專利名稱：自然力發(fā)電設(shè)備及發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是發(fā)電設(shè)備，尤其是依靠風(fēng)力、潮汐等自然力的發(fā)電設(shè)備，以及
有這種發(fā)電設(shè)備組成的發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對能源的需求明顯增加，而地球上可利用的常規(guī) 能源日趨匱乏。如何實現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展，是全世界都在關(guān)注的問題。目前，電能產(chǎn)生主要 靠火力發(fā)電。但火力發(fā)電產(chǎn)生大量的污染物，為了減少對大氣的污染，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā) 展，世界各國都在積極開發(fā)清潔能源。 例如，人們已經(jīng)開發(fā)出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和潮汐發(fā)電設(shè)備等利用自然力的發(fā)電設(shè)備 (本實用新型中統(tǒng)稱為"自然力發(fā)電設(shè)備")，并正在朝著商業(yè)化的方向努力著。這一類發(fā)電 設(shè)備在商業(yè)化過程中面臨的兩個主要困難是，成本高和自然力不穩(wěn)定。 以風(fēng)力發(fā)電設(shè)備為例。由于風(fēng)場的風(fēng)是不穩(wěn)定的，主要表現(xiàn)為時有時無，忽大忽 小，風(fēng)力的峰值差值有時會極大，其極端峰值風(fēng)力有可能直接損壞風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。因此，目 前的發(fā)電設(shè)備必須安裝穩(wěn)定速度用的變速裝置和減速裝置等，同時，還要安裝主動控制系 統(tǒng)和/或整流調(diào)壓系統(tǒng)，使發(fā)電設(shè)備的輸出盡可能穩(wěn)定，減少對用電負(fù)載的沖擊。特別是在 希望將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的電力并入電網(wǎng)的情況中，發(fā)電設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定輸出尤為重要。然而， 這些用來穩(wěn)定發(fā)電設(shè)備輸出的裝置和系統(tǒng)，往往都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本和維護(hù)成本都非 常高。這些因素嚴(yán)重地制約著風(fēng)力發(fā)電的商業(yè)性應(yīng)用。 而且由于風(fēng)并非是持續(xù)性的，所以，為了避免在無風(fēng)的時候出現(xiàn)輸出間歇的情形， 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通常都另外地配備有儲能系統(tǒng)。目前的儲能裝置主要是將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生 的多余電能轉(zhuǎn)化為其他能量，然后在無風(fēng)期將所存能量再轉(zhuǎn)化為電能。然而，單獨地設(shè)計、 配備儲能系統(tǒng)，特別是抽水儲能、壓縮空氣儲能，需要投入大量的人力、物力和財力。造成風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備制造、運營成本高昂。 總的來說，由于風(fēng)力等自然力不穩(wěn)定的性質(zhì)，所以，為了使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等自然力
發(fā)電設(shè)備中的發(fā)電機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運行，現(xiàn)有自然力發(fā)電設(shè)備都不得不設(shè)計裝備了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 成本高昂的穩(wěn)速、儲能裝置。

發(fā)明內(nèi)容相應(yīng)地，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種自然力發(fā)電設(shè)備，包括接受自然 力的自然力輸入端和有輸入軸的發(fā)電機(jī)，所述自然力發(fā)電設(shè)備還包括單向傳動裝置，所 述單向傳動裝置具有輸入端和輸出端，所述單向傳動裝置的輸入端與所述自然力輸入端相 連，用于接收來自所述自然力輸入端的動力；差速傳動裝置，所述差速傳動裝置具有第一工 作端、第二工作端和第三工作端，所述第一工作端與所述單向傳動裝置的輸出端相連，用于 接收來自所述單向傳動裝置輸出端的動力，所述第二工作端與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連， 用于向所述發(fā)電機(jī)的輸入軸傳遞動力；儲能裝置，所述儲能裝置與所述差速傳動裝置的第三工作端相連，用于儲存來自所述差速傳動裝置的第一工作端的動力，并能夠?qū)⑺鶅Υ娴?動力經(jīng)第三工作端傳遞給所述差速傳動裝置的第二工作端；限速裝置，所述限速裝置位于 所述發(fā)電機(jī)和所述差速傳動裝置之間，用于在所述發(fā)電機(jī)的輸入軸的轉(zhuǎn)速超過預(yù)定轉(zhuǎn)速的 情況下產(chǎn)生阻止所述輸入軸轉(zhuǎn)速增加的制動力。 優(yōu)選的是，所述差速傳動裝置包括第一半軸，所述第一半軸與所述單向傳動裝置 的輸出端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；與所述第一半軸一體形成的第一錐 形齒輪；第二半軸，所述第二半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第 二工作端；與所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形 齒輪和所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；支撐 所述多個行星齒輪的行星齒輪架；殼體，所述與所述行星齒輪架一體形成，構(gòu)成所述差速傳 動裝置的第三工作端。 