一种海浪能风能自动补偿发电系统的制作方法

本发明涉及风力发电及海浪发电领域，具体涉及一种风力发电和海浪发电综合高效的自动补偿发电系统。

背景技术：

水平轴风力机是传统机型，技术相对成熟，生产批量大，己经成为当今风力机的主流机型。但由于其启动风速高；叶片受到周期性交变载荷，易疲劳，回转半径受限制；抗风能力差等先天性不足，抑制了其进一步的开发。

于是目前人们把目光逐渐移向了启动风速低，气动噪音小，无需对风，受风性能更好的垂直轴风力机。达里厄风力机在低风速下运转困难，要在较高的风力下，风轮转速达到叶尖速比3.5为以上才可能正常运转，在尖速比为可获较高的功率输出。但是它不能单靠风力自起动，必须依靠外力起动使叶尖速比达到以上时才能依靠升力运转。而海面上是风机运转的优质场所，并且海浪能也是巨大的能量库。

目前阻碍垂直轴风力发电机大范围推广的一个重要问题就是如何有效的降低其启动风速。现有降低垂直轴风力发电机启动风速的措施，也是最直接最有效的措施就是通过外力提供外部扭矩，通常是在风机内部附加一个机械装置，由电力驱动，但是这种方式会造成风机本身所储存电能的消耗，降低发电的效率。特别的，这种方式在海上会使成本大大增加，收入与产出不成正比。在考虑到风机在海上发电的同时，其处在一个海浪能丰富的环境，而目前对于海浪能的利用也处在探索阶段，通常利用形式有气压，液压，机械，直驱等。故考虑综合利用风能与海浪能，同时解决垂直轴风力发电机的启动风速问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：本发明的目的在于，1：设计通过利用海浪能来解决垂直轴风力发电机的启动风速高的问题，提高风能利用率。2：在解决上述问题的基础上，设计一种全新海浪能风能自动补偿发电系统。

本发明的技术方案是：一种海浪能风能自动补偿发电系统，在垂直轴风机底部连杆上装有风速测定仪2和能量转换模块盒3，所述能量转换模块盒3内设有浮筒、stm32单片机、超越离合器4、双联齿轮、步进电机、交流发电机7和齿轮传动系统，能量转换模块盒3底部未全封闭，浮筒能够接触海面；齿轮传动系统包括第一齿轮11、第二齿轮12、第三齿轮9、第四齿轮10、第五齿轮5和第六齿轮16；第一齿轮11与交流发电机7连接，第六齿轮16与超越离合器4连接，第四齿轮10和第五齿轮5同轴，第二齿轮12、第三齿轮9和浮筒上的传动盘8同轴；浮筒与第二齿轮12和第三齿轮9的齿轮轴6连接；风速测定仪2测定外部风速信息，并传递给能量转换模块盒3；风速测定仪2测定风速后，将信息传入能量转换模块盒3中的stm32嵌入式信息处理系统，对工作模式进行选择。

本发明的进一步技术方案是：当风速到达垂直轴风机自启动风速时，浮筒在海面波动的影响下上下浮动，齿轮轴6上的齿轮在浮筒带动下沿轴线转动，同时齿轮轴6在步进电机和双联齿轮的作用下轴向移动，使得第二齿轮12与第一齿轮11啮合，第一齿轮11转动，从而使交流发电机7发电并储能。

本发明的进一步技术方案是：当风速到达垂直轴风机可利用风速但未达到启动风速时，齿轮轴6在外部步进电机和双联齿轮的作用下轴向移动，使得第三齿轮9与第四齿轮10啮合，第五齿轮5与第六齿轮16啮合；外部步进电机带动第三齿轮9转动，从而依次带动第四齿轮10、第五齿轮5、第六齿轮16转动，使超越离合器4工作，为垂直轴风机提供外部扭矩；此时浮筒的传动盘8、第二齿轮12和第一齿轮11不相互接触；

本发明的进一步技术方案是：当风速未达到垂直轴风机可利用风速时，步进电机控制齿轮轴6轴向移动，使第二齿轮12与第一齿轮11啮合，步进电机使第二齿轮12转动，从而第一齿轮11转动，最终带动交流发电机7发电并储能。

