一种变速机构和发电机底置式风力发电装置的制作方法

1.本发明涉及一种风力发电装置，更具体的说，尤其涉及一种适用于海上漂浮平台上的变速机构和发电机底置式风力发电装置。


背景技术：

2.为了尽可能地减少化石能源的利用，人们正在寻求最大限度地使用可再生能源，如风能、太阳能和潮汐能等。现有的风力发电系统已相对比较完善，其主要由叶轮、变速箱（增速）、立柱、方舱、发电机、变压器和控制系统构成，立柱的底部固定在地基上，方舱壳体固定在立柱的顶端，叶轮设置在方舱的一端，变速箱、发电机、变压器和控制系统均设置在方舱中，在控制系统的控制作用下，叶轮的转动输出经变速箱的增速后驱使发电机进行发电，发电机发出的电能经变压器输入至电网上。
3.对于现有的风力发电装置来说，由于叶轮、变速箱、发电机和变压器均设置在立柱上端的方舱中，这就使得方舱的总重量较大，就要求立柱需要具有足够大的承载力，因此，立柱和方舱的直径都比较大，其总质量通常为几十吨，这就需要很大的基础，这也就导致风力发电装置的成本较高。
4.海上的风力相对于陆地上来说更加丰富，如果在海上的漂浮平台上设置风力发电装置，将会获得更优的风能。但目前的风力发电系统重量通常在几十吨，是不利于布设在海上漂浮平台上的。


