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1、(10)申请公布号 CN 103821671 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103821671 A (21)申请号 201410091161.6 (22)申请日 2014.03.13 F03D 9/02(2006.01) F03D 7/02(2006.01) F03D 1/04(2006.01) (71)申请人 昆明学院 地址 650214 云南省昆明市经济技术开发区 浦新路 2 号 (72)发明人 于向军 王继新 尤爽 (74)专利代理机构 长春市四环专利事务所 ( 普 通合伙 ) 22103 代理人 张建成 (54) 发明名称 风轮在集风罩内位置可调的小型风力发电机 。
2、(57) 摘要 本发明公开了一种风轮在集风罩内位置可调 的小型风力发电机， 其是由集风罩、 风轮、 第一传 动轴、 风轮位置调整装置、 机舱、 尾舵、 推力滑动轴 承和塔杆组成 ； 风轮滑动套设在第一传动轴上， 风轮位于集风罩中， 风轮位置调整装置与风轮联 接， 可以带动风轮在集风罩中左右移动。 本发明风 轮位于集风罩最小过流断面时， 风轮启动风速可 降低一倍以上 ； 在自然风速变化的情况下， 通过 风轮在变过流断面的集风罩内位置调整， 风轮能 长时间在额定风速附近工作， 风轮桨叶的气动效 率高， 发电机的输出功率能够长时间稳定在额定 功率附近， 发电机的发电效率较高。 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103821671 A CN 103821671 A 1/1 页 2 1. 一种风轮在集风罩内位置可调的小型风力发电机， 其特征在于 ： 是由集风罩 （1） 、 风 轮 （2） 、 第一传动轴 （3） 、 风轮位置调整装置 （4） 、 机舱 （5） 、 尾舵 （6） 、 推力滑动轴承 （7） 和塔 杆 （8） 组成 ； 集风罩 （1） 是由变过流断面的喇叭型罩 （11） 、 第一轮毂 （12） 、 第一辐条轮辐 （13）。
4、 、 第二轮毂 （14） 和第二辐条轮辐 （15） 组成， 第一轮毂 （12） 和第二轮毂 （14） 位于变过 流断面的喇叭型罩 （11） 的中心的内外端， 第一辐条轮辐 （13） 连接固定于第一轮毂 （12） 与 变过流断面的喇叭型罩 （11） 的内壁之间， 第二辐条轮辐 （15） 连接固定于第二轮毂 （14） 与 变过流断面的喇叭型罩 （11） 的内壁之间 ； 第一传动轴 （3） 是由第一轴颈 （31） 、 外花键轴段 （32） 和第二轴颈 （33） 组成 ； 所述的风轮位置调整装置 4 是由第一传动轴 3 上外花键轴段 （32） 、 滑动组件 （40） 和驱 动机构 （41） 组成， 滑。
5、动组件 （40）是由内花键空心阶梯轴 （400） 、 径向球轴承 （401） 、 第一推力球轴承 （402） 、 推拉环 （403） 、 第二推力球轴承 （404） 、 风轮 （2） 和螺母 （405） 组成， 内花键空心阶梯 轴 （400） 穿套在第一传动轴 3 的外花键轴段 （32） ， 风轮 （2） 套设在内花键空心阶梯轴 （400） 外并以螺母 （405） 紧固， 推拉环 （403） 通过径向球轴承 （401） 套在内花键空心阶梯轴 （400） 外， 推拉环 （403） 的轴向以第一推力球轴承 （402） 和第二推力球轴承 （404） 夹置 ； 驱动机构 （41） 由第一螺杆 （410。
6、） 、 撞块 （411） 、 两个第一齿轮 （412） 、 第二传动轴 （413） 、 第二齿轮 （414） 、 第二制动器 （415） 、 第二联轴器 （416） 、 电动机 （417） 和第二螺杆 （418） 组 成， 电动机 （417） 固定在底板 （500） 上， 电动机 （417） 的输出轴通过第二联轴器 （416） 与第 二传动轴 （413） 连接， 第二传动轴 （413） 通过第四支撑 （507） 和第五支撑 （508） 枢接在底 板 （500） 上， 第二传动轴 （413） 上设置第二制动器 （415） ， 第四支撑 （507） 和第五支撑 （508） 之间的第二传动轴 （41。
