专利名称：一种风电互补的动力均衡输出系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风电互补的机械动力传动机构，尤其涉及一种风电互补的动力均衡输出系统。
背景技术：
风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式；风力发电即把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，在能源转化中会有很大的转化损失。以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水、带动高压水泵进行海水淡化等，这种风力发动机的优点是投资少、工效高、经济耐用。但由于风力具有随机性和不确定性，因此限制了其应用范围，尤其在一些需要较稳定动力输出的场合更是如此。如专利号为ZL201120033186. 2的专利文献 公开了一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，即是直接将风力转化为机械能带动高压水泵进行海水淡化，由于风力的随机性，为了保证海水淡化系统的连续稳定工作，采用了电力驱动二次加压水泵进行风能补充的方式。如果能将电机的动力和风力有效合成输出较稳定的机械能，并以此稳定的机械能带动海水淡化系统，将会使海水淡化系统结构大为简化，能源利用效率更高。而由此形成的具有稳定动力输出的风力发动机系统将会使风力的利用前景更为广阔。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电互补的动力均衡输出系统，将风力驱动装置和电力驱动装置的动力有效合成，使得两个不同转速动力输出轴的能量能同时作用在一个动力输出机构，并使其扭矩在动力输出轴上得到线性合成。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种风电互补的动力均衡输出系统，其特征在于，包括风力驱动装置、电力驱动装置、动力合成装置及控制装置，所述风力驱动装置包括风能转换系统及风力输出轴，所述电力驱动装置包括电机传动系统及电力输出轴；所述动力合成装置包括第一伞齿轮、第二伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二从动伞齿轮、第一动力轴、第二动力轴、从动轴及动力输出机构；所述第一伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二伞齿轮及第二从动伞齿轮依次相互啮合组成整体剖面呈矩形框排布的齿轮组；所述第一动力轴的尾端与所述第一伞齿轮固定连接，所述第二动力轴的尾端与所述第二伞齿轮固定连接，所述第一动力轴、第一伞齿轮、第二动力轴及第二伞齿轮同轴线设置；所述第一从动伞齿轮和所述第二从动伞齿轮通过轴承与所述从动轴连接，所述从动轴垂直于所述第一动力轴和第二动力轴且三者的轴线位于同一平面；所述从动轴的外端与所述动力输出机构固定连接；所述动力输出机构是沿所述第一动力轴或第二动力轴对称并支撑在所述从动轴的外端上的旋转部件；所述风力输出轴与所述第一动力轴同轴连接，所述电力输出轴与所述第二动力轴同轴连接。本发明的有益效果是采用本发明不论风力和电力两种动力输出轴转速如何，都可以在动力输出机构得到有效的合成力矩输出，即当风力输出轴随机运转时，都可以和电力输出轴的动力按本发明所确定的模式合成输出。并且可以以电力轴的随动来补偿风力轴的变换，从而保证输出恒定。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述第一动力轴和第二动力轴上分别设有旋转支撑装置。采用上述进一步方案的有益效果是，通过该支撑装置将本合成装置固定在设备机体上，以保证齿轮组的正常运行，该支撑装置可以采用推力轴承或其它类似部件。 进一步,所述动力输出机构还包括与所述旋转部件相联动的从动旋转部件。采用上述进一步方案的有益效果是，利用从动旋转部件可以将动力输出连接到合适空间，并可以起到变速作用。进一步，所述旋转部件和从动旋转部件是齿轮或齿环。采用上述进一步方案的有益效果是，采用齿轮或齿环传动，使得本装置结构紧凑，简单实用。进一步，所述风力驱动装置的风力输出轴上还设有第一抱闸装置，所述电力驱动装置的电力输出轴上还设有第二抱闸装置。采用上述进一步方案的有益效果是，当其中一个动力装置停止工作时，利用该抱闸装置保证该动力轴处于静止状态，以免与从伞齿轮跟动。