用于风力发电的风力驱动机构及风力发电装置

1.本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种用于风力发电的风力驱动机构及风力发电装置。


背景技术：

2.现有的风力发电设备一般是采用在塔架上设置旋转的叶片，将风能转化为叶片旋转的动能，通过叶片轮毂、主轴传递动能驱动发电机转动，将机械能转换为电能。这种风力发电设备往往体积庞大，且整体结构比较复杂。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于风力发电的风力驱动机构及风力发电装置，能够实现利用水平方向上的风能。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.用于风力发电的风力驱动机构，包括至少一组水平桨叶机构和与水平桨叶机构连接的第一传动机构；
6.所述水平桨叶机构包括两个相对设置的水平桨叶组件，所述水平桨叶组件被配置为仅可沿竖直方向运动，在水平方向风力的作用下，所述水平桨叶组件在竖直方向上作上下往复运动；
7.所述第一传动机构的输入端连接水平桨叶组件，将水平桨叶组件竖直方向上的上下往复运动转化为可驱动发电机转动的转动运动。
8.作为对上述技术方案的进一步改进，所述水平桨叶组件包括沿水平方向设置的水平桨叶和设置于水平桨叶一端的滑动件，所述滑动件与一沿竖直方向设置的固定件之间滑动配合，使滑动件可沿竖直方向在固定件上滑动。
9.作为对上述技术方案的进一步改进，所述水平桨叶与滑动件之间转动连接，使水平桨叶沿其轴线方向转动，所述滑动件上设置有转动限位组件，转动限位组件用于限制水平桨叶的转动范围。
10.作为对上述技术方案的进一步改进，所述转动限位组件包括设置在滑动件上的限位件，所述限位件上设置有限位滑槽，所述水平桨叶上设置有限位杆，所述限位杆伸入设置到限位滑槽内，与限位滑槽之间滑动配合。
11.作为对上述技术方案的进一步改进，所述限位滑槽内在其两端端部分别设置有缓冲件。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一传动机构包括第一传动轴和两组曲柄连杆组件；所述曲柄连杆组件一端分别连接到对应的滑动件上，与滑动件之间铰链连接，另一端分别固定连接到第一传动轴上；优选所述第一传动机构还包括与第一传动轴平行设置的第二传动轴、第一齿轮副和第二齿轮副；所述第一传动轴与第二传动轴之间通过第一齿轮副传动连接，所述第二传动轴与发电机的输入轴之间通过第二齿轮副传动连接，所述
第二齿轮副包括两个啮合的锥齿轮。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，两组曲柄连杆组件中，当其中一组曲柄连杆组件运动到死点位置时，另一组曲柄连杆机构不在其运动的死点位置。
14.作为对上述技术方案的进一步改进，包括两组水平桨叶机构和分别与对应水平桨叶机构连接的两组第一传动机构；
15.两组第一传动机构的输出端分别连接到第一行星轮系，所述第一行星轮系包括啮合连接的第一齿圈、第一太阳轮和第一行星轮，其中一个第一传动机构的输出端连接第一太阳轮，另一个第一传动机构的输出端通过第三齿轮副连接第一齿圈，所述第一行星轮的输出端为发电机提供转动动力。
16.作为对上述技术方案的进一步改进，包括壳体，所述壳体罩设在水平桨叶机构和第一传动机构外，所述固定件固定设置在壳体内。
17.另一方面，本实用新型提供了一种风力发电装置，包括风力驱动机构，所述风力驱动机构驱动发电机转动。
18.本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
19.1）通过对风力驱动机构的结构进行设计，实现了将竖直方向上往复运动转化为转动运动，实现对水平方向上风力的利用，结构设计合理，运行稳定可靠。
20.2）该风力驱动机构中水平桨叶组件的水平桨叶采用自适应连接结构，水平桨叶能够在一定范围内发生摆动，从而能够根据风向自动调节其迎风面的角度，使其实现对风力的最大化利用。
21.3）每组水平桨叶机构中均采用两个水平桨叶组件对第一传动机构进行驱动，通过两个水平桨叶组件之间形成联动，一起实现两个水平桨叶组件之间的上下往复运动；同时，通过对两个水平桨叶组件的初始位置进行设置，当其中一个第一传动机构的曲柄连杆组件运动到死点位置时，另一第一传动机构的曲柄连杆组件则正好避开了死点位置，由于两个曲柄连杆组件共同驱动一个传动轴转动，此时在传动轴的作用下能够使两个曲柄连杆组件始终保持连续动作，很好地解决了曲柄连杆组件运动死点的问题。