本发明的进一步技术方案是：所述浮筒组件包括浮筒15、连杆14和传动盘8，其中传动盘8和第二齿轮12、第三齿轮9同轴，连杆一端与浮筒15连接，另一端和传动盘连接。

发明效果

本发明的技术效果在于：1.系统设计的通过超越离合器将海浪能转化系统与垂直轴风力发电机结合，大大降低了垂直轴风力发电机的启动风速，提高了风机的风力利用范围。2.设计海浪能转化装置安装在风机底座，实现整个系统对海浪能与风能高效利用。整个系统，单位发电效率远远高于普通发电装置。

附图说明

图1为外部整体图

图2为浮筒示意图

图3为齿轮传动系统示意图

图4为系统工作流程图

附图标记说明：1-传统发电装置；2-风速测定仪；3-能量转换模块盒；4-超越离合器；5-第五齿轮；6-齿轮轴；7-交流发电机和储存装置；8-传动盘；9-第三齿轮；10-第四齿轮；11-第一齿轮；12-第二齿轮；14-连杆；15-浮筒；16-第六齿轮

具体实施方式

本发明的目的在于，1：设计通过利用海浪能来解决垂直轴风力发电机的启动风速高的问题，提高风能利用率。2：在解决上述问题的基础上，设计一种全新海浪能风能自动补偿发电系统。

为了实现上述目的1，本发明采用如下技术方案：

设计三个部分，①海面浮筒，②齿轮系，③超越离合器。具体方案：浮筒在风机底座上固定，使其只能在轴向上下浮动，通过连杆将浮筒上下浮动转化为传动盘的转动，从而给齿轮系统提供扭矩。在连杆上方设置机械齿轮系统用于发电和给垂直轴风力发电机提供启动力矩。

为了实现上述目的2，本发明采用如下技术方案：

设计两个部分，④风速测定仪及控制部分，⑤步进电机，滑移双联齿轮及发电机部分。具体方案：在2处设置风速测定仪；以stm32单片机为核心，设计一嵌入式控制系统，实时接收风力数据；最终，stm32嵌入式信息处理系统控制步进电机，步进电机控制滑移双联齿轮，从而使风机实现不同的工作状态，实现风能海浪能的补偿高效利用。

本发明包括海浪能发电部分，齿轮传动部分，风机发电部分还有控制部分。

图1所示为垂直轴风机外部整体示意图，1为传统的垂直轴风力发电机的发电装置，其中包括叶片，发电机与电池；2为风速测定仪用以采集风速信息；3中包含stm32嵌入式信息处理系统，齿轮传动系统以及海浪能发电系统。

图2所示结构为海浪能发电部分，由浮筒将海浪能上下浮动的能量转化为齿轮转动的能量。其中部件包括浮筒，连杆和传动盘。

图3所示为齿轮传动部分示意图，4为超越离合器部分，超越离合器连接部分1的垂直轴风机发电系统与齿轮传动装置；5为一组传动齿轮；6为齿轮轴，齿轮轴与滑移双联齿轮连接，滑移双联齿轮与步进电机连接，可以使齿轮轴6实现左右移动；7为交流发电机与电量储存装置；8为传动盘，与海浪能发电部分连接。

图4所示为系统整体工作流程示意图。

首先，风速测定仪采集风速信息，传递到stm32嵌入式信息处理系统，而后决定工作模式。

①风速在4米以上，到达垂直轴风机自启动风速。stm32嵌入式信息处理系统接受处理风速测定仪采集的信息，控制步进电机工作，步进电机控制双联齿轮滑移，双联齿轮带动齿轮轴6移动使齿轮12与齿轮11啮合，带动7中的交流发电机工作。齿轮9与齿轮10不啮合，1中垂直轴风力发电机单独工作。

②风速在3-4米，达到垂直轴风机可利用风速，而未达到风机自启动风速。stm32嵌入式信息处理系统接受处理风速测定仪采集的信息，控制步进电机工作，步进电机控制双联齿轮滑移，双联齿轮带动齿轮轴6移动使齿轮9与齿轮10啮合，从而使传动齿轮5带动超越离合器4工作，为垂直轴风机提供外部扭矩。

③风机低于3米时，未达到垂直轴风机可利用风速。stm32嵌入式信息处理系统接受处理风速测定仪采集的信息，控制步进电机工作，步进电机控制双联齿轮滑移，双联齿轮带动齿轮轴6移动使齿轮12与齿轮11啮合，带动7中的交流发电机工作。