进一步，所述电力驱动装置的电力输出轴与所述第二动力轴之间通过第二电磁离合器连接。采用上述进一步方案的有益效果是，便于控制电力驱动与动力输出机构的离合。进一步，所述风能转换系统包括风力机、传动轴、第二齿轮换向器、加速齿轮箱，所述风力机的输出轴与所述传动轴的上端固定连接，所述传动轴的下端与第二齿轮换向器的输入轴固定连接，所述第二齿轮换向器的输出轴通过第三联轴器与加速齿轮箱的输入轴连接，加速齿轮箱的输出轴即风力输出轴通过第一电磁离合器与所述第一动力轴连接。进一步，所述风力机包括机舱、安装于机舱前部的叶轮、用于支承叶轮主轴的叶轮主轴承、安装于叶轮主轴上的第一联轴器、第一齿轮换向器，所述第一齿轮换向器的输入端通过第一联轴器与风力机主轴连接，输出端通过第二联轴器与传动轴连接，第二联轴器下部装有推力轴承，机舱的底部设有调节叶轮迎风的偏航装置。采用上述进一步方案的有益效果是利用风力机和齿轮换向器等将高空的风力叶轮机械能传输到地面动力系统，便于连接机械设备。进一步，所述控制装置包括PLC控制器、变频器、设于所述风力输出轴上的第一速度传感器和设于所述动力输出机构的第二速度传感器；所述PLC控制器根据第一速度传感器检测的速度参数和第二速度传感器的传感信号，通过所述变频器控制电机传动系统工作；即通过所述第一或第二电磁离合器控制所述电力驱动装置和风力驱动装置的切换；或通过控制电力驱动装置的转速来补充风力驱动装置的速度变化，使所述动力输出机构恒转矩或恒速输出。采用上述进一步方案的有益效果是利用控制装置实现动力均衡输出的自动化。
图I为本发明一种风电互补的动力均衡输出系统示意图；图2为本发明的动力合成装置一种实施方式结构示意图；图3为图2的A-A向剖视图； 图4为本发明的动力合成装置另一种实施方式结构示意图；图5为本发明的风力驱动装置机构示意图；图6为本发明的控制装置示意图。在图I到图6中，各标号所表示的部件名称列表如下100、风力驱动装置101、风力输出轴；102、叶轮主轴承；103、第一齿轮换向器；104、机舱；105、机舱底座；106、叶轮；107、第一联轴器；108、风力机输出轴；109、第二联轴器；110、轴向推力轴承；111、传动轴；112、塔架；113、第四联轴器；114、第二齿轮换向器；115、第三联轴器；116、加速齿轮箱；117、第一电磁离合器；118、第一抱闸装置；200、动力合成装置201、第一动力轴；202、旋转支撑装置；203、第一伞齿轮；204、第二从动伞齿轮；205、轴承；206、从动轴；207、连接件；208、输出轴；209、从动旋转部件；210、第一从动伞齿轮；211、第二伞齿轮；212、旋转部件；213、支撑轴承；214、第二动力轴；215、齿圈；300、电力驱动装置；301、电力输出轴；302、第二抱闸装置；303、第二电磁离合器；400、控制装置401、PLC控制器；402、第一速度传感器；403、第二速度传感器；404、变频器；405、电机传动系统。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图I到图3所示，一种风电互补的动力均衡输出系统，其特征在于，包括风力驱动装置100、电力驱动装置300、动力合成装置200及控制装置400，所述风力驱动装置100包括风能转换系统及风力输出轴101，所述电力驱动装置300包括电机传动系统405及电力输出轴301 ；所述动力合成装置200包括第一伞齿轮203、第二伞齿轮211、第一从动伞齿轮210、第二从动伞齿轮204、第一动力轴201、第二动力轴214、从动轴206及动力输出机构；所述第一伞齿轮203、第一从动伞齿轮210、第二伞齿轮211及第二从动伞齿轮204依次相互啮合组成整体剖面呈矩形框排布的齿轮组，所述矩形框是指从主视图上看，由所述齿轮组的伞齿轮大端构成的外轮廓为矩形，由伞齿轮小端构成的内轮廓仍为矩形。所述第一动力轴201的尾端与所述第一伞齿轮203固定连接，所述第二动力轴214的尾端与所述第二伞齿轮211固定连接，所述第一动力轴201、第一伞齿轮203、第二动力轴214及第二伞齿轮211同轴线设置；所述第一从动伞齿轮210和所述第二从动伞齿轮204通过轴承205与所述从动轴206连接，所述从动轴206垂直于所述第一动力轴201和第二动力轴214且三者的轴线位于同一平面；所述从动轴206的外端与所述动力输出机构固定连接；所述动力输出机构是沿所述第一动力轴201或第二动力轴214对称并支撑在所述从动轴206外端上的旋转部件212 ;所述风力输出轴101与所述第一动力轴201同轴连接，所述电力输出轴301与所述第二动力轴214同轴连接。