专利名称：风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电设备领域，尤其是风叶水平设置的风力发电设备。
背景技术：
风能作为一种绿色能源，取之不尽、用之不竭，世界上许多国家早已经开始利用风 力发电技术提供电力。传统的风力发电设备的风轮在风力的驱动下每分钟大致转动8-20 圈。这种风力发电设备还需要风向跟踪装置的配合来进行风力发电，而该风向跟踪装置造 价高并且容易损坏，也很难适应风向快速变化的风或者风向不稳定的风。现有的风力发电 设备一般是水平轴式或垂直轴式。水平轴式的风力发电设备一般设置在较长的支撑塔柱 上，并且容纳在机舱中，风叶设置在机舱的一端，发电机也设置在机舱中，并且位于风叶的 后部，风叶的转动通过转轴及齿轮箱直接驱动发电机。这种水平轴式的风力发电设备的支 撑柱一般很长，整套设备比较笨重，造价不菲。此外，设置在较长的支撑柱顶端的发电机及 齿轮箱使得没有足够的空间进行维护，十分不方便，其冷却也十分困难。上面所描述的水平风电设备将整套发电设备安装在风电塔顶上，令整体的结构呈 “头重脚轻”的不稳状态，因而限制了安装设备的空间和重量，也就是限制了风电设备的发 电功率。此外，这种结构也增大了制造的难度和成本。最有效的解决办法是将整套发电设备从风电塔顶搬下，安装在风电塔的底部或者 地面上。但是，至少有如下技术问题需要解决。第一个技术问题风叶的转轴必须跟随风向的变化而转动，这就无法与固定在风 电塔内的固定的传动装置的转轴相耦合，从而也就无法将风叶的动力传递到发电设备。第二个技术问题大型风电塔高达百米，如何将风叶的动力从塔顶传递到塔底也 是需要考虑的问题。第三个技术问题风电塔的机舱的朝向不能自我调节，需要另外设置控制程序，通 过其他装置所提供的风向数据，来操作电机调节机舱的方向，使得风叶正对风向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了以下的技术方案。根据本发明的第一方面，提供了一种用于风力发电系统的传递系统，该系统将风 叶的动力从风电塔顶传递到该风电塔底的发电设备，其特征在于，该传递系统包括将转轴 随风向移动的风叶的转动输入转化为转轴位置不移动的转动输出的一对啮合齿轮，以及分 节增速的传动部件。根据本发明的第二方面，提供了一种水平式风力发电设备，其包括位于风电塔顶 的、可随风向转动的机舱，在竖直面内转动的两个风叶，所述两个风叶分别设置在该机舱的 两端，所述两个风叶通过转动杆支承在该机舱内的支承部件上，将所述两个风叶的转动传 送到发电设备的传动装置。根据本发明的第三方面，提供了一种风电塔的自然风冷却的方法，该风电塔用于
5支撑风力发电设备，其特征在于，在塔底开设进风口，在塔顶的机舱上部开设通风口。根据本发明的第四方面，提供了一种风向跟踪装置，其包括用于追踪风向的风向 标；与该风向标相对固定安装的导电针；转动盘，所述风向标的转轴可转动地安装在转动 盘上，该转动盘包括第一、第二导电板和所述第一、第二导电板之间的绝缘条，所述导电针 能够与所述第一或第二导电板电接触；以及外部控制电路；当所述导电针跟随该风向标转 动而电接触所述第一或第二导电板时，该外部控制电路驱动该转动盘作相应的转动，直到 该导电针接触所述绝缘条。根据本发明的第五方面，提供了一种水平式风力发电设备，其包括在竖直面内转 动的风叶，位于风电塔顶的可随风向转动的机舱，该风叶通过转动杆支承在该机舱内的支 承部件上，将所述风叶的转动传送到发电设备的传动装置，所述传动装置包括斜齿轮对，该 斜齿轮对包括与所述传动杆连接、并且在竖直面内转动的第一斜齿轮，以及与该第一斜齿 轮啮合的第二斜齿轮，该第二斜齿轮在水平面内转动，并且设置在所述机舱的底盘的转动 圆心处；所述发电设备位于风电塔底部；通过所述斜齿轮对和所述风电塔内的传动组件将 所述风叶的动力传送给该发电设备。此外，本发明还具有下列优选的特征。在所述水平式风力发电设备中，所述一对啮 合齿轮包括与所述风叶的转动杆连接的第一斜齿轮以及与该第一斜齿轮啮合的第二斜齿 轮，该第二斜齿轮在水平面内转动，并且设置在所述机舱的底盘的转动圆心处。