7、3） 上套设固定第二齿轮 （414） ； 第二齿轮 （414） 的两侧分别与两个第 一齿轮 （412） 啮合， 枢接在底板 （500） 上的两个第三支撑 （506） 分别套设于每个第一齿轮 412 轮毂两端外延的轴颈 （4121） 上， 第一齿轮 （412） 内孔对应于轮毂段具有螺纹， 第一螺杆 （410） 和第二螺杆 （418） 分别旋入两个第一齿轮 （412） 形成螺旋副， 第一螺杆 （410） 和第二 螺杆 （418） 右端通过螺栓与推拉环 （403） 固连 ； 所述机舱 （5） 由底板 （500） 、 第一支撑 （501） 、 第一制动器 （502） 、 第二支撑 （503） 、 第一。
8、 联轴器 （504） 、 发电机 （505） 、 四第三支撑 （506） 、 第四支撑 （507） 、 第五支撑 （508） 、 第一行程 开关 （509） 、 第二行程开关 （510） 、 护杆 （511） 和支杆 （512） 组成， 发电机 （505） 固定在底板 （500） 上， 发电机 （505） 的输出轴通过第一联轴器 （504） 与第一传动轴 （3） 联接， 第一传动 轴 （3） 上设置第一制动器 （502） ， 第一制动器 （502） 两侧由设置在底板 （500） 上的第一支撑 （501） 和第二支撑支撑第一传动轴 （3） ， 第一传动轴 （3） 的外花键轴段 （32） 穿过内花。
9、键空心 阶梯轴 （400） ； 第一螺杆 （410） 的下部固定有撞块 （411） ， 底板 （500） 上设有第一行程开关 （509） 和第二行程开关 （510） ， 第一行程开关 （509） 和第二行程开关 （510） 位于撞块 （411） 的 两侧 ； 集风罩 （1） 左侧分别固定在固连于机舱 （5） 底板 （500） 上的护杆 （511） 和支杆 （512） 上 ； 底板 （500） 上的支杆 （512） 通过推力滑动轴承 （7） 安装于塔杆 （8） 上 ； 尾舵 （6） 安装在 机舱 （5） 尾部。 权 利 要 求 书 CN 103821671 A 2 1/4 页 3 风轮在集风罩内。
10、位置可调的小型风力发电机 技术领域 0001 本发明涉及一种小型风力发电机， 特别涉及一种风轮在集风罩内位置可调的小型 风力发电机。 背景技术 0002 小型风力发电机主要用于城镇等照明， 风力发电机给电瓶充电， 电瓶将电能贮存 起来用于夜间照明等。 自然风速经常忽大忽小， 当风速低于风轮的启动风速时， 风力发电机 无法工作， 若风速长期较低， 由于风轮叶片的气动效率较低， 不仅风力发电机的发电效率较 低， 而且蓄电池也会因充电不足而降低使用寿命， 当风速超过风轮的设计最大风速时， 定桨 距叶片因叶尖失速降低气动效率， 发电机的发电效率也降低。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种风轮在。
11、集风罩内位置可调的小型风力发电机。 0004 本发明是由集风罩、 风轮、 第一传动轴、 风轮位置调整装置、 机舱、 尾舵、 推力滑动 轴承和塔杆组成 ； 集风罩是由变过流断面的喇叭型罩、 第一轮毂、 第一辐条轮辐、 第二轮毂 和第二辐条轮辐组成， 第一轮毂和第二轮毂位于变过流断面的喇叭型罩的中心的内外端， 第一辐条轮辐连接固定于第一轮毂与变过流断面的喇叭型罩的内壁之间， 第二辐条轮辐连 接固定于第二轮毂与变过流断面的喇叭型罩的内壁之间 ； 第一传动轴是由第一轴颈、 外花 键轴段和第二轴颈组成 ； 0005 所述的风轮位置调整装置是由第一传动轴上外花键轴段、 滑动组件和驱动机构组 成， 0006。