所述第一动力轴201和第二动力轴214上分别设有旋转支撑装置202。所述动力输出机构还包括与所述旋转部件212相联动的从动旋转部件209。所述旋转部件212和从动旋转部件209是齿轮或齿环。 所述风力驱动装置100的风力输出轴101上还设有第一抱闸装置118，所述电力驱动装置300的电力输出轴301上还设有第二抱闸装置302。所述电力驱动装置300的电力输出轴301与所述第二动力轴214之间通过第二电磁离合器303连接。如图5所示，所述风能转换系统包括风力机、传动轴111、第二齿轮换向器114、加速齿轮箱116，所述风力机的输出轴108与所述传动轴111的上端固定连接，所述所述传动轴111的下端通过第四联轴器113与第二齿轮换向器114的输入轴固定连接，所述第二齿轮换向器114的输出轴通过第三联轴器115与加速齿轮箱116的输入轴连接，所述加速齿轮箱116的输出轴即风力输出轴101通过第一电磁离合器117与所述第一动力轴201连接。所述风力机包括机舱104、安装于机舱前部的叶轮106、用于支承叶轮主轴的叶轮主轴承102、安装于叶轮主轴上的第一联轴器107、第一齿轮换向器103,所述第一齿轮换向器103的输入端通过第一联轴器107与风力机主轴连接,输出端通过第二联轴器109与传动轴111连接，第二联轴器109下部装有轴向推力轴承110，机舱104的底部设有调节叶轮迎风的偏航装置。如图6所示，所述控制装置400包括PLC控制器401、变频器404、设于所述风力输出轴101上的第一速度传感器402和设于所述动力输出机构的第二速度传感器403 ;所述PLC控制器401根据第一速度传感器402检测的速度参数和第二速度传感器403的传感信号，通过所述变频器404控制电机传动系统405工作；并通过所述第一电磁离合器117或第二电磁离合器303控制所述电力驱动装置300和风力驱动装置100的切换；或通过控制电力驱动装置300的转速来补充风力驱动装置100的速度变化,使所述动力均衡输出系统恒转矩或恒速输出。当风力或电力驱动装置其中之一不需要工作时，可以通过第一抱闸装置118或第二抱闸装置302使相应的动力轴停止运转。如图4所示，是本发明的动力合成装置200另一种实施方式结构示意图；其与图2和图3所示结构的区别在于所述旋转部件212通过连接件207设于所述齿轮组的一侧。当旋转部件212设在齿轮组一侧时，还可以通过支撑轴承213将旋转部件212支撑在相应的动力轴上。本发明的动力合成装置工作原理如下设第一动力轴的转速为VI，第二动力轴的转速为V2，动力输出机构的旋转部件转速为V3，则本发明的动力轴和输出轴速度满足如下换算公式V3=K. (V1+V2) /2
其中K为传动比。I、当V1=V2=V即两个动力轴转速相同方向一致时V3=K.V。此时，两个从动伞齿轮两侧受到相同方向的扭力矩，其自身不会绕从动轴自转，而从动轴能带动旋转部件绕第一动力轴做旋转运动，且速度正好与动力轴相同，但输出力矩得到了合成。2、当Vl=-V，Vl=V即两个动力轴转速大小相同、方向相反时，V3=0。即说明两个动力力矩由于方向相反，大小相同正好抵消。此时从动伞齿轮的两侧受到了相反方向的作用力，产生转矩，使其绕从动轴做自转，而从动轴不会受到旋转力作用，因此旋转部件不动。3、当V1=2V，Vl=V即两个动力轴转速不同，方向相同时，V3=l. 5K此时从动伞齿轮两侧会受到不同方向，不同大小力矩作用，其既要绕从动轴自转，还要绕第一动力轴公转，即合成后在旋转部件得到叠加力矩。基于上述速度换算公式，当第一动力轴转速随机变化，而第二动力轴转速恒定时，旋转部件转速也会随之变化。 把上述的第一动力轴和第二动力轴分别等同于由风力驱动装置和电力驱动装置来带动运行，则可见风力与电力在本发明中得到了均衡合成输出。