专利名称：风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电系统，具体而言，涉及一种风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统。
背景技术：
人类对化石燃料，如石油、煤炭等的攫取所造成的环境影响日趋扩大，且这类能源供应有限，亦日趋枯竭。因此，利用风能、太阳热能的发电系统在世界范围都已被高度重视，近年来亦获得了突飞猛进的发展。常见的以自然风力驱动桨叶的风力发电机、以太阳能作为热源再转化为机械能驱动发电机，都已进入产业利用阶段。但上 述利用风能及太阳能的形式均存在对风力、日照等自然条件过度依赖、结构复杂、投入产出效率低下的缺陷。针对上述不足，将风能与太阳热能相结合，取长补短的能源利用手段亦见诸公开。其基本原理是以太阳能加热空气，通过垂直于地面的风道形成上升气流来驱动风力发电机产生电能。例如，国际公开W001/96740A所描述的烟囱形太阳能风轮机，即公开了通过太阳能温室将空气预热，再导入垂直于地面的风道形成上升气流，驱动风道中的涡轮机带动发电机工作，其通过复杂的计算机控制系统协调发电机的转速、力矩等参数控制；又如中国专利申请CN101487452A、CN102128150A，公开了太阳能与风能综合利用的基本原理与结构，以及考虑到通过光伏电池、导热管等结构实现热能、光能综合利用的形式。如前例举的已公开技术方案，均采用了前述的基本原理，太阳能预热的空气在垂直风道中上升，并在风道中适当的位置驱动涡轮、叶轮带动发电机发电。但实践证明，仅仅根据上述基本原理，并不能实现具有产业利用价值的有效产能，且已公开的技术方案，如上述TO01/96740A所描述的，仍存在效率低下、控制原理复杂的缺陷。再者，已公开的技术方案对输出电能的调峰处理均显不足，而利用太阳能、风能等不稳定自然能源来发电，目前最棘手的技术问题就是无法得到稳定的电能产出，尤其是与公共电网并网时，该缺陷更为突出。为此，本申请的发明人针对上述传统技术的缺陷，通过本申请特提出有效的解决方案。发明内容相当于本发明原始要求范围内的某些实施例作如下概括。这些实施例并非限制所请求保护的发明范围，而是试图提供本发明的多种可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括类似于或不同于下面提出的实施例的不同形式。本发明目的在于，提供一种风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，以克服上述传统技术方案所存在的很难得到稳定的电能，发电系统中结构不合理的缺陷。根据本发明的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，包括动力单元，所述动力单元包括涡轮涡扇、运行轨道、黄油固定圈、运转齿圈、发电机；驱动单元，所述驱动单元包括小齿轮、锥形齿轮A、锥形齿轮B、斜齿轮A、斜齿轮B、高压电磁助力器、自动变速器。一种风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统,其包括动力单元,所述动力单元包括涡轮涡扇、运行轨道、黄油固定圈、运转齿圈、发电机；驱动单元，所述驱动单元包括小齿轮、锥形齿轮A、锥形齿轮B、斜齿轮A、斜齿轮B、高压电磁助力器、自动变速器，发电机与自动变速器相联接，自动变速器上安装有高压电磁助力器；斜齿轮A与多柱体动力分配器相联接；锥形齿轮A与锥形齿轮B进行啮合,进而通过驱动小齿轮与锥形齿轮轴旋转来带动涡轮涡扇转动。优选的是，涡轮涡扇由运行轨道上的柱销托起，所述涡轮涡扇的上平面装有黄油固定圈，黄油固定圈通过螺栓组连接到运转齿圈。优选的是，所述发电机为稀土永磁无铁芯发电机。该发电机采用无铁芯、无刷、无磁阻尼、稀土永磁发电技术，改变了传统电机运用硅钢片与绕线定子结构，结合自主研发的电子智能变频技术，使电机系统效率提高到95%以上。优选的是，所述稀土永磁无铁芯发电机与自动变速器之间通过联轴器A联接。优选的是，所述高压电磁助力器与斜齿轮B之间通过主轴联接。 优选的是，所述斜齿轮B与斜齿轮A啮合，并且斜齿轮A与多柱体动力分配器相联接。优选的是，所述锥形齿轮A上的锥形齿轮轴与小齿轮通过键连接。