12、 滑动组件是由内花键空心阶梯轴、 径向球轴承、 第一推力球轴承、 推拉环、 第二推 力球轴承、 风轮和螺母组成， 内花键空心阶梯轴穿套在第一传动轴的外花键轴段， 风轮套设 在内花键空心阶梯轴外并以螺母紧固， 推拉环通过径向球轴承套在内花键空心阶梯轴外， 推拉环的轴向以第一推力球轴承和第二推力球轴承夹置， 第一螺杆和第二螺杆的右端固定 在推拉环上 ； 0007 驱动机构由第一螺杆、 撞块、 两个第一齿轮、 第二传动轴、 第二齿轮、 第二制动器、 第二联轴器、 电动机和第二螺杆组成， 电动机固定在底板上， 电动机的输出轴通过第二联轴 器与第二传动轴连接， 第二传动轴通过第四支撑和第五支撑枢接在底板。
13、上， 第二传动轴上 设置第二制动器， 第四支撑和第五支撑之间的第二传动轴上套设固定第二齿轮 ； 第二齿轮 的两侧分别与两个第一齿轮啮合， 枢接在底板上的两个第三支撑分别套设于每个第一齿轮 轮毂两端外延的轴颈上， 第一齿轮内孔对应于轮毂段具有螺纹， 第一螺杆和第二螺杆分别 旋入两个第一齿轮形成螺旋副， 第一螺杆和第二螺杆右端通过螺栓与推拉环固连 ； 0008 机舱由底板、 第一支撑、 第一制动器、 第二支撑、 第一联轴器、 发电机、 四第三支撑、 第四支撑、 第五支撑、 第一行程开关、 第二行程开关、 护杆和支杆组成， 发电机固定在底板 上， 发电机的输出轴通过第一联轴器与第一传动轴联接， 第一。
14、传动轴设置第一制动器， 第一 说 明 书 CN 103821671 A 3 2/4 页 4 制动器两侧由设置在底板上的第一支撑和第二支撑支撑第一传动轴， 第一传动轴的外花键 轴段穿过内花键空心阶梯轴 ； 第一螺杆的下部固定有撞块， 底板上设有第一行程开关和第 二行程开关， 第一行程开关和第二行程开关位于撞块的两侧 ； 集风罩左侧分别固定在固连 于机舱底板上的护杆和支杆上 ； 底板上的支杆通过推力滑动轴承安装于塔杆上 ； 尾舵安装 在机舱尾部。 0009 本发明的工作过程是 ： 0010 当自然风速低于风轮启动风速时， 风轮位置调整装置中第二制动器制动将风轮固 定于集风罩内最左端， 由于集风罩最。
15、小过流断面内的风速是自然风速的 N 倍， 当其风速达 到风轮启动风速时， 风轮转动通过内花键空心阶梯轴带动第一传动轴转动使发电机发电， 随着自然风速的增大， 集风罩最小过流断面内的风速成倍增大， 直至集风罩最小过流断面 内的风速增大至风轮的设计最大风速时， 第二制动器释放， 电动机转动使第二齿轮分别与 两个第一齿轮啮合传动， 两个第一齿轮分别与第一螺杆和第二螺杆形成螺旋传动， 使第一 螺杆和第二螺杆通过推拉环同步推动滑动组件向右滑动， 使固连于内花键空心阶梯轴上的 风轮右移至集风罩过流断面内风速为风轮的额定风速位置， 电动机停止转动， 第二制动器 制动将风轮固定于该位置， 发电机在额定功率附近。
16、发电 ； 若自然风速再增大， 重复前述过 程， 使风轮右移至集风罩过流断面内风速为风轮的额定风速新位置， 直至固连于第一螺杆 上的撞块与固连于机舱底板上的第二行程开关推杆相撞， 电动机停止转动， 第二制动器将 风轮固定于最右端位置， 发电机在额定功率附近发电， 若自然风速再增大至风轮的设计最 大风速时， 第一制动器制动， 风轮停止转动， 发电机停止工作。若自然风速变小至风轮的额 定风以下， 第二制动器释放， 电动机转动使第二齿轮分别与两个第一齿轮啮合传动， 两个第 一齿轮分别与第一螺杆和第二螺杆形成螺旋传动， 使第一螺杆和第二螺杆通过推拉环同步 拉动滑动组件向左滑动， 使固连于内花键空心阶梯轴。
17、上的风轮左移至集风罩过流断面内风 速为风轮的额定风速位置， 电动机停止转动， 第二制动器制动将风轮固定于该位置， 发电机 在额定功率附近发电 ； 若自然风速再变小， 重复前述过程， 使风轮左移至集风罩过流断面内 风速为风轮的额定风速新位置， 直至固连于第一螺杆上的撞块与固连于机舱底板上的第一 行程开关推杆相撞， 电动机停止转动， 第二制动器制动将风轮固定于最左端位置， 发电机发 电或停止发电。 0011 本发明的有益效果 ： 0012 1、 风轮位于集风罩最小过流断面时， 风轮启动风速可降低一倍以上 ； 0013 2、 在自然风速变化的情况下， 通过风轮在变过流断面的集风罩内位置调整， 风轮 。