22.4）两组第一传动机构之间采用行星轮系进行连接，实现了在两个输出端动力的独立输出与动力的合成，很好地解决了两个输出端动力输出时发生干扰的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本实用新型风力驱动机构结构示意图。
25.图2为本实用新型风力驱动机构结构俯视图。
26.图3为图2中b-b向截面示意图。
27.图4为本实用新型风力驱动机构内部结构示意图。
28.图5为本实用新型风力驱动机构中水平桨叶机构和第一传动机构结构示意图。
29.图6为本实用新型风力驱动机构中水平桨叶组件结构主视图。
30.图7为本实用新型风力驱动机构中水平桨叶组件结构左视图。
31.图8为本实用新型风力驱动机构中第一行星轮系结构示意图。
32.其中：
33.101、水平桨叶，102、滑动件，103、限位件，104、限位滑槽，105、限位杆，106、缓冲件，107、第一传动轴，108、第二传动轴，109、曲柄连杆组件，110、第一齿轮副，111、第二齿轮副；112、壳体，113、固定件，114、支架；
34.201、第一齿圈，202、第一太阳轮，203、第一行星轮，204、第三传动副。
具体实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.参照图1至3，本实施例中的风力驱动机构在水平方向风力的作用下，能够沿竖直方向作上下往复运动，并利用竖直方向上的往复运动驱动发电机转动，为发电机提供动力源；这里所指的风力驱动机构受沿水平方向风力的作用，并不是说其只能在绝对水平方向风力的作用下才会运动，该水平方向风力也可以是某一方向上风力在水平方向上的分量。
37.本实施例中，参照图4和5，该风力驱动机构采用了两组水平桨叶机构和分别与水平桨叶机构连接的两组第一传动结构；当然也可以只采用一组水平桨叶机构或者采用更多组水平桨叶机构，在方便水平桨叶机构、第一传动机构结构设置的同时，进一步提高风能的利用效率。
38.其中，每组水平桨叶机构均包括两个相对设置的水平桨叶组件，水平桨叶组件仅能够沿竖直方向上运动，以实现其在竖直方向上的往复运动。
39.第一传动机构的输入端分别连接两组水平桨叶组件，两组水平桨叶组件在竖直方向上做往复运动时，驱动第一传动机构动作，将两组水平桨叶组件在竖直方向上的往复运动转化为转动运动进行输出，第一传动机构的输出端连接发电机的输入端，实现对发电机的转动驱动，为发电机提供动力源。
40.参照图5，具体地，水平桨叶组件包括沿水平方向设置的水平桨叶101和设置于水平桨叶一端的滑动件102，滑动件102与一个沿竖直方向固定设置的固定件之间滑动配合连接，使滑动件可沿竖直方向在固定件上作滑动运动。滑动件与固定件之间的滑动配合连接结构可采用在固定件上设置与滑动件配合的滑槽等类似的结构。
41.为了实现对风能的最大化利用，对水平桨叶组件所采用的结构进行了进一步的设计，使其具备自适应的功能；具体地，如图6和7，水平桨叶101被设置为与滑动件102之间转动连接，使水平桨叶能够沿其转动轴在其轴线方向上自转，并在滑动件上设置转动限位组件，该转动限位组件用于限制水平桨叶的转动范围，限制水平桨叶在转动方位，这是实现水平桨叶自适应功能的一个重要设计。该转动限位机构能够限制水平桨叶以水平面为基准在例如-60
°
～60
°
范围内转动，对水平桨叶转动限位的同时，保证水平桨叶始终保持的工作角度，使水平桨叶能够正常工作。
42.针对转动限位组件的结构设置，包括设置在滑动件上的限位件103，该限位件103上设置有限位滑槽104，在水平桨叶101上设置有限位杆105，限位杆105另一端伸入设置到
限位滑槽104内，且与限位滑槽104之间滑动配合，通过限位滑槽来限制水平桨叶的摆动角度。当然地，水平桨叶上的限位杆为相对转动轴作转动运动，这里限位滑槽104设置为与限位杆运动轨迹配合的弧形槽，对应限位滑槽的结构，限位件可以采用相应的结构来实现。
43.作为一种可实施的结构，限位滑槽104内在其两端端部分别设置缓冲件106，为限位杆提供缓冲，即为水平桨叶在摆动过程中提供缓冲作用；这里缓冲件可采用常用的弹性件，如弹簧或弹性垫等。
44.这里水平桨叶组件被设置为具有在收到与桨叶水平方向的风力作用时，能够驱动其上下运动的结构，水平桨叶的截面同样具有一定的结构特点，例如呈特定的弧面结构，这一结构是在现有技术的基础上所容易得到的，这里不涉及对水平桨叶在具体结构上的优化设计。
