叶、增速器、发电机、风叶偏航系统、 电气系统、液压系统、逆变卸荷和恒频恒速调整装置等构成。小型风电设备风扇叶固定在发电机轴上、尾翼及偏转机构固定在发电机壳体上， 有风时通过偏航尾翼调整迎风面，使风叶获得相应旋转速度，带动发电机发电，通过电缆经 逆变及卸荷后，下传并储存在蓄电池中，蓄电池通过逆变输出到负载上。大型风电的风扇叶通过轴承联接在轴座上，轴座与增速器输入轴联接。每个风扇 叶在轴座上通过轴承旋转以便依据风速调整风叶的迎风面积，来获得均衡的风扭力，使风 叶的旋转速度通过增速器达到发电机的使用范围。增速器为一套齿轮组，其输出端与发电 机相连，带动发动机发电。电气及液压系统是支持风叶偏转、偏航、逆变、卸荷及横频恒速调 整的系统。现有的风力发电设备的主要缺点有以下几点1、无论大型、小型风力发电设备，致命的缺点是在无风或微风状态下，因动力不 足都不能发电。小型风电因需要的蓄电池成本较低，可采用蓄电池储能，达到无风供电。大 型风电设备因其蓄电池用量庞大，造价高无法储存。在与电网联网时，只能停止供电，对电 网运行造成很大的不确定性，因此现有风电设备对风场的要求十分严格，由其是并网发电 设备。目前我国主要在沿海及内蒙古、青藏高原等多风地带，适合安装风电设备，与之配套 的输变电线路成本较高。2、在大风状态下，小型风电要有刹车及过流卸荷装置。以保护不被吹倒或烧毁发 电设备。大型风电要配有风叶偏转机构以调整迎风面大小。该机构复杂，成本高，同时，大 风时的风能不能得到充分利用。3、设备庞大复杂、造价高、通用性差。大型并网风电设备因其风叶直接与增速器输 入轴相联，使扭臂减小，只能通过增大风叶尺寸及迎风面积来获得较大的风扭力，造成成设 备又高又大；在风力、风向不稳定的情况下，要获得稳定的恒力发电，需智能系统调谐，十分 复杂。这些庞大复杂的设备是风电造价高，投资回报率较低；因风叶轴座及增速器均通过垫 压装等硬性联接，接口属一对一联接，无法实现设备通用，通用性较差，遇有损坏，更换维修 极其困难。
发明内容本实用新型的目的是提供一种在自然环境的风力不稳定，时有时无，时大时小的 状态下，可以恒速恒频恒功率持续发电的风电设备，客服现有技术的小型及大型风电设备
3在无风或微风时无法供电、设备庞大、复杂、造价高和通用性差等的不足。本实用新型的技术方案是发条储能式风力发电机，包括风叶部分、增速器、发电 机和尾翼，其特征在于所述发条储能式风力发电机还包括蜗轮蜗杆减速装置和发条储能装 置，所述蜗轮蜗杆减速装置的输入轴与风叶部分连接，涡轮输出轴与发条储能装置的输入 轴相联接，发条储能装置的输出端与增速器的输入端相联接，增速器的输出端与发电机的 输入端相联接。本实用新型所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述发条储能装置包括箱 体、输入部分、储能部分和输出部分，输入部分、储能部分和输出部分安装在箱体内，所述输 入部分由输入轴和输入主动轮组成，所述输入轴是直长轴，输入轴通过轴承支承在箱体上， 轴的前端伸出箱体，与外部输入源连接，所述输入主动轮是轴套一端带有圆盘的法兰式轮， 中心设有轴孔，输入主动轮安装在输入轴的前部，轴孔与输入轴紧密连接，输入主动轮上设 有防止输入主动轮反向转动的棘轮；所述储能部分由η个发条储能单元串联组成，所述发 条储能单元由发条和被动/主动轮组成，被动/主动轮是轴套前端带有圆盘的法兰式轮，沿 圆盘的圆周设有一圈侧壁，呈圆盘盒状，被动/主动轮中心设有轴孔，滑动安装在输入轴的 中后部，所述发条的圆心端与前一级发条储能单元的被动/主动轮的轴套部分固定连接， 发条的外圆端与本级的被动/主动轮前端的圆盘盒的侧壁固定连接，第一发条储能单元的 发条的圆心端与输入主动轮的轴套固定连接，第η个发条储能单元的被动/主动轮的轴套 与输出部分连接；所述输出部分包括输出齿轮和释能调速器，所述输出齿轮安装在第η个 发条储能单元的被动/主动轮的轴套上，与被动/主动轮的轴套紧密连接，安装齿轮部位的 箱体上开有与负载连接的口，所述释能调速器由制动吸盘和电磁控制器组成，制动吸盘是 中心设有轴孔的轮盘，制动吸盘安装在第η个发条储能单元的被动/主动轮的轴套上，与被 动/主动轮的轴套间隙连接，电磁控制器控制对制动吸盘磁力大小。