專利名稱：機械式轉(zhuǎn)速控制裝置和風力發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械式轉(zhuǎn)速控制裝置和具有這種機械式轉(zhuǎn)速控制裝置的風力發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于化石能源日趨匱乏以及對環(huán)境產(chǎn)生的影響日益顯著，世界各國都在積極開發(fā)各種清潔能源。風能作為最重要的清潔能源之一，受到了人們越來越強烈的關(guān)注，在人類能源利用領(lǐng)域中所占的份額越來越大。對風能的利用方式主要是利用風力發(fā)電設(shè)備將風能轉(zhuǎn)換為電能。隨著大功率風力發(fā)電機的出現(xiàn)以及大規(guī)模風力發(fā)電場的建設(shè)，風能的利用正逐步商業(yè)化。風能商業(yè)化的一種基本途徑是將風電并入市政電網(wǎng)中。由于風場的風是不穩(wěn)定的，時有時無，忽大忽小，這樣所產(chǎn)生的電能是無法進網(wǎng)的，因此，現(xiàn)有的風力發(fā)電設(shè)備安裝有儲能裝置等，以得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動輸出。目前，普遍采用的一種恒速恒頻并網(wǎng)運行方式，即風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不隨風速的波動而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而輸出恒定額定頻率的交流電。然而在實踐中，所獲得的電能質(zhì)量仍然不能令人滿意。例如，市政電網(wǎng)要求入網(wǎng)交流電的頻率在49. 8 50Hz，而目前風力發(fā)電設(shè)備輸出的電力頻率是48 52Hz，并不能很好地與電網(wǎng)匹配。而且，現(xiàn)有風力發(fā)電設(shè)備為實現(xiàn)恒速恒頻而配備的電力電子設(shè)備結(jié)構(gòu)負載、價格昂貴，增加了風力發(fā)電機的成本以及風場運營的成本。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)速控制裝置，其能夠以簡單的結(jié)構(gòu)獲得恒定的轉(zhuǎn)速輸出，無需復(fù)雜、昂貴的電力電子設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)速控制裝置，包括第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件， 能夠與電動機相連以在電動機驅(qū)動下按預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件，與所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件嚙合并能夠固定在擬進行轉(zhuǎn)速控制的轉(zhuǎn)軸上。所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件可以是蝸桿，所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件可以是蝸輪。所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件和所述第二裝置是相互嚙合的齒輪。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電設(shè)備，包括風輪，能夠接收風能而轉(zhuǎn)動；發(fā)電機，具有能夠在來自風輪的動能下轉(zhuǎn)動的輸入轉(zhuǎn)軸；儲能裝置，位于所述風輪和所述發(fā)電機之間使得所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸入，其特征在于，在所述發(fā)電機和所述儲能裝置之間設(shè)有轉(zhuǎn)速控制裝置，所述轉(zhuǎn)速控制裝置包括第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件，能夠與電動機相連以在電動機驅(qū)動下按預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件，與所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件嚙合并與所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸相連。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的風力發(fā)電設(shè)備的示意性框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的儲能裝置的示意性剖視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的轉(zhuǎn)速控制裝置的示意性剖視圖。
具體實施例方式下面參照附圖描述本發(fā)明的具體實施方式
。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的發(fā)電設(shè)備的框圖。風力發(fā)電設(shè)備包括風輪 1，風輪1在風力的作用下轉(zhuǎn)動，而將風力轉(zhuǎn)換為風輪轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)動。風輪轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)動經(jīng)傳動系統(tǒng)例如減速裝置2經(jīng)輸出端12傳給發(fā)電機5，發(fā)電機5將風能轉(zhuǎn)換為電能。因為風力是不穩(wěn)定的，所以，在風輪1和發(fā)電機5之間需要設(shè)置儲能裝置3，儲能裝置3的輸出轉(zhuǎn)軸13與發(fā)電機5的輸入轉(zhuǎn)軸14相聯(lián)，為發(fā)電機5提供穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速輸入。風輪、減速裝置、儲能裝置和發(fā)電機都是本領(lǐng)域已經(jīng)公知的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體設(shè)計要求采用合適的公知技術(shù)。圖2示出了一種結(jié)合了差速傳動功能的儲能裝置，包括第一半軸31、第二半軸33 和殼體37。