技术实现要素：

5.本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种变速机构和发电机底置式风力发电装置。
6.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，包括风轮、传动机构、变速箱和发电机，风轮的转轴经传动机构与变速箱的输入轴相连接，变速箱的输出轴与发电机的转轴相连接；其特征在于：所述风轮的下方设置有内转盘、外环形盘和风向调整机构，内转盘转动设置于地基或海上漂浮平台上，外环形盘位于转盘的外围，外环形盘固定于地基或海上漂浮平台上，发电机和变速箱均固定于内转盘上；所述风向调整机构采用风向调整电机或调向风舵板进行风向调整；在采用风向调整电机进行风向调整的情况下：风向调整电机固定于外环形盘上，内转盘的外圈上固定有环形齿条，风向调整电机的输出轴上固定有圆柱齿轮，圆柱齿轮与环形齿条相啮合；在采用调向风舵板进行风向调整的情况下：内转盘上远离风轮的一端固定有连杆，调向风舵板以竖直的状态固定于立杆上，调向风舵板所在的平面与风轮转轴的轴线共平面。
7.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，所述传动机构由横向传动轴和竖向传动轴构成，横向传动轴的一端与风轮的转轴相连接，横向传动轴的另一端固定有第一锥齿轮；竖向传动轴的上端固定有第二锥齿轮，下端固定有第三锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，发电机的转轴上或变速箱的输入轴上固定有与第三锥齿轮相啮合的第四
锥齿轮。
8.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，所述内转盘上固定有两前支撑杆和两后支撑杆，两前支撑杆的上端和两后支撑杆的上端分别固定有第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座，横向传动轴设置在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座上；内转盘上固定有对竖向传动轴进行固定和支撑的竖向传动轴支撑机构。
9.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，所述第一锥齿轮的齿数大于第二锥齿轮的齿数，第三锥齿轮的齿数大于第四锥齿轮的齿数。
10.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，所述外环形盘上均匀设置有将其固定于地基或海上漂浮平台上的固定螺栓。
11.本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，所述两前支撑杆所在的平面与横向传动轴垂直，以实现对横向传动轴的竖向支撑；所述两后支撑杆倾斜设置，两后支撑杆形成上窄下宽的梯形形状，以实现对横向传动轴竖向和横向的支撑。
12.本发明的有益效果是：本发明的风力发电装置，风轮的下方设置有内转盘、外环形盘和用于驱使内转盘旋转的风向调整机构，用于增速的变速箱和用于发电的发电机均固定于内转盘上，与现有的风力发电装置相比，相当于把原来置于机舱中的变速箱和发电机均设置在了底部，这样就大大减轻了立柱顶端机舱的载重，因此无需设置大尺寸、大重量的立柱和机舱，大大降低了风力发电装置重量和制造成本以及基础建设成本，使其不仅可用于陆地上的风力发电，也适于应用在海上漂浮平台上进行风力发电，有益效果显著，适于应用推广。
附图说明
13.图1为本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的主视图；图2为本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的左视图；图3为本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的右视图；图4为本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的俯视图；图5为本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的立体图；图6为本发明中第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合部位的结构示意图；图7为本发明中第三锥齿轮与第四锥齿轮相啮合部位的结构示意图；图8为本发明的风力发电装置应用于海上漂浮平台上的使用状态图。
14.图中：1风轮，2发电机，3内转盘，4外环形盘，5风向调整电机，6环形齿条，7圆柱齿轮，8横向传动轴，9竖向传动轴，10前支撑杆，11后支撑杆，12第一轴承及轴承座，13第二轴承及轴承座，14第一锥齿轮，15第二锥齿轮，16第三锥齿轮，17第四锥齿轮，18固定螺栓，19连杆，20调向风舵板。
实施方式
15.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
16.如图1至图5所示，分别给出了本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置的主视图、左视图、右视图、俯视图和立体图，所示的本发明的风力发电装置由风轮1、传动机构、变速箱、发电机2、内转盘3、外环形盘4和风向调整机构构成，其中变速箱在图中未给出，
风轮1在外界风力的驱动作用下进行旋转，风轮1的转轴经传动机构与变速箱的输入轴相连接，变速箱的输出轴与发电机2的转轴相连接，这样，风轮1的转动经传动机构的传递以及变速箱2的增速后，最终驱使发电机2进行发电。
17.内转盘3、外环形盘4和风向调整机构位于风轮1的下方，内转盘3转动设置于地基或海上漂浮平台上，外环形盘4位于内转盘3的外围，外环形盘4固定于地基或海上漂浮平台上，如通过均匀分布于外环形盘4上的固定螺栓18进行固定。风向调整机构可以采用风向调整电机5或调向风舵板20来实现。在采用风向调整电机5进行风向调节的情况下，风向调整电机5固定于外环形盘4上，内转盘3的外圈上固定有环形齿条6，风向调整电机5的输出轴上固定有圆柱齿轮7，圆柱齿轮7与环形齿条6相啮合，这样，通过风向传感器获知当前外界的风向，然后利用风向调整电机5驱使内转盘3进行转动，以使风轮1朝向来风方向，以最大限度利用风力进行发电。
18.在采用调向风舵板20来进行风向调节的情况下，所示内转盘3上远离风轮1的一端固定有连杆19，连杆19的长度方向与风轮1的转轴平行。调向风舵板20为平板形状，调向风舵板20以竖直状态固定在连杆19上，调向风舵板20所在的平面与风轮1转轴的轴线共平面，这样，在外界风力的吹动作用下，会使风轮1始终朝向来风方向，使来风吹动风轮1转动。
19.内转盘3上固定有对风轮1和传动机构进行支撑的支撑装置，发电机2和变速箱（如果设置变速箱的话）均固定在内转盘3上，这样就相当于把现有的风力发电装置中的变速箱、发电机和接入电网用的变压器都移到了底部，为“底置式”的结构形式，这样就大大减轻了立柱、机舱所需承载的重量，使得风力发电装置轻量化，而且还降低了发电装置的重心，不仅降低了风力发电装置的制造成本以及基础建设成本，而且还使其适于安装到海上漂浮平台上。
20.所示的传动机构由横向传动轴8和竖向传动轴9构成，横向传动轴8的一端与风轮1的转轴固定连接，横向传动轴8的另一端固定有第一锥形齿轮14。为了实现对风轮1和横向传动轴8的支撑和固定，所示内转盘3上固定有两前支撑杆10和两后支撑杆11，两前支撑杆10和两后支撑杆11的下端固定于内转盘3上，其上端分别固定有横向传动轴8穿过的第一轴承及轴承座12和第二轴承及轴承座13，这样就实现了风轮1和横向传动轴8在内转盘3上的固定。
21.所示两前支撑杆10所在的平面与横向传动轴8垂直，这样，两前支撑杆10经第一轴承及轴承座12就实现了对横向传动轴8的竖向支撑；所示两后支撑杆11倾斜设置，两后支撑杆11形成上窄下宽的梯形形状，这样，两后支撑杆11经第二轴承及轴承座13就实现了对横向传动轴8的竖向和横向支撑。
22.所示竖向传动轴9的上端固定有第二锥齿轮15，下端固定有第三锥齿轮16，第二锥齿轮15与第一垂直齿轮相啮合，如图6所示，给出了本发明中第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合部位的结构示意图。所示竖向传动轴9经竖向传动轴支撑机构（图中未给出）固定于内转盘3上，以保证风轮1、传动机构、变速箱和发电机2均跟随内转盘3的转动而转动。如图7所示，给出了本发明中第三锥齿轮与第四锥齿轮相啮合部位的结构示意图，在不设置变速箱的情况下，发电机2的转轴上固定有与第三锥齿轮16相啮合的第四锥齿轮17。
23.由于发电机2进行有效发电所需的转速较高，而风轮1的转速相对较低，因此为了提高发电机2的转速，需要对风轮1输出的转速进行增速。增速的方式有两种，第一种是通过
第一锥形齿轮14与第二锥形齿轮15的啮合、以及第三锥形齿轮16与第四锥形齿轮17的啮合来增速，第二种是通过设置变速箱来增速。因此，可以仅采用第一种或第二种增速方式，也可以两种增速方式都采用。
24.采用齿轮的啮合进行增速的情况下，则需要将第一锥齿轮14的齿数大于第二锥齿轮15的齿数，第三锥齿轮16的齿数大于第四锥齿轮17的齿数。在利用变速箱增速的情况下，则需要将变速箱固定在内转盘3上。
25.如图8所示，给出了本发明的风力发电装置应用于海上漂浮平台上的使用状态图，可见，由于本发明的风力发电装置中的变速箱、发电机均固定在下方的内转盘上，重心比较低，其设置在海上漂浮平台上之后不会造成平台重心过度升高，有利于保持海上发电平台的平稳性。