优选的是，稀土永磁无铁芯发电机与自动变速器通过联轴器A联接；自动变速器可以随风力的大小而改变转速来控制动力源的转速。优选的是，自动变速器上联接有高压电磁助力器。该助力器上的主轴与斜齿轮B通过键联接在一起。优选的是，高压电磁助力器与斜齿轮之间通过主轴联接。优选的是，斜齿轮B与斜齿轮A哨合。斜齿轮具有哨合性好,传动平稳、噪音小；重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力；不产生根切的最少齿数少的特点。优选的是，斜齿轮A与锥形齿轮B之间安装有多柱体动力分配器。从多柱体动力分配器传递来的动力驱动锥形齿轮A、驱动锥形齿轮B工作，进而驱动动力源转动。优选的是，锥形齿轮A与锥形齿轮B进行啮合。锥形齿轮具有寿命长、高负荷承载力、噪音小、减震的特点，最重要的是，它可以实现两个垂直轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴。优选的是，所述高压电磁助力器包括助力器外壳、定子部分、转子部分。定子部分由定子铁芯固定盘、定子铁芯和定子铁芯线圈组成。转子部分由转子铁芯固定盘、助力器飞轮、转子铁芯和转子铁芯线圈1006组成。电磁助力器外形成环形筒状，助力器外壳位于电磁助力器的最外围，其一般由隔磁材料比如铁制成。定子部分的定子铁芯固定盘固定连接在助力器外壳上，定子铁芯插接在定子铁芯固定盘上，其上缠绕有定子铁芯线圈。另外本发明还提供了一种用于涡轮涡扇的安装结构，所述结构包括运行轨道、涡轮涡扇、黄油固定圈、运转齿圈，所述涡轮涡扇由运行轨道上的柱销托起，涡轮涡扇上平面装有黄油固定圈，黄油固定圈通过螺栓组连接了运转齿圈；所述运行轨道包括轨道、柱销、滚轮支架；所述轨道由轨道外侧凹面、轨道内侧凹面、轨道上凹面、轨道上支撑沿、轨道下支撑沿组成；所述涡轮涡扇由涡轮主体、内叶片、外叶片组成。优选的是，所述运行轨道由三段阶梯式的圆弧形轨道组成的圆周轨道。分成三段阶梯式，当托运和安装时都很方便，同时可见简单轻巧的将装有滚轮的滚轮支架卡在轨道上。每段圆弧形轨道做成阶梯形式后用若干螺栓组组连接将阶梯式的三段安装成一个整圆轨道，进而安装简单易行而且满足了动力运转的需求。优选的是，所述涡轮涡扇由运行轨道的柱销托起，该柱销的上端面为圆平面，确保涡轮涡扇在运转时不会发生偏离。优选的是，所述运行轨道内装有滚轮，该 滚轮为锥形圆柱滚轮，锥形滚轮中间装有一滚轮轴，滚轮轴安装于侧面开有小孔的圆孔中，进而将锥形圆柱滚轮安装于滚轮支架上。优选的是，所述运行轨道设有轨道上凹面，锥形圆柱滚轮的圆锥突起面与轨道上凹面接触，保证了锥形圆柱滚轮做向心圆周运动。优选的是，所述运行轨道的内侧面和外侧面均为凹形面，滚轮内侧凸面为一圆弧面，并且该圆弧面的圆心与轨道的圆心同心，滚轮支架内侧凸面卡在凹形面上，涡轮涡扇转动时就不会脱离轨道，也不会当风力很大时随风一起向上运动，同时滚轮对轨道圆心内部有一定的向心角度，进而使滚轮在轨道上向心做圆周运动，不会走直线或向其它方向运行。优选的是，所述黄油固定圈通过螺栓组连接安装于涡轮涡扇的上平面；黄油固定圈通过螺栓组连接了运转齿圈，并且黄油固定圈内部注入了黄油，当涡轮涡扇发生运转时起到润滑、防锈的作用。
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，其中图I所示为按照本发明的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统的一优选实施例的原理简图；图2所示为图I的一优选实施例的涡轮涡扇的安装结构立体图；图3所示为图2中的运行轨道立体图；图4所示为图I的一优选实施例的涡轮涡扇的立体图；图5所示为图I的一优选实施例的高压电磁助力器的立体图；图6所示为图I的一优选实施例的高压电磁助力器的中心剖视的截面图；图7所示为图I的一优选实施例的高压电磁助力器的主视图。