本实用新型涉及风力发电领域，尤其是一种双叶轮风力发电机组和风力发电设备。
背景技术：
目前风电市场上的直驱型风力发电机组多为单叶轮；单叶轮直驱风电机组发电时，转子相对定子相对运动切割磁感线发电，发电量的多少取决于风速大小；单叶轮直驱风电机组可工作的最低风速偏高，故单叶轮直驱风电机组在超低风速段不能进行发电，低风速适应能力低；风力发电机组开发时，为增加机组容量，发电机设计也不断加大；但在相同风速下，单叶轮直驱机组对风能的利用率不高，发电量不高；机组低风速适应能力低；随着风机额定功率的不断增大，单叶轮直驱机组的发电机设计难度也来也大。
技术实现要素：
本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是针对单叶轮直驱机组风能利用率不高的问题。
本实用新型提供了一种双叶轮风力发电机组，包括同向转动的第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮连接第一转子，所述第二叶轮通过换向装置连接第二转子，所述第一转子与第二转子反向转动；所述第一叶轮与第二叶轮分设于所述换向装置的两侧。
优选地，所述第一叶轮通过第一增速机构连接所述第一转子，所述第一增速机构的输入轴连接所述第一叶轮，输出轴连接所述第一转子。
进一步地，所述第一增速机构包括行星轮系，所述行星轮系的行星齿轮架传动轴作为输入轴，所述行星轮系的太阳轮传动轴作为输出轴。
优选地，所述换向装置连接有使所述第二转子的转速高于所述第二叶轮转速的第二增速机构。
进一步地，所述换向装置包括依次啮合的第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮；所述第一锥齿轮与所述第二转子连接，且所述第一锥齿轮的传动轴与所述第二转子的传动轴中心线重合；所述第三锥齿轮与所述第二叶轮连接，且所述第三锥齿轮的传动轴与所述第二叶轮的传动轴中心线重合；所述第二锥齿轮的传动轴与所述第二转子的传动轴垂直。
进一步地，所述第二增速机构包括行星轮系，所述行星轮系的太阳轮传动轴连接所述第三锥齿轮的传动轴；所述行星轮系的行星齿轮架一端连接于行星轮的传动轴上，另一端连接于所述第二叶轮的传动轴上，以带动所述太阳轮转动。
进一步地，所述行星轮系包括沿齿圈等间距分布的多个所述行星轮。
优选地，所述第一叶轮的传动轴通过第一轴承与所述第二转子的传动轴滚动连接；所述第二叶轮的传动轴与换向装置的输入轴连接，换向装置的输出轴与第二转子的传动轴连接；所述换向装置设于底座内，所述底座通过第二轴承与所述第二叶轮和第二转子连接。
优选地，所述第一叶轮沿传动轴径向方向均匀设置多个第一叶片，所述第二叶轮沿传动轴径向方向均匀设置多个第二叶片，所述第二叶片的长度小于所述第一叶片的长度。
优选地，所述第一转子为外转子，其内侧设置有线圈绕组；所述第二转子为内转子，其外部固定有铁芯。
本实用新型还提出一种风力发电设备，其包括任一项所述的双叶轮风力发电机组。
本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型将同向转动的第一叶轮和第二叶轮分别连接发电机的第一转子和第二转子，并通过换向装置将两个叶轮的同向转动转换为两个转子的反向转动，可发电机的发电效率，从而提高对风能的使用率。
2、本实用新型将第一叶轮与第二叶轮分设于所述换向装置的两侧，以增加两个叶轮之间的间距，减小叶轮之间的挡风影响，可进一步提高对风能的利用率；同时，还可提高塔筒支撑的稳定性。
3、本实用新型还可在第一叶轮与第一转子之间，和/或第二叶轮与第二转子之间设置增速机构，以提高第一转子与第二转子的相对转速，进一步提高发电效率。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本实用新型双叶轮风力发电机组第一实施例的外部结构示意图；
图2为本实用新型双叶轮风力发电机组另一实施例的内部传动结构示意图；
图3为本实用新型中的第一叶片或第一叶片捕获风能的受力图；
图4为本实用新型中换向装置的实施例示意图；
图5为本实用新型中第一增速机构或第二增速机构的实施例示意图；
图6为本实用新型中换向装置与第二增速机构连接的实施例结构示意图。
标号说明：