本实用新型所述的发条储能式风力发电机，其特征在于所述储能部分的η个发条 储能单元的η的取值范围为1-100的整数。本实用新型所述的发条储能式风力发电机，其特征在于所述电磁控制器由置于线 圈内的铁芯和直流电源调节器组成，线圈通过直流电源调节器与外部直流电源连接，铁芯 与制动吸盘接靠，直流电源调节器调节线圈直流电的大小，控制对制动吸盘的磁力大小。。本实用新型所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述蜗轮蜗杆减速装置的输 入轴与风叶部分的连接，是蜗轮蜗杆减速装置的蜗杆端部与与风叶部分的风叶轴座紧密连 接。本实用新型所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述蜗轮蜗杆减速装置的涡 轮输出轴与发条储能装置输入轴的联接是用联轴器连接本实用新型所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述发条储能装置的输出端 与增速器的输入端相联接，是发条储能装置的输出齿轮与与安装在增速器输入端的输入齿 轮啮合连接。本实用新型的工作原理是当风叶遇风旋转时带动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮旋转， 涡轮的输出轴带动发条储能部分的输入主动轮旋转，为第一发条储能单元的发条上劲，第 一发条储能单元发条的外圆端与第一被动/主动轮相联，从而带动第一被动/主动轮旋转。 第一被动/主动轮通过第二发条储能单元的发条又与第二被动主动轮相联，第一被动主/动轮又为第二发条储能单元的发条上劲，依此类推，为N个发条储能单元的发条上劲。第N 个发条储能单元的被动/主动轮的轴套是输出轴，输出齿轮由被动/主动轮的轴套带动向 外输出能量。通过释能调速器，根据发电机转数要求调节被动/主动轮轴套的转速，使输出 齿轮的转数满足发电机转速要求。能量释放调速过程是根据发电机所需要的转数通过调节 线圈电流的大小来改变制动吸盘磁力大小，达到控制被动/主动轮轴套的转速的目的。线 圈的电流由一个或多个蓄电池来提供。通过发条储能装置的能量释放带动增速器转动，增 速器带动发动机转动发电。本实用新型的发条储能式风力发电机在工作过程中，其发条储能装置可n个储能 单元的发条一次性上满劲即能量储满再恒速释放，也可以边储能边释放。能满足发电机连 续工作的要求，当风叶遇风转动时，转动的风叶会不断的为发条上劲储能，当风力大时，会 将多发条储能释能装置的n个储能单元的发条一次性上满劲即能量储满，根据发电机的需 要不断释放，当风力小时，转动的风叶会不断的为发条上劲储能，多发条储能释能装置已储 存的能量仍在根据发电机的需要不断释放，保持发电机发电的连续稳定，可保持释能与储 能的过程互不干扰，同时工作。储能单元的数量可根据当地二十四小时累计有风是时间选 择。时间长少选，时间短多选。本实用新型与现有技术相比的有益效果是1、使风力发电将不受地区风量的限 制，无需选择风场，风力可大可小，时有时无，只要在二十四小时内累计风量能为储能器提 供可保证发电及恒速恒频运行的能量即可。2、对于小型风电设备无需蓄电池储能，发条储 能即可满足需求。3、对于与电网并网的大型风电设备，由于发电机始终处于稳定持续发电 的状态，对电网的影响小，4、使大型不并网风电设备的应用更为广泛，供电无需高压输变电 系统，使发电成本降低。5、与现有风力发电设备的风叶相比，本实用新型的风叶大幅减小， 从而使成本大幅降低。因采用蜗轮蜗杆减速装置，相当于增加了扭臂的长度，在相同的扭 矩下，使获得相同扭矩的扭力降低了，即获得相同的扭矩的风力减小了，因此风叶可大幅减 小，如现有1. 5兆瓦风电风叶直径为七十多米，而采用本结构的风叶直径可减小为二十米 以下，而且立杆也大幅降低。6、现有风电设备的风叶偏转机构及控制系统的功能主要是调 速及减小迎风面面积，目的是保护和控制速度。本实用新型的风电装置无需风叶偏转机构 及控制系统，因为当发条上满时，风叶不用运转，低速状态迎风阻力减小，对立杆不会产生 巨大压力，而且风叶较小，产生的风阻力也不会大，因此，不用风叶偏转机构及控制系统来 保护和控制速度。