18、能长时间在额定风速附近工作， 风轮桨叶的气动效率高， 发电机的输出功率能够长时间稳 定在额定功率附近， 发电机的发电效率较高 ； 0014 3、 蓄电池不会因较长时间充电不足而降低使用寿命。 附图说明 0015 图 1 是本发明的立体示意图。 0016 图 2 是本发明的立体分解示意图。 0017 图 3 是本发明的局部立体分解示意图。 0018 图 4 是本发明的剖视图一。 说 明 书 CN 103821671 A 4 3/4 页 5 0019 图 5 是本发明的剖视图二。 0020 图 6 是本发明的集风罩剖视图。 0021 图 7 是本发明的第一齿轮立体示意图。 具体实施方式 0022 。
19、请参阅图 1、 图 2、 图 3、 图 4、 图 5 和图 6 所示， 本实施例是由集风罩 1、 风轮 2、 第一 传动轴 3、 风轮位置调整装置 4、 机舱 5、 尾舵 6、 推力滑动轴承 7 和塔杆 8 组成 ； 集风罩 1 是 由变过流断面的喇叭型罩 11、 第一轮毂 12、 第一辐条轮辐 13、 第二轮毂 14 和第二辐条轮辐 15 组成， 第一轮毂 12 和第二轮毂 14 位于变过流断面的喇叭型罩 11 的中心的内外端， 第一 辐条轮辐 13 连接固定于第一轮毂 12 与变过流断面的喇叭型罩 11 的内壁之间， 第二辐条轮 辐 15 连接固定于第二轮毂 14 与变过流断面的喇叭型罩 。
20、11 的内壁之间 ； 第一传动轴 3 是由 第一轴颈 31、 外花键轴段 32 和第二轴颈 33 组成 ； 0023 所述的风轮位置调整装置4是由第一传动轴3上外花键轴段32、 滑动组件40和驱 动机构 41 组成， 0024 滑动组件40是由内花键空心阶梯轴400、 径向球轴承401、 第一推力球轴承402、 推 拉环 403、 第二推力球轴承 404、 风轮 2 和螺母 405 组成， 内花键空心阶梯轴 400 穿套在第一 传动轴3的外花键轴段32， 风轮2套设在内花键空心阶梯轴400外并以螺母405紧固， 推拉 环 403 通过径向球轴承 401 套在内花键空心阶梯轴 400 外， 推拉。
21、环 403 的轴向以第一推力 球轴承 402 和第二推力球轴承 404 夹置 ； 0025 驱动机构 41 由第一螺杆 410、 撞块 411、 两个第一齿轮 412、 第二传动轴 413、 第二 齿轮414、 第二制动器415、 第二联轴器416、 电动机417和第二螺杆418组成， 电动机417固 定在底板 500 上， 电动机 417 的输出轴通过第二联轴器 416 与第二传动轴 413 连接， 第二传 动轴 413 通过第四支撑 507 和第五支撑 508 枢接在底板 500 上， 第二传动轴 413 上设置第 二制动器 415， 第四支撑 507 和第五支撑 508 之间的第二传动轴。
22、 413 上套设固定第二齿轮 414 ； 第二齿轮 414 的两侧分别与两个第一齿轮 412 啮合， 枢接在底板 500 上的两个第三支 撑 506 分别套设于每个第一齿轮 412 轮毂两端外延的轴颈 4121 上， 如图 7 所示， 第一齿轮 412 内孔对应于轮毂段具有螺纹， 第一螺杆 410 和第二螺杆 418 分别旋入两个第一齿轮 412 形成螺旋副， 第一螺杆 410 和第二螺杆 418 右端通过螺栓与推拉环 403 固连 ； 0026 机舱5由底板500、 第一支撑501、 第一制动器502、 第二支撑503、 第一联轴器504、 发电机505、 四第三支撑506、 第四支撑507。
23、、 第五支撑508、 第一行程开关509、 第二行程开关 510、 护杆 511 和支杆 512 组成， 发电机 505 固定在底板 500 上， 发电机 505 的输出轴通过第 一联轴器 504 与第一传动轴 3 联接， 第一传动轴 3 上设置第一制动器 502， 第一制动器 502 两侧由设置在底板 500 上的第一支撑 501 和第二支撑 503 支撑第一传动轴 3， 第一传动轴 3 的外花键轴段 32 穿过内花键空心阶梯轴 400 ； 第一螺杆 410 的下部固定有撞块 411， 底板 500 上设有第一行程开关 509 和第二行程开关 510， 第一行程开关 509 和第二行程开关 。