第一叶轮11，第一转子12，第一叶片13，线圈绕组14，第二叶轮21，第二转子22，第二叶片23，铁芯24，第一传动轴25，第二传动轴26，第一轴承27，第二轴承28，底座29，换向装置3，第一锥齿轮31，第二锥齿轮32，第三锥齿轮33，行星轮系4，太阳轮41，行星齿轮架42，行星轮43，齿圈44，偏航驱动装置5，直驱发动机6，机舱7，塔筒8，轴系9。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示的双叶轮风力发电机组第一实施例，包括同向转动的第一叶轮11和第二叶轮21，结合图2所示，第一叶轮11连接第一转子12，第二叶轮21通过换向装置3连接第二转子22，所述第一转子12与第二转子22反向转动；其中第一转子12相当于发电机的转子，第二转子22相当于发电机的定子，当第一转子12相对于第二转子22转动时，形成双转子发电机；双转子发电机的线圈在铁芯的磁场内做切割磁力线运动，产生感应电流；同理，当本实用新型中的第一转子12相对于第二转子22同轴反向转动时，线圈亦在铁芯的磁场内做切割磁力线运动，从而产生感应电流。当发电机的定子固定时，线圈切割磁力线的运动速度为转子的运动速度，而本实用新型中的第二转子22相当于原发动机中的定子，其相对于转子做反向运动，从而使线圈切割磁力线的运动相对加速，可产生更大的感应电流。
当本实用新型中的第一叶轮11和第二叶轮21分别连接风力发电机的第一叶片13和第二叶片23时，如图3所示，第一叶片13和第二叶片23在风力带动下，推动第一叶轮11和第二叶轮21同向转动，成为驱动所述第一转子12和第二转子22转动的动力；本实用新型通过换向装置使得两个叶轮分别带动直驱发动机6中的第一转子12和第二转子22反向转动，从而提高第一转子12和第二转子22的相对转动速度，进而提高风力发电机的发电效率，提高对风能的使用率。
第一叶片13和第二叶片23在风力的驱动下同时发生转动时，由于两个叶轮之间具有挡风的影响，将减小对风能的利用率，本实用新型将第一叶轮11与第二叶轮21分设于所述换向装置3的两侧，以增加两个叶轮之间的间距，减小叶轮之间的挡风影响，可进一步提高对风能的利用率；而且两个叶轮分别位于塔筒8的两侧，可使塔筒8上的第一叶片13和第二叶片23、机舱7等组件的整体重心均衡，降低了重心不稳的不良影响，提高塔筒8支撑的稳定性。
通过增速机构可进一步提高第一转子12或第二转子22的转速，可进一步提高对风能的利用。故本实用新型提出另一实施例：所述第一叶轮11通过第一增速机构连接第一转子12，第一增速机构的输入轴连接第一叶轮11，输出轴连接第一转子12。当第一叶片13带动第一叶轮11转动时，第一叶轮11带动第一增速机构运动，第一增速机构的输出轴输出的转速高于第一叶轮11的转速，从而使连接于该输出轴的第一转子12增速，达到提高发电效率的目的。
所述第一增速机构可采用现有常用的增速机构，例如大齿轮带动小齿轮的增速机构、变速箱等。优选地，所述第一增速机构可包括行星轮系4，如图5所示，行星轮系4的行星齿轮架传动轴作为输入轴，行星轮系4的太阳轮传动轴作为输出轴。在本实施例中，由于齿圈44固定，仅起到限位作用，当第二叶轮21带动行星齿轮架42转动时，第二叶轮21与行星齿轮架42的转速相同，行星齿轮架42又带动行星轮43绕着太阳轮41和齿圈44转动；由于齿圈44的齿数大于太阳轮41的齿数，故太阳轮41的转速大于行星齿轮架42的转速，故作为动力输出的太阳轮41的转速大于作为动力输入的行星齿轮架42的转速，行星轮系4起到加速的作用。
同理，第二叶轮21和第二转子22之间亦可设置第二增速机构，故本实用新型又提出另一实施例：所述换向装置3连接有使第二转子22的转速高于第二叶轮21转速的第二增速机构。当第二叶片23带动第二转子22转动时，可先经过第二增速机构增速，再通过换向装置3换向，亦可先通过换向装置3换向再通过第二增速机构增速。所述第二增速机构亦可采用现有常用的增速机构，或包括行星轮系4，或采用多种增速机构相结合。
所述换向装置3可采用现有常用的换向机构，例如三星齿轮变向机构、圆锥齿轮变向机构、换向齿轮箱等。如图4所示的实施例，所述换向装置3包括依次啮合的第一锥齿轮31、第二锥齿轮32、第三锥齿轮33；第一锥齿轮31与所述第二转子22连接，且第一锥齿轮31的传动轴与第二转子22的传动轴重合；第三锥齿轮33与所述第二叶轮21连接，且第一锥齿轮31的传动轴与第二叶轮21的传动轴重合；第二锥齿轮32的传动轴与所述第二转子22和第二叶轮21的传动轴垂直。当第二叶轮21带动第三锥齿轮33转动时，第三锥齿轮33的转向与第二叶轮21相同；若第三锥齿轮33的转动方向如图4所示，则依次带动第二锥齿轮32和第一锥齿轮31向图示的箭头方向转动；由于第一锥齿轮31的传动轴与第二转子22的传动轴重合，则第二转子22的转动方向与第一锥齿轮31相同，与第二叶轮21的转向相反，达到换向的目的。本实施例通过锥齿轮达到换向目的，可保证传动的稳定性，而且换向的部件少，结构简单，成本低，易于维修。