第一半軸31與減速裝置2的輸出端12相連，用于從減速裝置2接收來自風輪 1的動力。第二半軸33作為輸出轉(zhuǎn)軸13或者輸出轉(zhuǎn)軸13的一部分。輸出轉(zhuǎn)軸13與發(fā)電機5的輸入軸14相連，用于向發(fā)電機5傳送動力。儲能裝置3還包括與第一半軸31 —體形成的第一錐形齒輪32、與第二半軸33 —體形成的第二錐形齒輪34、位于第一、第二錐形齒輪32、34之間并同時與這兩個錐形齒輪嚙合的多個行星齒輪35以及支撐這些行星齒輪 35的行星齒輪架36。其中，殼體37包圍著上述構(gòu)件并與行星齒輪架36—體形成。其中， 殼體37構(gòu)成了一個卷筒，一根可以例如用鋼絲繩或者任何其他合適材料形成的長索62，其一端固定在殼體37上，另一端固定在重物61上。當長索62隨著殼體37的轉(zhuǎn)動而纏繞在殼體37外表面上時，重物61被升高，從而將殼體37的動能轉(zhuǎn)化為重物61的勢能。當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，重物61還可以通過各種形式的滑輪組懸吊在殼體上?；喗M可以固定在風力發(fā)電設(shè)備的塔架上，或者，固定在另外裝設(shè)的例如龍門架上。重物的質(zhì)量和長索的長度，可以根據(jù)具體的設(shè)計要求以及當?shù)仫L場的情況，進行具體的設(shè)計。作為替換方式， 殼體37可以驅(qū)動飛輪、扭力彈簧或者空氣壓縮機等各種形式的儲能構(gòu)件，還可以想到用來驅(qū)動抽水機進行蓄水。這種儲能和差速傳動結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)，在2010年8月4日授予高則行的中國實用新型專利第200920179109.0號中，進行了詳細描述。該文獻中的這部分相關(guān)內(nèi)容以引用的方式包括在本申請中。本領(lǐng)域技術(shù)可以理解，也可以省略上述與差速傳動有關(guān)的結(jié)構(gòu)，而使重物、飛輪、 扭簧、空氣壓縮機以及水泵等傳統(tǒng)儲能功能結(jié)構(gòu)與減速裝置2的輸出端12相結(jié)合，從而在輸出端12處提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸出。為了在發(fā)電機5的輸入轉(zhuǎn)軸14處獲得能夠準確地匹配市政電網(wǎng)入網(wǎng)要求所需要的恒定轉(zhuǎn)速，本發(fā)明在發(fā)電機5和儲能裝置3之間設(shè)置了一種機械式轉(zhuǎn)速控制裝置4。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的機械式轉(zhuǎn)速控制裝置4。機械式轉(zhuǎn)速控制裝置4包括蝸輪42和蝸桿41。蝸桿41能夠與一個電動機(未示出)相連，在電動機的驅(qū)動下，以預(yù)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，是本發(fā)明的第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件。蝸輪42與蝸桿41嚙合，并能夠固定到發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)軸14上，輸入轉(zhuǎn)軸14與儲能裝置3的輸出轉(zhuǎn)軸13相連，接收穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速，是本發(fā)明的第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件。
根據(jù)擬并入電網(wǎng)的具體要求和兩個轉(zhuǎn)動構(gòu)件之間的傳動比，蝸桿41可以在電動機的驅(qū)動下有不同的預(yù)定轉(zhuǎn)速。 在圖3所示的實施方式中，蝸輪42是通過鍵43與發(fā)電機輸入軸14結(jié)合在一起的。 按照另一種實施方式，蝸輪42可以和發(fā)電機輸入軸14是一體的。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，蝸輪蝸桿可以用一對嚙合的齒輪來替代。根據(jù)本發(fā)明的又一種實施方式，第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件(蝸輪或者齒輪)可以固定到儲能裝置3的輸出轉(zhuǎn)軸 13上。因此，在本發(fā)明中，第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件與發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)軸相連，包括直接或者間接地固定到發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)軸上。下面，結(jié)合附圖1-3描述本發(fā)明的工作過程。在風場中，當風力達到預(yù)定級別時， 例如每秒3米的微風，風輪1開始轉(zhuǎn)動，風輪轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)動通過減速裝置2的輸出端12傳遞給儲能裝置3的第一半軸31，第一半軸31帶動與之一體形成的第一錐形齒輪32轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)第二半軸33將穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速傳給發(fā)電機5的輸入轉(zhuǎn)軸14。當蝸桿41的預(yù)定轉(zhuǎn)速與儲能裝置3輸入的穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速匹配(即符合蝸輪蝸桿傳動比)時，蝸桿41近乎空轉(zhuǎn)。當蝸桿41的預(yù)定轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的蝸輪42的轉(zhuǎn)速比儲能裝置3輸入的穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速大時，儲能裝置3的輸出轉(zhuǎn)軸13所得到的多余動能傳遞給儲能裝置3，由其中的儲能構(gòu)件吸收。當蝸桿41的預(yù)定轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的蝸輪42的轉(zhuǎn)速比儲能裝置3輸入的穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速小時，蝸輪蝸桿對儲能裝置3的輸出轉(zhuǎn)軸13產(chǎn)生制動力，這種制動力造成儲能裝置3在輸入端(或者減速裝置2的輸出端)處所得到的多余動能傳遞給儲能裝置3，由其中的儲能構(gòu)件吸收。