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种风电互补的动力均衡输出系统，其特征在于，包括风カ驱动装置、电カ驱动装置、动カ合成装置及控制装置，所述风カ驱动装置包括风能转换系统及风カ输出轴，所述电カ驱动装置包括电机传动系统及电カ输出轴； 所述动カ合成装置包括第一伞齿轮、第二伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二从动伞齿轮、第一动カ轴、第二动カ轴、从动轴及动カ输出机构；所述第一伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二伞齿轮及第ニ从动伞齿轮依次相互啮合组成整体剖面呈矩形框排布的齿轮组； 所述第一动カ轴的尾端与所述第一伞齿轮固定连接，所述第二动カ轴的尾端与所述第ニ伞齿轮固定连接，所述第一动カ轴、第一伞齿轮、第二动カ轴及第ニ伞齿轮同轴线设置；所述第一从动伞齿轮和所述第二从动伞齿轮通过轴承与所述从动轴连接，所述从动轴垂直于所述第一动カ轴和第二动カ轴且三者的轴线位于同一平面； 所述动カ输出机构是沿所述第一动カ轴或第二动カ轴对称并支撑在所述从动轴的外端上的旋转部件； 所述风カ输出轴与所述第一动カ轴同轴连接，所述电カ输出轴与所述第二动カ轴同轴连接。
2.根据权利要求I所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述第一动カ轴和第二动カ轴上分別设有旋转支撑装置。
3.根据权利要求I或2所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述动カ输出机构还包括与所述旋转部件相联动的从动旋转部件。
4.根据权利要求3所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述旋转部件和从动旋转部件是齿轮或带轮。
5.根据权利要求I或2或4所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述风カ驱动装置的风カ输出轴上还设有第一抱闸装置，所述电カ驱动装置的电カ输出轴上还设有第二抱闸装置。
6.根据权利要求I或2或4所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述电カ驱动装置的电カ输出轴与所述第二动カ轴之间通过第二电磁离合器连接。
7.根据权利要求I或2或4所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述风能转换系统包括风カ机、传动轴、第二齿轮换向器、加速齿轮箱，所述风カ机的输出轴与所述传动轴的上端固定连接，所述传动轴的下端与第二齿轮换向器的输入轴固定连接，所述第二齿轮换向器的输出轴通过第三联轴器与加速齿轮箱的输入轴连接，加速齿轮箱的输出轴即风カ输出轴通过第一电磁离合器与所述第一动カ轴连接。
8.根据权利要求7所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于所述风カ机包括机舱、安装于机舱前部的叶轮、用于支承叶轮主轴的叶轮主轴承、安装于叶轮主轴上的第ー联轴器、第一齿轮换向器，所述第一齿轮换向器的输入端通过第一联轴器与风カ机主轴连接，输出端通过第二联轴器与传动轴连接，第二联轴器下部装有推力轴承，机舱的底部设有调节叶轮迎风的偏航装置。
9.根据权利要求8所述的风电互补的动カ均衡输出系统，其特征在于，所述控制装置包括PLC控制器、变频器、设于所述风カ输出轴上的第一速度传感器和设于所述动カ输出机构的第二速度传感器；所述PLC控制器根据第一速度传感器检测的速度參数和第二速度传感器的传感信号，通过所述变频器控制所述电机传动系统工作；即通过所述第一或第二电磁离合器控制所述电カ驱动装置和风カ驱动装置的切換；或通过控制电カ驱动装置的转 速来补充风カ驱动装置的速度变化，使所述动カ输出机构恒转矩或恒速输出。
全文摘要
本发明公开了一种风电互补的动力均衡输出系统，包括风力驱动装置、动力合成装置、电力驱动装置以及控制装置，所述动力合成装置包括第一动力轴、第一伞齿轮、第二动力轴、第二伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二从动伞齿轮、从动轴及动力输出机构；所述第一伞齿轮、第一从动伞齿轮、第二伞齿轮及第二从动伞齿轮依次相互啮合组成齿轮组；所述第一从动伞齿轮和所述第二从动伞齿轮通过轴承与所述从动轴连接，所述从动轴与所述动力输出机构固定连接；采用本发明不论风力和电力各自输出轴转速如何，都可以在动力输出机构得到有效的合成力矩输出，并可以以电力轴的随动来补偿风力轴的变化，以保证输出转矩或转速恒定。
文档编号F16H1/22GK102817798SQ201210280790
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者吴速, 王一冰, 李新军 申请人:吴速