基于图4所示的实施例，本实用新型提出如图5和图6所述的第二增速机构：所述第二增速机构包括行星轮系4，行星轮系4的太阳轮41传动轴连接所述第三锥齿轮33的传动轴；行星轮系4的行星齿轮架42一端连接于行星轮43的传动轴上，另一端连接于所述第二叶轮21的传动轴上，以带动所述太阳轮41转动。
在本实施例中，同理，齿圈44亦固定，当第二叶片23带动第二叶轮21转动时，第二叶轮21带动行星齿轮架42转动，第二叶轮21和行星齿轮架42的转速相同；行星齿轮架42绕太阳轮41和齿圈44转动，由于齿圈44的齿数大于太阳轮41的齿数，故太阳轮41的转速大于行星齿轮架42的转速；而太阳轮41的传动轴连接第三锥齿轮33的传动轴，故太阳能41的转速与第三锥齿轮33相同，从而使第三锥齿轮33的速度大于第二叶轮21的转速，行星轮系4起到加速传递第二叶轮21的转动作用。
图5所示的行星轮系4可作为第一增速机构，亦可作为第二增速机构；所述第一增速机构、第二增速机构可同时分别连接于第一叶轮11和第二叶轮21上，亦可择一连接。所述换向装置可与第一增速机构连接，亦可与第二增速机构连接，均不影响本实用新型的实施。
本实用新型中所述行星轮系4可包括沿齿圈44等间距分布的多个行星轮43，以实现共同承载第一叶轮11和/或第二叶轮21的载荷，又可使各啮合处的径向分力与行星轮43公转产生的离心惯性力得到平衡。
基于所述第一实施例，本实用新型还提出又一实施例：第一叶轮11的传动轴通过第一轴承27与第二转子22的传动轴滚动连接；第二叶轮21的传动轴与换向装置3的输入轴连接，所述换向装置3的输出轴与所述第二转子22的传动轴连接；换向装置3设于底座29内，底座29通过第二轴承28与第二叶轮21和第二转子22连接。本实用新型将换向装置3、第一轴承27和第二轴承28均封装于底座29内，对现有风力发电机组的改动小；而且，还可以在底座29下设置偏航驱动装置5，使得换向装置3与偏航驱动装置5的运动互不干扰。
如图1所示，本实用新型还提出另一实施例：所述第一叶轮11沿传动轴径向方向均匀设置多个第一叶片13，所述第二叶轮21沿传动轴径向方向均匀设置多个第二叶片23，第二叶片23的长度小于第一叶片13的长度。当第一叶片13和第二叶片23分别安装于第一叶轮11和第二叶轮21上时，其受力如图3所示，其中，平面AA为叶片旋转平面，角度α为安装角，角度β为迎角，角度γ为相对风向角，受力F1为升力，受力F2为阻力，受力F3为F1与F2的合力，速度V1为风速，速度V2为叶片线速度，速度V3相对风速。叶片在风力驱动下推动第一叶轮11和第二叶轮21转动，当所述第二叶片23的重力小于第一叶片13的重力时，可减少第二叶片23的重力力矩对换向装置的传动机构产生的不良影响。
如图2所示的实施例，所述第一转子12可以为外转子，其内侧设置有线圈绕组14；所述第二转子22可以为内转子，其外部固定有铁芯24；当第一转子12与第二转子22反向转动时，即产生感应电流。
结合图1-图5所示，本实用新型还提出另一优选实施例：
本实用新型中的双叶轮风力发电机组包括第一叶轮11、第二叶轮21，第一叶轮11上固定第一叶片13，第二叶轮21上固定第二叶片23；所示第一转子12和第二转子22位于直驱发电机6内，所示换向装置3位于机舱6内，塔筒7支撑所示机舱7等组件。
图2显示了双叶轮风力发电机组的传动结构布局设计，其包括第一转子12，作为发电机的外转子，第二转子22作为发电机的内转子。发电机的永磁体磁极为铁芯24，固定于第二转子22外部；线圈绕组14固定于第一转子12内部夹于第一转子12与铁芯24之间。当第一转子12与第二转子22反向转动时，线圈绕组14做切割磁力线运动，产生感应电流。换向装置3设置于底座29内，轴系9可包括第二增速机构、第二叶轮21的第二传动轴26、换向机构3以及第二转子22的第一传动轴25。
发电机外转子即第一转子12固定于第一叶轮11上，发电机永磁体磁极、线圈绕组14固定于外转子上；第一叶轮11通过第一轴承27实现支持和转动。第二叶轮21固定于轴系9，轴系9通过第二轴承28与底座29相连，实现支持第二叶轮21、保证第二叶轮21的转动；转动的第二叶轮21带动轴系9转动；发电机铁芯24固定于发电机内转子(即第二转子22)外，发电机内转子与转动的轴系9相连。
第一叶片13转动，进而带动第一叶轮11转动，转动的第一叶轮11带动发电机外转子(即第一转子12)转动；第二叶片23带动第二叶轮21转动，第二叶轮21带动轴系9、发电机内转子(即第二转子22)转动；当来风时，偏航驱动装置5进行偏航对风，使两个叶轮处于有利位置进行捕获风能。
根据以上各双叶轮风力发电机组的实施例，本实用新型还提出一种风力发电设备，其包括所述的双叶轮风力发电机组。
以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。