本实用新型有附图三幅，其中，图1是本发条储能式风力发电机结构示意图，图2本发条储能式风力发电机的发条储能装置结构示意图，图3现有技术的风力发电机结构示意图。附图中，1、轴承，2、后端盖，3、输出齿轮，4、平键，5、铜套，6、平键，7、箱体，8、前端盖，9、轴 承，10、输入轴，11、棘柱，12、棘轮，13、输入主动轮，14、发条，15、输入被动/主动轮，16、轴 承，17、末级被动/主动轮，18、制动吸盘，19、铁芯，20、线圈，21、直流电源调节器，22、刹车机构，23、蜗轮蜗杆减速机，24、发条储能装置，25、增速器，26、发电机，27尾翼，28、塔架，29、 偏航系统，30、控制系统。31、风叶。
具体实施方式本实用新型实施例的主要部件为风叶31、蜗轮蜗杆减速装置23、发条储能装置 24、增速器25、发电机26和尾翼27。风叶连接在风叶轴座上，风叶轴座与蜗轮蜗杆减速装置 23的蜗杆连接，蜗轮蜗杆减速装置23的输出轴与发条储能装置24的输入轴通过联轴器连 接，发条储能装置24的输出端是末级被动/主动轮17的轴套，输出齿轮3用平键4与轴套 紧密连接，输出齿轮3与增速器24的输入齿轮啮合，增速器24的输出端通过齿轮与发电机 轴连接。风叶31采用重量轻、强度高的玻璃钢制作。蜗轮蜗杆减速装置24由蜗杆、涡轮、 外壳组成。发条储能装置23由输入轴10、输入主动轮13、多个被动/主动轮15、输出齿轮 3、多个发条14、释能调速器、棘轮单向机构以及箱体7、前端盖8、后端盖2和轴承1、9等构 成。上述部件安装在箱体内，输入轴10是直长轴，输入轴10的前后两端通过两组轴承1、9 支承在箱体的前后端盖8、2上，轴的前端伸出前端盖8，与外部输入源连接，输入主动轮13 是轴套一端带有圆盘的法兰式轮，通过中心轴孔安装在输入轴10的前部，轴孔与输入轴10 用平键6紧密连接，输入主动轮13上设有防止输入主动轮反向转动的棘轮12，箱体7上与 棘轮12对应的部位设有与棘轮相配合的棘柱11 ；输入主动轮13的轴套与第一发条储能单 元的发条14的圆心端固定铆接；被动/主动轮15是轴套前端带有圆盘的法兰式轮，沿圆盘 的圆周设有一圈侧壁，呈圆盘盒状，被动/主动轮15中心设有轴孔，轴孔内镶嵌有铜套5， 铜套5滑动安装在输入轴10的中后部，第一发条储能单元的发条14的外圆端与第一发条 储能单元的被动/主动轮15前端的圆盘盒的侧壁固定铆接，第二发条储能单元的发条14 的圆心端固定铆接在第一发条储能单元的被动/主动轮15的轴套上，发条14的外圆端与 第二发条储能单元的被动/主动轮15前端的圆盘盒的侧壁铆接；依此方式串联20个发条 储能单元，第20个发条储能单元的被动/主动轮15的轴套与输出齿轮3连接，输出齿轮3 安装在第20个储能被动/主动轮15的轴套上，与被动/主动轮15的轴套用平键4紧密连 接，安装齿轮部位的箱体7上开有与负载连接的口，第20个发条储能单元的被动/主动轮 15的轴套通过轴承16支承在输入轴10上；释能调速器由制动吸盘18和电磁控制器组成， 制动吸盘18是中心设有轴孔的轮盘，制动吸盘安装在第20个发条储能单元的被动/主动 轮的轴套上，与被动/主动轮的轴套间隙连接，电磁控制器控制对制动吸盘磁力大小。电磁 控制器由置于线圈20内的铁芯19和直流电源调节器21组成，线圈20通过直流电源调节 器21与外部直流电源连接，铁芯19与制动吸盘18接靠。直流电源由若干蓄电池组成，直 流电源调节器21通过控制若干电池控制器控制接入线圈20的直流电流的大小，电池控制 器布置在前后端盖及己箱体两侧。增速器25与发电机26之间用现有技术的方式连接，尾 翼27固定在发电机壳体上。
权利要求1.发条储能式风力发电机，包括风叶部分(31)、增速器(25)、发电机(26)和尾翼 (27)，风叶部分包括风叶和风叶轴座，风叶安装在风叶轴座上，尾翼(27)固定在发电机壳 体上，其特征在于所述发条储能式风力发电机还包括蜗轮蜗杆减速装置(23)和发条储能 装置(24)，所述蜗轮蜗杆减速装置(23)的输入轴与风叶部分(31)连接，涡轮输出轴与发条 储能装置(24)的输入轴相联接，发条储能装置(24)的输出端与增速器(25)的输入端相联 接，增速器(25)的输出端与发电机(26)的输入端相联接。