图中标注说明发电机、变速器固定座板1，联轴器A2，联轴器B3，主轴4，多柱体动力分配器5，小齿轮8，锥形齿轮轴9，锥形齿轮AlO，锥形齿轮BI I，锥形齿轮B齿轮轴12，斜齿轮B13，斜齿轮A14，自动变速器16，稀土永磁无铁芯发电机17，运行轨道300，涡轮涡扇400，运转齿圈500，黄油固定圈600，滚轮支架内侧凸面301，滚轮支架302，柱销303，锥形圆柱滚轮304，滚轮轴305，滚轮306，轨道内侧凹面307，轨道上凹面308，轨道上支撑沿309，轨道外侧凹面310，轨道下支撑沿311，轨道312，外叶片401，涡轮涡扇主体402，内叶片403，主体内壁404，主体外壁405，主体上平面406，主体下平面407，高压电磁助力器1000，助力器外壳1001，定子铁芯固定盘1002，定子铁芯线圈1003，定子铁芯1004，转子铁芯1005，转子铁芯线圈1006，转子铁芯固定盘1007，助力器飞轮1008，键1009。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。参阅图I所示，本发明风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统包括涡轮涡扇400、运行轨道300、黄油固定圈600、运转齿圈500、小齿轮8、锥形齿轮A10、锥形齿轮B11、斜齿轮A14、斜齿轮B13、高压电磁助力器1000、自动变速器16、稀土永磁无铁芯发电机17。现在描述该发电系统的工作原理。涡轮涡扇400在风力的驱动下进行转动，当风力比较小时，启动稀土永磁无铁芯发电机17。稀土永磁无铁芯发电机17安装在发电机、变速器固定座板I上，稀土永磁无铁芯发电机17与自动变速器16通过联轴器A2联接，自动变速器16上安装有高压电磁助力器1000 ;高压电磁助力器1000的主轴4与斜齿轮B通过键联接在一起；斜齿轮A14与多柱体动力分配器5相联接；多柱体动力分配器5通过锥形齿轮B的齿轮轴12与锥形齿轮B联接；锥形齿轮A14与锥形齿轮B13进行啮合，进而通过驱动小齿轮与锥形齿轮轴9旋转来带动涡轮涡扇400转动。现在描述斜齿轮和锥形齿轮的原理。在斜齿轮A14和斜齿轮B13上，轮齿的切口方向与齿轮表面呈一定的角度。当斜齿轮A14和斜齿轮B13啮合时，接触点将从斜齿轮A14和斜齿轮B13的一端开始，并随着斜齿轮A14和斜齿轮B13的旋转逐渐移到另一端，直至斜齿轮A14和斜齿轮B13的轮齿完全啮合。通过这种逐渐啮合的方式,斜齿轮在运转时要比正齿轮平稳、安静得多。由于斜齿轮A14和斜齿轮B13上的轮齿呈现一定的角度，因此当它们啮合时，齿轮将会承受一定的压力，斜齿轮A14和斜齿轮B13内都装有轴承，用来承受这种压力。在本发明中，多柱体动力分配器5的轴体与小齿轮8的中心轴相互垂直，之所以选择锥形齿轮Bll与锥形齿轮AlO进行啮合，是为了将水平方向的力转换为垂直方向的转动力。参阅图2，其示出了图I的一优选实施例的涡轮涡扇的安装结构立体图。该涡轮涡扇的安装结构包括运行轨道300、涡轮涡扇400、黄油固定圈600、运转齿圈500。涡轮涡扇400由运行轨道300上的设定在滚轮托架302上的柱销303托起，涡轮涡扇400的上平面通过若干螺栓组与黄油固定圈600紧固地连接在一起；黄油固定圈600的上平面通过若干螺栓组与运转齿圈500紧固地连接在一起。通过螺栓组的连接就将涡轮涡扇400、黄油固定圈600和运转齿圈500连接成一体，当涡轮涡扇400发生转动时，黄油固定圈600和运转齿圈500也会随之转动，这样就不会发生偏移或相对的错位现象。黄油固定圈600通过螺栓组固定安装于润轮润扇400的上平面；黄油固定圈600通过螺栓组连接到运转齿圈500，并且黄油固定圈600内部注入了黄油，当涡轮涡扇400发生运转时起到润滑、防锈的作用。现在参阅图3和图4。运行轨道300包括轨道312、柱销303、滚轮支架302 ;轨道312由轨道外侧凹面310、轨道内侧凹面307、轨道上凹面308、轨道上支撑沿309、轨道下支撑沿311组成。轨道312是由三段阶梯式的圆弧形轨道组成的圆周轨道。所述阶梯式为轨道312的三段的每段的两端的断口一端呈凹字形，另一端呈凸字形，相邻两段的首尾相接成一圆弧面。之所以分成三段阶梯式，是为了考虑托运和安装时的方便，同时可以更加简单轻巧的将装有滚轮的滚轮支架302卡在轨道312上。将每段圆弧形轨道做成阶梯形式，再用若干螺栓组将阶梯式的三段安装成一个整圆轨道，这样就可实现简单安装，进而有效地满足动力运转的需求。