以圖2所示的具有差速功能的儲能裝置3為例。無論是第一半軸31 (輸入端)還是第二半軸33 (輸出端)上的轉(zhuǎn)矩增加，都會使行星齒輪35發(fā)生公轉(zhuǎn)，重物61被提升，而實現(xiàn)儲能。作用在減速裝置2的輸出端12上的儲能構(gòu)件直接吸收來自轉(zhuǎn)速控制裝置14和減速裝置2的多余能量。如上所述，通過在儲能裝置和發(fā)電機之間設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的機械式轉(zhuǎn)速控制裝置，發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)軸能夠獲得并入所需的精確的轉(zhuǎn)速。而且，根據(jù)本發(fā)明的機械式轉(zhuǎn)速控制裝置是由蝸輪蝸桿或者齒輪等轉(zhuǎn)動構(gòu)件構(gòu)成的，與目前使用的用來實現(xiàn)恒速恒頻的電力電子設(shè)備相比，其成本小得多。上面參照附圖對本發(fā)明進行了具體的描述。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上面的具體描述僅僅是舉例性質(zhì)的，用于說明性的目的，并非是用來限制本發(fā)明的保護范圍。得益于本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不超出本發(fā)明保護范圍的情況下可以根據(jù)具體情況對上述具體描述的實施方式做出各種變型、修改或者替換，這些變型、修改或者替換落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種機械式轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于，包括第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件能夠與電動機相連以在電動機驅(qū)動下按預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；和第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件，所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件與所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件嚙合并能夠固定在擬進行轉(zhuǎn)速控制的轉(zhuǎn)軸上。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件是蝸桿，所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件是蝸輪。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件和所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件是相互嚙合的齒輪。
4.一種風力發(fā)電設(shè)備，包括 風輪，能夠接收風能而轉(zhuǎn)動；發(fā)電機，具有能夠在來自風輪的動能下轉(zhuǎn)動的輸入轉(zhuǎn)軸；儲能裝置，位于所述風輪和所述發(fā)電機之間使得所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸入，其特征在于，在所述發(fā)電機和所述儲能裝置之間設(shè)有轉(zhuǎn)速控制裝置，所述轉(zhuǎn)速控制裝置包括第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件能夠與電動機相連以在電動機驅(qū)動下按預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件，所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件與所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件嚙合并與所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸相連。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件是蝸桿，所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件是蝸輪。
6.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件和所述第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件是相互嚙合的齒輪。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種機械式轉(zhuǎn)速控制裝置和風力發(fā)電設(shè)備。風力發(fā)電設(shè)備包括風輪，能夠接收風能而轉(zhuǎn)動；發(fā)電機，具有能夠在來自風輪的動能下轉(zhuǎn)動的輸入轉(zhuǎn)軸；儲能裝置，位于所述風輪和所述發(fā)電機之間使得所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸入。在所述發(fā)電機和所述儲能裝置之間設(shè)有轉(zhuǎn)速控制裝置，所述轉(zhuǎn)速控制裝置包括第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件，能夠與電動機相連以在電動機驅(qū)動下按預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；第二轉(zhuǎn)動構(gòu)件，與所述第一轉(zhuǎn)動構(gòu)件嚙合并與所述發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)軸相連。與傳統(tǒng)的利用電力電子設(shè)備實現(xiàn)恒速恒頻的風力發(fā)電設(shè)備相比，本發(fā)明能夠以更少的成本實現(xiàn)恒速恒頻輸出。
文檔編號F03D9/00GK102386830SQ20101027485
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者高則行 申請人:高則行