24、510 位于撞块 411 的两侧 ； 集风罩 1 左侧分别固定在固连于机舱 5 底板 500 上的护杆 511 和支 杆 512 上 ； 底板 500 上的支杆 512 通过推力滑动轴承 7 安装于塔杆 8 上 ； 尾舵 6 安装在机舱 5 尾部。 0027 本实施例的工作过程是 ： 说 明 书 CN 103821671 A 5 4/4 页 6 0028 当自然风速低于风轮 2 启动风速时， 风轮 2 位置调整装置 4 中第二制动器 415 制 动将风轮2固定于集风罩1内最左端， 由于集风罩1最小过流断面内的风速是自然风速的N 倍， 当其风速达到风轮 2 启动风速时， 风轮 2 转动通过内花键。
25、空心阶梯轴 400 带动第一传动 轴 3 转动使发电机 505 发电， 随着自然风速的增大， 集风罩 1 最小过流断面内的风速成倍增 大， 直至集风罩 1 最小过流断面内的风速增大至风轮 2 的设计最大风速时， 第二制动器 415 释放， 电动机 417 转动使第二齿轮 414 分别与两个第一齿轮 412 啮合传动， 两个第一齿轮 412分别与第一螺杆410和第二螺杆418形成螺旋传动， 使第一螺杆410和第二螺杆418通 过推拉环 403 同步推动滑动组件 40 向右滑动， 使固连于内花键空心阶梯轴 400 上的风轮 2 右移至集风罩 1 过流断面内风速为风轮 2 的额定风速位置， 电动机 。
26、417 停止转动， 第二制动 器 415 制动将风轮 2 固定于该位置， 发电机 505 在额定功率附近发电 ； 若自然风速再增大， 重复前述过程， 使风轮 2 右移至集风罩 1 过流断面内风速为风轮 2 的额定风速新位置， 直至 固连于第一螺杆 410 上的撞块 411 与固连于机舱 5 底板 500 上的第二行程开关 510 推杆相 撞， 电动机 417 停止转动， 第二制动器 415 将风轮 2 固定于最右端位置， 发电机 505 在额定 功率附近发电， 若自然风速再增大至风轮2的设计最大风速时， 第一制动器502制动， 风轮2 停止转动， 发电机 505 停止工作。若自然风速变小至风轮。
27、 2 的额定风以下， 第二制动器 415 释放， 电动机 417 转动使第二齿轮 414 分别与两个第一齿轮 412 啮合传动， 两个第一齿轮 412分别与第一螺杆410和第二螺杆418形成螺旋传动， 使第一螺杆410和第二螺杆418通 过推拉环 403 同步拉动滑动组件 40 向左滑动， 使固连于内花键空心阶梯轴 400 上的风轮 2 左移至集风罩 1 过流断面内风速为风轮 2 的额定风速位置， 电动机 417 停止转动， 第二制动 器 415 制动将风轮 2 固定于该位置， 发电机 505 在额定功率附近发电 ； 若自然风速再变小， 重复前述过程， 使风轮 2 左移至集风罩 1 过流断面内。
28、风速为风轮 2 的额定风速新位置， 直至 固连于第一螺杆 410 上的撞块 411 与固连于机舱 5 底板 500 上的第一行程开关 509 推杆相 撞， 电动机 417 停止转动， 第二制动器 415 制动将风轮 2 固定于最左端位置， 发电机 10 发电 或停止发电。 说 明 书 CN 103821671 A 6 1/6 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 7 2/6 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 8 3/6 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 9 4/6 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 10 5/6 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 11 6/6 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 103821671 A 12 。