所述齿轮组 包括第三齿轮，该第三齿轮与所述第二斜齿轮耦合地转动，该第三齿轮与所述传动部件内 的传动机构配合，以传递所述风叶的动力给所述发电设备。所述传动部件包括第一滑轮组， 其中主动滑轮的转动半径大于从动滑轮的转动半径，该主动滑轮与所述第三齿轮相耦合。 所述传动部件还至少包括第二滑轮对，该第二滑轮对的主动滑轮的转动半径大于该第二滑 轮对的从动滑轮的转动半径，所述第一滑轮的从动滑轮与该第二滑轮对的主动滑轮同轴安 装。通过链条或者钢绳连接所述主动滑轮和从动滑轮。所述传动部件设置在所述风电塔内。在该风电塔的自然风冷却的方法中，所述进风口设有过滤装置，所述通风口设置 为单向出风。在该风向跟踪装置中，所述外部控制电路包括两条支路，其中第一支路连接第一 电机、第一导电板、电源和导电针；第二支路连接第二电机、第二导电板、电源和导电针，当 该导电针电接触所述第一导电板时，第一支路接通，并且该第一电机驱动该转动盘使该转 动盘转动，直到该导电针接触所述绝缘条；当该导电针电接触所述第二导电板时，第二支路 接通，并且该第二电机驱动该转动盘使该转动盘转动，直到该导电针接触所述绝缘条。所述 第一电机和第二电机分别驱动所述转动盘朝不同的方向转动，使得该转动盘的转动方向与 所述风向标的转动方向一致。所述转动盘与设置有风叶的机舱固定在一起，使得该机舱能 够与所述转动盘一起转动。所述风向标的转轴可转动地安装在所述转动盘的圆心处。该风 向跟踪装置应用于水平式的风力发电设备，用于调节该风力发电设置的风叶朝向，使得该 风叶总是正面迎着风。
图1示出了根据本发明的水平式风力发电设备；图2示出了根据本发明的具有两个风叶的水平式风力发电设备；
图3示出了根据本发明的风向跟踪装置；图4示出了所述风向跟踪装置的俯视图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的水平式风力发电设备，其中一风电塔架设在地面上，在 该风电塔的顶端安装有可随风向转动的机舱，风叶安装在该风电塔的一端。从图1中可以 清楚地看到，发电设备12设置在该风电塔底部。所述风叶通过转动杆10支承在机舱内的支承部件11上。支承部件11固定安装 在转动盘3上。所述转动盘3可相对于风电塔转动。在转动杆10的另一端固定第一斜齿 轮1，第一斜齿轮1在风叶的带动下在竖直面内转动。第一斜齿轮1与第二斜齿轮2啮合， 使得第二斜齿轮2在水平面内转动。通过第一斜齿轮1和第二斜齿轮2构成的斜齿轮对， 将风叶的转动传递到风电塔内的传动组件。通过将斜齿轮2的转轴设置在该机舱的转动圆心，即转动盘3的中心处，使得机舱 可以跟随风向的变化而转动，但是不影响风叶的转动的传递，从而克服背景技术部分提出 的第一个技术问题。在一个优选的实施例中，所述传动组件包括第三齿轮4，其与第二齿轮2耦合，并 且与传动组件内的传动部件配合。在图1所示的实施例中，传动部件包括第一滑轮组，其具 有主动滑轮6和从动滑轮7，其中主动滑轮6的转动半径大于从动滑轮7的转动半径，从而 实现加速传递。主动滑轮6通过例如斜齿轮5与第三齿轮4耦合。显然，本领域技术人员 可以理解，第三齿轮4也可以是蜗杆，与主滑动轮耦合。本领域技术人员理解，传动部件可以包括多个滑轮组。如图1所示，第二滑轮组 的主动滑轮8与第一滑轮组的从动滑轮7同轴安装。每个滑轮组的主动滑轮的转动半径 都大于该滑轮组的从动滑轮的转动半径，从而实现分节增速传递。可以通过链条或钢绳来 连接所述主动滑轮和从动滑轮，主要因为它们容易安装，耐振及承载力大，并且摩擦损耗较 小；但是不限于这些连接的媒介，本领域技术人员公知，还可以采用其他合适的部件来连接 主动滑轮和从动滑轮。在附图1中示出的示例中，滑轮组是设置在风电塔中。然而，可以理解，滑轮组也 是可以设置在风电塔外部的。通过本发明的技术方案，特别是分节增速的传动部件，可将风叶的转动传送到位 于风电塔底部的发电设备。这样就使得将重的发电设备设置在风电塔底部成为可能。而且， 通过分节增速的传动部件，给发电设备提供了足够快的旋转运动，以产生电能，而且避免了 使用过长的传动轴而带来的稳定性的问题。图1还清楚地示出了本发明所提供的一种用于风电塔的自然风冷却的方法。在风 电塔门15的下方开设一通风口 16，作为入风口，在此处设有过滤装置，以防止外部的灰尘 污染塔内的发电设备。在风电塔顶的机舱顶部开设另一个通风口 17，作为出风口。通过在 所述两个通风口处设置只允许单向通风的构造，形成风电塔内的单向通风。当发电设备工 作时，其产生热量，该热量自然上升，从出风口 17流出，而外界空气为补充塔内空气，自然 从入风口 16流入，这就在风电塔内形成了一种气流循环，不断地将热量排出塔外，达到冷 却发电设备的效果，构成了一个无需额外成本的冷却系统。