[0046]柱销303的上端面为圆平面，其与涡轮涡扇400的下平面相接触；柱销303的下端面为一光滑的圆形平面，该平面位于滚轮支架302的上平面之上，并且滚轮支架302的上平面大于柱销303的圆柱底圆，便于安装滚轮组件。装有滚轮轴305的滚轮306通过滚轮支架302的侧边板小孔，将滚轮306连接在滚轮支架302内，并且滚轮306的锥形圆柱滚轮304的突起面与轨道312的轨道上凹面308接触。滚轮306对轨道312的圆心内部有一定的向心角度，当涡轮涡扇400转动时，滚轮306将沿着轨道312进行圆周运动。滚轮支架内侧301卡在轨道外侧凹面310和轨道内侧凹面307上；滚轮支架302的下平面紧贴于轨道下支撑沿311上，滚轮支架302的内侧突出平面紧贴于轨道上支撑沿309上，这样保证了涡轮涡扇400在转动时不会脱离轨道312，而且当风力很大时不会随风一起向上运动，同时滚轮306对轨道312圆心内部有一定的向心角度，使滚轮306在轨道312上做向心圆周运动，不会走直线或向其它方向运行。柱销303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304在本实施例中各为5个，根据三点确定一个平面的原则可以选择3个或4个或6个或7个等，我们可以根据该安装结构的实际大小增加或减少柱销303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304的数量；柱销303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304的组合件均匀的分布在轨道312上。现在描述高压电磁助力器1000的详细结构和原理。图5-7描述了本发明的电磁助力器1000的实施例。图5为高压电磁助力器的立体图，其示出了转子和定子各5个铁芯的情况；图7为图5的主视图；图6为图5的高压电磁助力器的中心剖视的截面图的中心剖视的截面图。电磁助力器1000包括助力器外壳1001、定子部分、转子部分。定子部分由定子铁芯固定盘1002、定子铁芯1004和定子铁芯线圈1003组成。转子部分由转子铁芯固定盘1007、助力器飞轮1008、转子铁芯1005和转子铁芯线圈1006组成。电磁助力器1000外形成环形筒状，助力器外壳1001位于电磁助力器1000的最外围,其一般由隔磁材料比如铁制成。定子部分的定子铁芯固定盘1002固定连接在助力器外壳1001上，定子铁芯1004插接在定子铁芯固定盘1002上，其上缠绕有定子铁芯线圈1003。转子铁芯固定盘1007通过过盈配合或螺纹连接固定安装在助力器飞轮1008上，以随助力器飞轮1008转动。转子铁芯固定盘1007上插接有转子铁芯1005，转子铁芯上缠绕有转子铁芯线圈1006。助力器飞轮1008通过键1009与主轴4固定连接。在本发明的示例性实施中，助力器飞轮1008通过花键或平键或销1009与主轴4的端部固定连接，从而使得主轴4的旋转带动助力器飞轮1008旋转，进而带动转子铁芯1005转动。在图5所示的电磁助力器结构中，定子部分和转子部分均由两个铁芯组成，即5个呈72度放置的转子铁芯1006和5个呈72度放置的定子铁芯1004组成。为了使转子部分的转子铁芯线圈1006与定子部分的定子铁芯线圈1003所产生的电磁场同极相斥产生的作用力推动曲轴56转动，可以适当地将定子铁芯1004适当地倾斜安装，比如可以将定子铁芯1004相对于转子铁芯1005的延长线成5°至30°的锐角角度倾斜安装，优选地是，倾斜角度可以是10°至25°，更优选地是，倾斜角度可以是12°至20°。在本发明的优选实施中，可以选定定子铁芯1004相对于转子铁芯的倾斜角度为5°、8°、12°、15°、20°。为了更好地利用线圈1006和1003所产生的磁场，减少铁耗，定子铁芯1004由硅钢片叠成，而转子铁芯1005由整体的钢制成或者也由硅钢片叠成。[0053]现在进一步描述电磁助力器1000的工作原理。电磁助力器1000之所以助力在于其利用了电磁铁或永磁铁之间同极相斥异极相吸的磁场特性。如图7中所示，当上方位置的转子铁芯1005靠近顶部的定子铁芯1004时，此时两个铁芯通有相反方向的电流(按图示的缠绕方法，绕法相同，电流方向相反)，则定子铁芯1004和转子铁芯1005产生的磁场方向相对(例如定子铁芯的N级向圆心而转子铁芯的N级向圆外，或者定子铁芯的N级向圆外而转子铁芯的N级向圆心)，使内外铁芯之间存在斥力，则定子铁芯1004就会推动转子铁芯1005转动。