45.作为一种可实现将上述水平桨叶机构竖直方向上的往复运动转化为转动运动的第一传动机构，包括平行设置的第一传动轴107和两组曲柄连杆组件109。其中，两组曲柄连杆组件109一端分别连接到两组水平桨叶组件的滑动件102上，与滑动件102之间铰链连接，其另一端分别固定连接到第一转动轴107的两端，此时通过曲柄连杆组件将水平桨叶组件在竖直方向上的往复运动转化为第一传动轴的转动运动。
46.作为一种进一步改进的实施方式，第一传动机构中还包括与第一传动轴平行设置的第二传动轴108，第一传动轴107与第二传动轴108之间通过第一齿轮副110传动连接，第一齿轮副110采用两个啮合的直齿轮，两个直齿轮分别连接在第一传动轴107和第二传动轴108上；在第二传动轴108的输出端设置第二齿轮副111，第二齿轮副111采用两个啮合的锥齿轮，其中一个锥齿轮连接在第二传动轴108上，另一个锥齿轮的输出轴连接到发电机的输入轴，实现沿竖直方向上转动作用力的输出，以方便与发电机之间的连接，以及方便装置中发电机的设置。
47.从上述风力驱动机构所采用的结构可以看出，每组水平桨叶机构中均采用两个水平桨叶组件，在受到沿水平桨叶呈水平的方向上风力作用时，驱动两个水平桨叶组件在竖直方向上运动，其中两个水平桨叶组件分别连接到第一传动轴上，水平桨叶组件与第一传动轴之间通过曲柄连杆机构进行传动，即每组水平桨叶机构中实现上是通过两个水平桨叶组件来提供动力的，同时驱动第一传动轴转动。之所以采用在每组水平桨叶机构中通过两个水平桨叶组件对第一传动轴进行驱动，是要将两个水平桨叶组件之间通过第一传动轴形成联动结构，这样在两组曲柄连杆组件中，当其中一组曲柄连杆组件运动到死点位置时，另一组曲柄连杆结构则不在其运动的死点位置，这样至少有一个水平桨叶组件为第一传动轴提供动力，借助第一传动轴所提供的动力来使运动到死点位置的曲柄连杆组件克服死点的问题。同时，这里可以对同一组水平桨叶机构中两个水平桨叶组件的初始位置进行设定，时其中一个水平桨叶组件在向上运动时，另一个水平桨叶组件则正好处于向下运动的状态，这样可以借助第一传动轴的结构，对水平桨叶机构的运动状态进行进一步优化，保证水平桨叶机构运动过程中的连贯性。
48.本实施例中的风力驱动机构同时采用了两组水平桨叶机构和两组第一传动机构；这里两组第一传动机构的输出端分别连接到一个第一行星轮系，如图8所示，该第一行星轮系包括啮合连接的第一齿圈201、第一太阳轮202和第一行星轮203，其中一个第一传动机构的输出端连接第一太阳轮202，即该第一传动机构中第二齿轮副111的锥齿轮输出轴连接第
一太阳轮202；另一个第一传动机构的输出端通过第三齿轮副204连接第一齿圈201，这里第三齿轮副采用两个啮合的直齿轮，其中一个直齿轮连接到该第一传动机构中第二齿轮副的锥齿轮输出轴，另一个直齿轮则连接到第一齿圈上，实现该组水平桨叶机构的动力传递到第一齿圈；此时，两组水平桨叶组件的动力分别输出为驱动第一行星轮系中的第一太阳轮202和第一齿圈201运动，第一太阳轮202、第一齿圈201转动时分别驱动第一行星轮203转动，将第一行星轮的输出端连接到发电机的输入端，驱动发电机转动，实现风力驱动机构中两组水平桨叶机构共同为发电机提供动力输出。
49.这里采用行星轮系结构进行两个动力源的同时输出以及动力的合并，能够很好地避免两者之间的动力输出时发生干涉的问题。
50.该风力驱动机构中包括罩设在水平桨叶机构和第一传动机构外的壳体112，其中固定件113固定设置在壳体上112，四个水平桨叶组件沿固定件周向均布设置；两组第一传动机构的第一传动轴和第二传动轴两端分别通过支架114连接到壳体112上，在与支架之间的连接位置处采用轴承进行连接，以实现将水平桨叶机构和第一传动机构在壳体上的稳定固定和连接。
51.另一方面，本实施例中还涉及一种风力发电装置，采用上述实施例中的风力驱动机构，通过风力驱动机构驱动发电机转动，为发电机提供动力。
52.在本实用新型的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
53.此外，本实用新型的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
54.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