图2示出了具有两个风叶的水平式风力发电设备。该风力发电设备大体上与图1 所示的相同，除了在机舱的两侧分别安装风叶21、22。所述风叶21、22通过传动杆支承在机 舱内的支承部件上，都通过斜齿轮对将风叶的转动传递到风电塔内的传动组件。其中两个 风叶的叶片互相交错地设置，使得不互相阻挡风。发明人经计算和实验得到，设置两个风叶 的风力发电设备可以有效地将风的利用率提高50%以上，从而提高了整体风场的效益和性 价比。在附图2所示的实施例中，所述两风叶可以分为主风叶和辅风叶，主辅风叶是安 装在同一根传动杆上的。本领域技术人员可以理解，主辅风叶也是可以由不同的传动杆支 承。此时辅风叶的传动杆可设置有类似的如齿轮1、2的一对齿轮。图3示出了本发明提供的风向跟踪仪。如图所示，风向标31随风向转动，始终指 向风向，用于追踪风向。导电针33与风向标31相对固定地安装，导电针33与风向标31都 固定在风向标31的转轴32上，使得导电针33与风向标31—起转动。风向标31的转轴32 可转动地安装在转动盘34上。如图4所示，该转动盘34由第一导电板35、第二导电板36和所述第一、第二导电 板之间的绝缘条37构成，该导电针33的一端能够与第一或第二导电板电接触，导电针33 的另一端通过电线38接控制电路的电源。第一导电板35和第二导电板26分别通过电线 39、40连接到控制电路。如图4所示，该控制电路包括两条支路，第一支路包括第一电机44、 第一导电板35、电源42和导电针33 ；第二支路包括第二电机45、第二导电板36、电源42和 导电针33。该风向跟踪仪的工作原理如下风向仪安装在风电塔顶的机舱的顶部，风向标暴 露在机舱外部。转动盘34的绝缘条37与风叶的正面方向平行，而导电针与风向标平行。 当风叶正对风向时，该风向标也正对风向，导电针则自然接触绝缘条，也无需调节转动盘34 进行转动。当风向改变时，例如图4中的风向标逆时针转动，导电针33也跟随着逆时针转动， 从而电接触第一导电板35，因此接通了包括电机44的电路，从而驱动电机44进行调节转动 盘34的转动；当转动盘34转过一定角度时，导电针33再次接触绝缘条37，则上述电路重 新被断开，电机44随即停止工作，转动盘34也停止转动，此时恰好转至与风向一致的方向。 通过适当的设置电机，使得当风向标逆时针转过一角度时，操作电机44使转动盘34逆时针 转动；当风向标顺时针转过一角度时，接通包括电机45的电路，从而操作电机45使转动盘 34顺时针转动。这种风向跟踪仪能够完全自我控制，不需要电脑进行复杂的程序控制，并且结构 简单、工作可靠、灵敏。该风向跟踪仪可以安装在本发明所提供的水平式风力发电设备上。 例如，使该转动盘34固定在机舱上，风向标可转动地安装在转动盘上；此时第一、第二电机 设置成驱动机舱的旋转，使得风叶总是正面迎着风。在附图4所示的实施例中，第一导电板35和第二导电板36为半圆形。然而，本领 域技术人员可以理解，第一、第二导电板也可以是其他的形状，例如是有一定弧度的扇形。本领域技术人员可以理解，根据风场状况及风电运作的需要，风向跟踪仪的控制 电路可以设置相应的运作程序，例如延迟启动电机转动，或者采用两个跟踪仪组成“是是” 逻辑线路等。
尽管为了清楚理解起见已经较详细地描述了本发明，但显然，在所附权利要求书 的范围内也可实现一定的改变和修改。因此，本发明的实施例应被认为是例示性而非限定 性的，并且本发明不受这里给出的细节的限制，也可在所附权利要求书的范围及其等同物 的范围内修改本发明。
权利要求
一种用于风力发电系统的传递系统，该传递系统将风叶的动力从风电塔顶传递到该风电塔底的发电设备，其特征在于，该传递系统包括将转轴随风向移动的风叶的转动输入转化为转轴位置不移动的转动输出的一对啮合齿轮，以及分节增速的传动部件。