2.根据权利要求1所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述发条储能装置包括箱 体、输入部分、储能部分和输出部分，输入部分、储能部分和输出部分安装在箱体内，其特征 在于所述输入部分由输入轴(10)和输入主动轮(13)组成，所述输入轴(10)是直长轴，输 入轴(10)通过轴承支承在箱体上，轴的前端伸出箱体，与外部输入源连接，所述输入主动 轮(13)是轴套一端带有圆盘的法兰式轮，中心设有轴孔，输入主动轮(13)安装在输入轴 (10)的前部，轴孔与输入轴紧密连接，输入主动轮(13)上设有防止输入主动轮反向转动的 棘轮(12)；所述储能部分由n个发条储能单元串联组成，所述发条储能单元由发条(14)和 被动/主动轮(15)组成，被动/主动轮(15)是轴套前端带有圆盘的法兰式轮，沿圆盘的圆 周设有一圈侧壁，呈圆盘盒状，被动/主动轮(15)中心设有轴孔，滑动安装在输入轴(10) 的中后部，所述发条(14)的圆心端与前一级发条储能单元的被动/主动轮(15)的轴套部 分固定连接，发条(14)的外圆端与本级的被动/主动轮(15)前端的圆盘盒的侧壁固定连 接，其中第一级发条储能单元的发条(14)的圆心端与输入主动轮(13)的轴套固定连接，第 n个发条储能单元的被动/主动轮(15)的轴套与输出部分连接，第n个发条储能单元的被 动/主动轮(15)的轴套通过轴承(16)支承在输入轴(10)上；所述输出部分包括输出齿轮 (3)和释能调速器，所述输出齿轮(3)安装在第n个发条储能单元的被动/主动轮(15)的 轴套上，与被动/主动轮的轴套紧密连接，安装齿轮部位的箱体上开有与负载连接的口，所 述释能调速器由制动吸盘(18)和电磁控制器组成，制动吸盘(18)是中心设有轴孔的轮盘， 制动吸盘(18)安装在第n个发条储能单元的被动/主动轮的轴套上，与被动/主动轮的轴 套间隙连接，电磁控制器控制对制动吸盘(18)的磁力大小。
3.根据权利要求2所述的发条储能式风力发电机，其特征在于所述储能部分的n个发 条储能单元的n的取值范围为1-100的整数。
4.根据权利要求2所述的发条储能式风力发电机，其特征在于所述电磁控制器由置 于线圈(20)内的铁芯(19)和直流电源调节器(21)组成，线圈(20)通过直流电源调节器 (21)与外部直流电源连接，铁芯(19)与制动吸盘(18)接靠，直流电源调节器(21)调节线 圈(20)直流电的大小，控制对制动吸盘(18)磁力大小。
5.根据权利要求1所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述蜗轮蜗杆减速装置 (23)的输入轴与风叶部分(31)的连接，是蜗轮蜗杆减速装置(23)的蜗杆端部与与风叶部 分(31)的风叶轴座紧密连接。
6.根据权利要求1所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述蜗轮蜗杆减速装置 (23)的涡轮输出轴与发条储能装置(24)输入轴的联接是用联轴器连接
7.根据权利要求1所述发条储能式风力发电机，其特征在于所述发条储能装置(24)的 输出端与增速器(25)的输入端相联接，是发条储能装置的输出齿轮(3)与与安装在增速器 (25)输入端的输入齿轮啮合连接。
专利摘要发条储能式风力发电机，包括风叶部分、增速器、发电机和尾翼，其特征在于所述发条储能式风力发电机还包括蜗轮蜗杆减速装置和发条储能装置，所述蜗轮蜗杆减速装置的输入轴与风叶部分连接，涡轮输出轴与发条储能装置的输入轴相联接，发条储能装置的输出端与增速器的输入端相联接，增速器的输出端与发电机的输入端相联接。本实用新型与现有技术相比的有益效果是使风力发电将不受地区风量的限制，无需选择风场；对电网的影响小；风叶大幅减小，成本大幅降低；无需风叶偏转机构及控制系统。
文档编号F03D1/06GK201786575SQ20102027834
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者李颖超 申请人:李颖超