机械储能风力发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种机械储能风力发电装置，将间歇的、波动性的、随机的风能耦合为连续的、恒定的、可控的能量输出，并同步实现能量存储及发电的机械装置。公知的自然界能量，例如风能、海浪能、潮汐能等大多数是间歇性能量，难以直接利用，需要通过中间过程将能量转化、存储或采用双馈电机、变流器调节等复杂的控制方法，才能转换为可控的能量，不仅控制系统的复杂性，提高制造成本，而且产生二次化学污染，为克服上述对自然能利用过程中的种种弊端，本实用新型专利技术可将间歇性的能量进行力矩耦合、存储，并转化为恒定的力矩输出给发电机，不仅简化控制系统，消除二次化学污染，降低成本，而且提高风能利用率，可以用于风力发电，波浪能发电、潮汐能等能源的开发及应用。

【技术实现步骤摘要】
机械储能风力发电装置
本技术属于一种机械储能风力发电装置，特别涉及一种将自然界间歇性能量转换为连续性能量，并且同步进行能量存储及发电的机械装置，应用于风力发电以及对自然界间歇性能量的开发。
技术介绍
目前，公知的自然界能量，例如风能、海浪能、潮汐能等大多数是间歇性的、波动的、随机的非线性能量，难以直接利用，需要通过中间的能量收集、存储过程，再进行转换为连续的、稳定的、可控的线性能量加以利用，用于自然界能源发电的储能技术分为机械储能(抽水蓄能、筑坝蓄水、压缩空气、飞轮蓄能)、电磁储能(超级电容、超导储能)、化学储能(化学蓄电池、液流储能电池)、热储能，存在着利用率低，成本高，寿命短，二次污染等问题。小型风力发电机是将风能通过叶轮、变速机构、发电机转变为电能，储存到蓄电池，再通过直流/交流逆变器调制成50Hz的工频电源供给终端用户，其弊端是化学蓄电池不仅成本高、寿命短，而且在生产、使用过程中会产生二次污染。大中型风力发电机主要有两种形式，其一，风机叶轮是定桨距失速调节型，属于恒速机型，一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值，继而使风电机组并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，转子、叶轮的变化范围小，捕获风能的效率低。其二，风机叶轮是变速变距型，一般采用双馈电机或者永磁同步电机，通过调速器和变桨距控制相结合的方法使叶轮转速可以跟随风速的改变在较宽的范围内变化，保持最佳叶尖速比运行，从而使能量捕获效率最大。发电机发出的电能通过变流器调节，变成与电网同频、同相、同幅的电能输送到电网。相比之下，变速型风力发电机更具优势，但提高控制系统的复杂性和制造成本。波浪能发电过程中，需要将收集到的间歇性机械能，通过储能设施转化为压力能或重力势能，再进行发电或海水淡化等有效利用，储能设施投资高，施工难度大。为克服上述对自然界非线性能量利用过程中的种种不足，本技术提出一种将间歇性的、波动的、随机的非线性能量的力矩进行耦合、存储，转化为连续的、稳定的、可控的线性能量的力矩输出的机械装置，以提高能量的利用率。
技术实现思路
一种机械储能风力发电装置，包括风力叶轮的非线性力矩输入、力矩耦合、机械能储能、线性力矩输出及发电机四个单元组成，其中的力矩耦合单元和储能单元采用行星齿轮机构，风机叶轮将波动的、随机的、间歇性风能转化为非线性力矩作为输入，经过力矩耦合和储能后，输出连续的、稳定的、可控的线性能量的线性力矩，提供给发电机发电，实现对外输出恒定频率的电能。风力叶轮收集的非线性力矩、发电机所需的线性力矩分别连接行星齿轮机构的齿圈、太阳轮，行星齿轮架与恒力轮固定连接，绕主轴旋转，将输入的非线性力矩通过行星齿轮架及行星轮耦合为线性力矩输出。与现有技术比较，本技术使用的行星齿轮不再是变速传递力矩的机构，而是非线性力矩、线性力矩的耦合与能量存储双重作用的机构。与现有技术比较，本技术的有益效果是：以机械结构实现非线性与线性力矩的耦合，不仅提高非线性能量利用率，而且消除由化学蓄电池作为能量存储带来的二次污染和寿命短的弊端，简化双馈电机的复杂控制系统，降低发电装置的成本。