2.根据权利要求1所述的传递系统，其特征在于，所述一对啮合齿轮包括与所述风叶 的转动杆连接的第一斜齿轮以及与该第一斜齿轮啮合的第二斜齿轮，该第二斜齿轮能够在 水平面内转动，并且其转轴设置在塔顶机舱的底盘的转动圆心中。
3.根据权利要求2所述的传递系统，其特征在于，所述齿轮组包括第三齿轮，该第三齿 轮与所述第二斜齿轮耦合，该第三齿轮与所述传动部件内的传动机构配合，以传递所述风 叶的动力给所述发电设备。
4.根据权利要求3所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件包括第一滑轮组， 其中主动滑轮的转动半径大于从动滑轮的转动半径，该主动滑轮与所述第三齿轮相耦合。
5.根据权利要求3所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件还至少包括第二 滑轮对，该第二滑轮对的主动滑轮的转动半径大于该第二滑轮对的从动滑轮的转动半径， 所述第一滑轮的从动滑轮与该第二滑轮对的主动滑轮同轴安装。
6.根据权利要求5所述的风力发电设备，其特征在于，通过链条或者钢绳连接所述主 动滑轮和从动滑轮。
7.根据权利要求6所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件设置在所述风电 塔内。
8.一种水平式风力发电设备，其包括位于风电塔顶的、可随风向转动的机舱，在竖直面 内转动的两个风叶，所述两个风叶分别设置在该机舱的两侧，所述两个风叶通过转动杆支 承在该机舱内的支承部件上，将所述两个风叶的转动传送到发电设备的传动装置。
9.根据权利要求8所述的风力发电设备，其特征在于，所述两个风叶的叶片互相交错 地设置，使得不互相阻挡风。
10.根据权利要求8-9任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动装置包括斜 齿轮对，该斜齿轮对包括与所述传动杆连接、并且在竖直面内转动的第一斜齿轮，以及与该 第一斜齿轮啮合的第二斜齿轮，该第二斜齿轮在水平面内转动，并且其转轴设置在所述机 舱的底盘的转动圆心中。
11.根据权利要求10所述的风力发电设备，其特征在于，所述发电设备位于风电塔底 部，并且通过所述斜齿轮对和所述风电塔内的传动组件将所述风叶的动力传送给该发电设 备。
12.根据权利要求11所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动组件包括第三齿轮， 该第三齿轮与所述第二斜齿轮耦合地转动，该第三齿轮与所述传动组件内的传动部件配 合，以传递所述风叶的动力给所述发电设备。
13.根据权利要求12所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件包括第一滑轮 组，其中主动滑轮的转动半径大于从动滑轮的转动半径，该主动滑轮与所述第三齿轮相耦I=I O
14.根据权利要求13所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件还至少包括第 二滑轮对，该第二滑轮对的主动滑轮的转动半径大于该第二滑轮对的从动滑轮的转动半 径，所述第一滑轮的从动滑轮与该第二滑轮对的主动滑轮同轴安装。
15.根据权利要求13所述的风力发电设备，其特征在于，通过链条或者钢绳连接所述 主动滑轮和从动滑轮。
16.根据权利要求8-15任一项所述的风力发电设备，其特征在于，在塔底开设进风口， 在塔顶的机舱上部开设通风口。
17.一种风电塔的自然风冷却的方法，该风电塔用于支撑风力发电设备，其特征在于， 在塔底开设进风口，在塔顶的机舱上部开设通风口。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述进风口设有过滤装置。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述通风口设置为单向出风。
20.根据权利要求8-19中任意一项所述的方法，其特征在于，所述风力发电设备的发 电机设置在塔底。