技术特征：
1.一种变速机构和发电机底置式风力发电装置，包括风轮（1）、传动机构、变速箱和发电机（2），风轮的转轴经传动机构与变速箱的输入轴相连接，变速箱的输出轴与发电机的转轴相连接；其特征在于：所述风轮的下方设置有内转盘（3）、外环形盘（4）和风向调整机构，内转盘转动设置于地基或海上漂浮平台上，外环形盘位于转盘的外围，外环形盘固定于地基或海上漂浮平台上，发电机（2）和变速箱均固定于内转盘上；所述风向调整机构采用风向调整电机（5）或调向风舵板（20）进行风向调整；在采用风向调整电机进行风向调整的情况下：风向调整电机固定于外环形盘（4）上，内转盘的外圈上固定有环形齿条（6），风向调整电机的输出轴上固定有圆柱齿轮（7），圆柱齿轮与环形齿条相啮合；在采用调向风舵板进行风向调整的情况下：内转盘上远离风轮的一端固定有连杆（19），调向风舵板以竖直的状态固定于立杆上，调向风舵板所在的平面与风轮转轴的轴线共平面。2.根据权利要求1所述的变速机构和发电机底置式风力发电装置，其特征在于：所述传动机构由横向传动轴（8）和竖向传动轴（9）构成，横向传动轴的一端与风轮（1）的转轴相连接，横向传动轴的另一端固定有第一锥齿轮（14）；竖向传动轴的上端固定有第二锥齿轮（15），下端固定有第三锥齿轮（16），第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，发电机的转轴上或变速箱的输入轴上固定有与第三锥齿轮相啮合的第四锥齿轮（17）。3.根据权利要求2所述的变速机构和发电机底置式风力发电装置，其特征在于：所述内转盘（3）上固定有两前支撑杆（10）和两后支撑杆（11），两前支撑杆的上端和两后支撑杆的上端分别固定有第一轴承及轴承座（12）和第二轴承及轴承座（13），横向传动轴（8）设置在第一轴承及轴承座和第二轴承及轴承座上；内转盘上固定有对竖向传动轴（9）进行固定和支撑的竖向传动轴支撑机构。4.根据权利要求2或3所述的变速机构和发电机底置式风力发电装置，其特征在于：所述第一锥齿轮（14）的齿数大于第二锥齿轮（15）的齿数，第三锥齿轮（16）的齿数大于第四锥齿轮（17）的齿数。5.根据权利要求1或2所述的变速机构和发电机底置式风力发电装置，其特征在于：所述外环形盘（4）上均匀设置有将其固定于地基或海上漂浮平台上的固定螺栓（18）。6.根据权利要求3所述的变速机构和发电机底置式风力发电装置，其特征在于：所述两前支撑杆（10）所在的平面与横向传动轴（8）垂直，以实现对横向传动轴（8）的竖向支撑；所述两后支撑杆（11）倾斜设置，两后支撑杆形成上窄下宽的梯形形状，以实现对横向传动轴竖向和横向的支撑。

技术总结
本发明的变速机构和发电机底置式风力发电装置，包括风轮、传动机构、变速箱和发电机，特征在于：所述风轮的下方设置有内转盘、外环形盘和风向调整机构，内转盘转动设置于地基或海上漂浮平台上，外环形盘位于转盘的外围，外环形盘固定于地基或海上漂浮平台上，发电机和变速箱均固定于内转盘上；所述风向调整机构采用风向调整电机或调向风舵板进行风向调整。本发明的风力发电装置，把原来置于机舱中的变速箱和发电机均设置在了底部，这样就大大减轻了立柱顶端机舱的载重，无需设置立柱和机舱，大大降低了成本，使其不仅可用于陆地上的风力发电，也适于应用在海上漂浮平台上。也适于应用在海上漂浮平台上。也适于应用在海上漂浮平台上。


技术研发人员：秦庆凯 张兴发 张明洁
受保护的技术使用者：禹城市龙泰工程施工有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/6/27