55.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，包括至少一组水平桨叶机构和与水平桨叶机构连接的第一传动机构；所述水平桨叶机构包括两个相对设置的水平桨叶组件，所述水平桨叶组件被配置为仅可沿竖直方向运动，在水平方向风力的作用下，所述水平桨叶组件在竖直方向上作上下往复运动；所述第一传动机构的输入端连接水平桨叶组件，将水平桨叶组件竖直方向上的上下往复运动转化为可驱动发电机转动的转动运动。2.根据权利要求1所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，所述水平桨叶组件包括沿水平方向设置的水平桨叶和设置于水平桨叶一端的滑动件，所述滑动件与一沿竖直方向设置的固定件之间滑动配合，使滑动件可沿竖直方向在固定件上滑动。3.根据权利要求2所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，所述水平桨叶与滑动件之间转动连接，使水平桨叶沿其轴线方向转动，所述滑动件上设置有转动限位组件，转动限位组件用于限制水平桨叶的转动范围。4.根据权利要求3所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，所述转动限位组件包括设置在滑动件上的限位件，所述限位件上设置有限位滑槽，所述水平桨叶上设置有限位杆，所述限位杆伸入设置到限位滑槽内，与限位滑槽之间滑动配合。5.根据权利要求4所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，所述限位滑槽内在其两端端部分别设置有缓冲件。6.根据权利要求2至5中任一项所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，所述第一传动机构包括第一传动轴和两组曲柄连杆组件；所述曲柄连杆组件一端分别连接到对应的滑动件上，与滑动件之间铰链连接，另一端分别固定连接到第一传动轴上；优选所述第一传动机构还包括与第一传动轴平行设置的第二传动轴、第一齿轮副和第二齿轮副；所述第一传动轴与第二传动轴之间通过第一齿轮副传动连接，所述第二传动轴与发电机的输入轴之间通过第二齿轮副传动连接，所述第二齿轮副包括两个啮合的锥齿轮。7.根据权利要求6所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，两组曲柄连杆组件中，当其中一组曲柄连杆组件运动到死点位置时，另一组曲柄连杆机构不在其运动的死点位置。8.根据权利要求1所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，包括两组水平桨叶机构和分别与对应水平桨叶机构连接的两组第一传动机构；两组第一传动机构的输出端分别连接到第一行星轮系，所述第一行星轮系包括啮合连接的第一齿圈、第一太阳轮和第一行星轮，其中一个第一传动机构的输出端连接第一太阳轮，另一个第一传动机构的输出端通过第三齿轮副连接第一齿圈，所述第一行星轮的输出端为发电机提供转动动力。9.根据权利要求2所述用于风力发电的风力驱动机构，其特征在于，包括壳体，所述壳体罩设在水平桨叶机构和第一传动机构外，所述固定件固定设置在壳体内。10.风力发电装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的风力驱动机构，所述风力驱动机构驱动发电机转动。

技术总结
本实用新型公开了一种用于风力发电的风力驱动机构及风力发电装置，风力驱动机构包括至少一组水平桨叶机构和与水平桨叶机构连接的第一传动机构；所述水平桨叶机构包括两个相对设置的水平桨叶组件，所述水平桨叶组件被配置为仅可沿竖直方向运动，在水平方向风力的作用下，所述水平桨叶组件在竖直方向上作上下往复运动；所述第一传动机构的输入端连接水平桨叶组件，将水平桨叶组件竖直方向上的上下往复运动转化为可驱动发电机转动的转动运动。通过对风力驱动机构的结构进行设计，实现了将竖直方向上往复运动转化为转动运动，实现对水平方向上风力的利用，结构设计合理，运行稳定可靠。运行稳定可靠。运行稳定可靠。


技术研发人员：张世海 钟斌 马莉丽 熊伟 王永懿 鲁银 邢朝俊
受保护的技术使用者：成都大学
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/7/4