当转子部分转到一定角度(在2铁芯的实施例中，接近180度)后，同一个转子铁芯1005在靠近下一个定子铁芯1004时，同极之间的斥力就会成为转子部分转动的阻力，此时需要对定子部分和转子部分的线圈同时断电，由于断电，转子铁芯1005和定子铁芯1004之间的磁场就会消失，助力器飞轮1008由于惯性继续运动，当同一个转子铁芯1005越过另一个定子铁芯1004时，继续对线圈通电，此时转子铁芯1005和定子铁芯1004之间所存在的同极之间的斥力又会促动转子部分继续转动，如此周而复始地在电磁作用力下转动，实现对主轴4转动的助力目的。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求1.一种风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其包括动力单元，所述动力单元包括涡轮涡扇(400)、运行轨道(300)、黄油固定圈(600)、运转齿圈(500)、发电机；驱动单元，所述驱动单元包括小齿轮(8)、锥形齿轮A (10)、锥形齿轮B (11)、斜齿轮A (14)、斜齿轮B (13)、高压电磁助力器(1000)、自动变速器(16)； 其特征在于发电机与自动变速器(16)相联接，自动变速器(16)上安装有高压电磁助力器(1000);斜齿轮A (14)与多柱体动力分配器(5)相联接；锥形齿轮A (10)与锥形齿轮B(Il)进行啮合，进而通过驱动小齿轮(8 )与锥形齿轮轴(9 )旋转来带动涡轮涡扇(400 )转动。
2.如权利要求I所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述涡轮涡扇(400 )由运行轨道(300 )上的柱销(303 )托起，所述涡轮涡扇(400 )的上平面装有黄油固定圈(600),黄油固定圈(600)通过螺栓组连接到运转齿圈(500)。
3.如权利要求I所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述发电机为稀土永磁无铁芯发电机(17 )。
4.如权利要求3所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述稀土永磁无铁芯发电机(17 )与自动变速器(16 )之间通过联轴器A (2 )联接。
5.如权利要求I所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述高压电磁助力器(1000)与斜齿轮B (13)之间通过主轴(4)联接。
6.如权利要求I所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述斜齿轮B (13)与斜齿轮A (14)啮合，并且斜齿轮A (14)与多柱体动力分配器(5)相联接。
7.如权利要求I所述的风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，其特征在于所述锥形齿轮A (10)上的锥形齿轮轴(9)与小齿轮(8)通过键连接。
专利摘要本实用新型涉及风力发电系统，具体而言，涉及一种风力发电塔涡轮涡扇的齿轮啮合变速系统，该系统包括涡轮涡扇(400)、运行轨道(300)、黄油固定圈(600)、运转齿圈(500)、小齿轮(8)、锥形齿轮A(10)、锥形齿轮B(11)、斜齿轮A(14)、斜齿轮B(13)、高压电磁助力器(1000)、自动变速器(16)、稀土永磁无铁芯发电机(17)，发电机与自动变速器(16)相联接，自动变速器(16)上安装有高压电磁助力器(1000)；斜齿轮A(14)与多柱体动力分配器(5)相联接；锥形齿轮A(10)与锥形齿轮B(11)进行啮合，进而通过驱动小齿轮(8)与锥形齿轮轴(9)旋转带动涡轮涡扇(400)转动。
文档编号F03D11/02GK202510295SQ20122002390
公开日2012年10月31日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者周剑, 周登荣 申请人:周剑, 周登荣