21.一种风向跟踪装置，其包括a)用于追踪风向的风向标；b)与该风向标相对固定安装的导电针；c)转动盘，所述风向标的转轴可转动地安装在转动盘上，该转动盘包括第一、第二导电 板和所述第一、第二导电板之间的绝缘条，所述导电针能够与所述第一或第二导电板电接 触；以及d)外部控制电路当所述导电针跟随该风向标转动而电接触所述第一或第二导电板时，该外部控制电路 驱动该转动盘作相应的转动，直到该导电针接触所述绝缘条。
22.根据权利要求21所述的风向跟踪装置，其特征在于，所述外部控制电路包括两条 支路，其中第一支路连接第一电机、第一导电板、电源和导电针；第二支路连接第二电机、第 二导电板、电源和导电针，当该导电针电接触所述第一导电板时，第一支路接通，并且该第一电机驱动该转动盘 使该转动盘转动，直到该导电针接触所述绝缘条；当该导电针电接触所述第二导电板时，第二支路接通，并且该第二电机驱动该转动盘 使该转动盘转动，直到该导电针接触所述绝缘条。
23.根据权利要求22所述的风向跟踪装置，其特征在于，所述第一电机和第二电机分 别驱动所述转动盘朝不同的方向转动，使得该转动盘的转动方向与所述风向标的转动方向 一致。
24.根据权利要求21所述的风向跟踪装置，其特征在于，该风向跟踪装置应用于水平 式的风力发电设备，用于调节该风力发电设置的风叶朝向，使得该风叶总是正面迎着风。
25.根据权利要求24所述的风向跟踪装置，其特征在于，所述转动盘与设置有风叶的 机舱固定在一起，使得该机舱能够与所述转动盘一起转动。
26.根据权利要求21所述的风向跟踪装置，其特征在于，所述风向标的转轴可转动地 安装在所述转动盘的圆心处。
27.一种水平式风力发电设备，其包括在竖直面内转动的风叶，位于风电塔顶的可随风 向转动的机舱，该风叶通过转动杆支承在该机舱内的支承部件上，将所述风叶的转动传送 到发电设备的传动装置，所述传动装置包括斜齿轮对，该斜齿轮对包括与所述传动杆连接、并且在竖直面内转动的第一斜齿轮，以及与该第一斜齿轮啮合的第二斜齿轮，该第二斜齿轮能够在水平面内 转动，并且设置在所述机舱的底盘的转动圆心处； 所述发电设备位于风电塔底部；通过所述斜齿轮对和所述风电塔内的传动组件将所述风叶的动力传送给该发电设备。
28.根据权利要求27所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动组件包括第三齿轮， 该第三齿轮与所述第二斜齿轮啮合地转动，该第三齿轮与所述传动组件内的传动部件配 合，以传递所述风叶的动力给所述发电设备。
29.根据权利要求28所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件包括第一滑轮 组，其中主动滑轮的转动半径大于从动滑轮的转动半径，该主动滑轮与所述第三齿轮相耦I=I ο
30.根据权利要求29所述的风力发电设备，其特征在于，所述传动部件还至少包括第 二滑轮对，该第二滑轮对的主动滑轮的转动半径大于该第二滑轮对的从动滑轮的转动半 径，所述第一滑轮的从动滑轮与该第二滑轮对的主动滑轮同轴安装。
31.根据权利要求30所述的风力发电设备，其特征在于，通过链条或者钢绳连接所述 主动滑轮和从动滑轮。全文摘要
一种水平式风力发电设备，发电机设置在塔底，通过一对啮合的斜齿轮传递风叶的转动，其中在水平面内转动的斜齿轮的转动圆心设置在机舱的转动圆心处，使得整套设备能够对应于风向进行方向的调节，再通过多节滑轮组将转动再传至发电机。在风电塔的底部和顶部各开一个单向通风口，实现了风电塔内的自然冷却。一种具有双风叶的水平式风力发电机，该发电机大幅度提高了发电效率。一种风向跟踪仪，其包括通过与风向标固定的导电针和由两块导电板及夹在导电板之间的绝缘条；当风向标转动时，导电针也跟着转动，从而与导电板电接触，接通了外部控制电路，驱动电机调节转动盘，直到导电针再次接触绝缘条。
文档编号F03D7/04GK101956663SQ200910161208
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者周建煌 申请人:巨诺国际有限公司