附图说明附图1是本技术的原理结构示意图，附图1中，风力叶轮(1)通过转轴(2)及定位轴承(3)将非线性能量的力矩传递给转轴(4)，转轴(4)通过定位轴承(5)将非线性力矩传递给齿轮(6)，齿轮(6)与齿轮(7)啮合，齿轮(7)再经过连接件(8)与齿圈(11)相连，齿圈(11)通过轴承(10)定位安装于机架(9)上，齿圈(11)的内齿与行星齿轮(12)啮合，行星齿轮(12)同时又与太阳轮(22)啮合，太阳轮(22)与齿轮(23)固定连接，齿轮(23)与齿轮(24)啮合，齿轮(24)通过传动轴(27)连接，传动轴(27)通过轴承(26)定位安装于机架(25)；行星齿轮(12)通过轴承(13)和转轴(14)定位于行星架(15)，行星架(15)与恒力轮(16)固定连接，恒力轮(16)通过轴承(17)定位安装于中心轴(18)，中心轴(18)固定于机架；恒力轮(16)外圆圆周的凹槽内盘绕柔性绳索(19)，绳索(19)末端施加一个恒力，恒力来自于悬挂的重物(20)，共同作用于行星架(15)，构成恒力矩；恒力轮(16)、行星齿轮架(15)、行星轮转轴(14)、行星轮轴承(13)、行星齿轮(12)构成一个整体，通过轴承(17)绕中心轴(18)共同旋转。具体实施方式结合附图1对本技术的具体实施方式做进一步说明非线性力矩、线性力矩以及恒力轮对行星架形成的恒力矩，三者相互作用、耦合，其中，非线性力矩、线性力矩的方向相同，恒力轮力矩与非线性力矩、线性力矩的方向相反，当该装置工作时，风力叶轮的非线性力矩瞬时值、行星轮架的恒力矩、发电机的线性力矩三者间有以下三种瞬时工况：其一，当风力叶轮(1)的非线性力矩瞬时值与发电机(29)所需线性力矩之和等于行星轮架的恒力矩时，行星轮架(15)及恒力轮(16)处于相对平衡状态；其二，当风力叶轮(1)的非线性力矩瞬时值与发电机(29)所需线性力矩之和大于行星轮架的恒力矩时，多余的力矩能通过增加恒力轮(16)的势能进行吸收，以维持发电机(29)所需的线性力矩；其三，当风力叶轮(1)的非线性力矩瞬时值与发电机(29)所需线性力矩之和小于行星轮架的恒力矩时，存储在恒力轮(16)上的势能释放，以维持发电机(29)所需的线性力矩；附图1中，风力叶轮(1)的非线性力矩作为输入与传动轴(4)连接，发电机(29)所需的线性力矩与传动轴(27)连接，二者可以对换。附图1所示的风力发电机装置通过支撑架(21)安装于高处，便于更多吸纳更多的风力能，实施例的恒力来自于悬挂的重物(20)，施加的恒力可以是重力、弹力、电磁力、流体压力等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械储能风力发电装置，包括风力叶轮的非线性力矩输入、力矩耦合、机械能储能、线性力矩输出及发电机四个单元组成，其中的力矩耦合单元采用行星齿轮机构，其特征在于：行星轮架(15)与恒力轮(16)固定连接，共同绕中心轴(18)旋转，中心轴(18)固定于机架，恒力轮(16)上的凹槽盘绕柔性绳索(19)，绳索(19)末端施加的恒力与恒力轮(16)构成恒力矩，共同作用于行星轮架(15)。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械储能风力发电装置，包括风力叶轮的非线性力矩输入、力矩耦合、机械能储能、线性力矩输出及发电机四个单元组成，其中的力矩耦合单元采用行星齿轮机构，其特征在于：行星轮架(15)与恒力轮(16)固定连接，共同绕中心轴(18)旋转，中心轴(18)固定于机架，恒力轮(16)上的凹槽盘绕柔性绳索(19)，绳索(19)末端施加的恒力与恒力轮(16)构成恒力矩，共同作用于行星轮架(15)。


2.根据权利要求1所述的机械储能风力发电装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟国，
申请(专利权)人：王伟国，
类型：新型
国别省市：辽宁;21