優(yōu)選的是，所述差速傳動裝置包括第一半軸，所述第一半軸與所述單向傳動裝置 的輸出端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；第一錐形齒輪；第二半軸，所述第二 半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第二工作端；與所述第二半軸 一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪之 間并同時與所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；行星齒輪架，所述行星齒輪架支 撐所述多個行星齒輪并與所述第一半軸一體形成；殼體，所述殼體與所述第一錐形齒輪一 體形成，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第三工作端。 進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述儲能裝置包括長索，所述長索的一端固定在所述差速傳動 裝置的殼體上；重物，所述重物固定在所述長索的另一端。 優(yōu)選的是，在所述發(fā)電機(jī)和所述限速裝置之間還包括第二差速傳動裝置，所述第 二差速傳動裝置包括與所述差速傳動裝置的第二工作端相連的第一半軸、與所述第二差 速傳動裝置的所述第一半軸一體形成的第一錐形齒輪、與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連的第二 半軸、與所述第二差速傳動裝置的所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪、位于所述第二 差速差動裝置的所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第二差速差動 裝置的所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合的多個行星齒輪、支撐所述第二差速差 動裝置的所述多個行星齒輪的行星齒輪架以及與所述第二差速差動裝置的所述行星齒輪 架一體形成的殼體；控制裝置，與所述第二差速差動裝置的所述殼體相連，控制所述第二差 速差動裝置的所述殼體的轉(zhuǎn)動。 進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述控制裝置包括與所述第二差速差動裝置的所述殼體一體 形成的蝸輪；驅(qū)動所述蝸輪的蝸桿；驅(qū)動所述蝸桿的電機(jī)；控制所述電機(jī)的控制電路。 根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供了一種自然力發(fā)電設(shè)備，包括接受自然力的 自然力輸入端和有輸入軸的發(fā)電機(jī)，所述自然力發(fā)電設(shè)備還包括差速傳動裝置，所述差速 傳動裝置具有用作輸入端的第一工作端、用作輸出端的第二工作端和用作另一個輸入端的 第三工作端，所述第一工作端與自然力輸入端相連，用于接收來自所述自然力輸入端的動 力，所述第二工作端與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，用于向所述發(fā)電機(jī)的輸入軸傳遞動力；以 及控制裝置，所述控制裝置與所述差速傳動裝置的第三工作端相連，用于控制所述第三工 作端的輸入。 優(yōu)選的是，所述差速傳動裝置包括第一半軸，所述第一半軸與所述自然力輸入端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；與所述第一半軸一體形成的第一錐形齒輪； 第二半軸，所述第二半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第二工作 端；與所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形齒輪和 所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；支撐所述多 個行星齒輪的行星齒輪架；以及殼體，所述與所述行星齒輪架一體形成，構(gòu)成所述差速傳動 裝置的第三工作端。 優(yōu)選的是，所述控制裝置包括與所述殼體一體形成的蝸輪；驅(qū)動所述蝸輪的蝸 桿；驅(qū)動所述蝸桿的電機(jī)；以及控制所述電機(jī)的控制電路。 根據(jù)本實用新型的又一個方面，提供了一種由多個上述的自然力發(fā)電設(shè)備組成的 發(fā)電機(jī)組。 在本實用新型中，術(shù)語"自然力"是指可以用來發(fā)電的、例如風(fēng)、潮汐等自然力。術(shù) 語"自然力發(fā)電設(shè)備"是指利用風(fēng)能、潮汐等自然力發(fā)電的發(fā)電設(shè)備，這類發(fā)電機(jī)都面臨著 自然力不持續(xù)、不穩(wěn)定等問題，包括但不限于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、潮汐發(fā)電設(shè)備等。術(shù)語前使用 的"第一"、"第二"或者類似的表述，僅僅分別代表相應(yīng)多個技術(shù)特征中的一個，并不表示這 些技術(shù)特征中的不同。例如，"第一工作端"和"第二工作端"僅僅分別表示工作端的一個， 但不表示這些工作端之間結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。 本實用新型通過將單向傳動裝置、差速傳動裝置、儲能裝置和限速裝置結(jié)合起來 或者通過將差速傳動裝置和控制裝置結(jié)合起來所形成的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等自然力發(fā)電設(shè)備， 具有如下的優(yōu)點 1.能夠在風(fēng)力過大時將風(fēng)能儲存起來，同時防止損壞發(fā)電機(jī)和輸出過大電流；而 在風(fēng)力不足時，釋放儲存的能量，使發(fā)電機(jī)繼續(xù)發(fā)電，從而延長發(fā)電機(jī)持續(xù)穩(wěn)定工作的時 間。因此，本實用新型的自然力發(fā)電設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定地輸出電力。 2.在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等自然力發(fā)電設(shè)備，可以去掉成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的變速裝置，甚 至可以無需使用主動控制裝置和整流調(diào)壓裝置。因此，本實用新型的自然力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu) 大為簡化，成本大為降低。 3.如果將本實用新型的多個自然力發(fā)電設(shè)備組成發(fā)電機(jī)組，就可以為電網(wǎng)提供穩(wěn) 定電力來源。

圖1是根據(jù)本實用新型第一實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。 圖2是圖1中差速傳動裝置的示意性剖視圖。 圖3是根據(jù)本實用新型第二實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。 圖4是圖3中差速傳動裝置的示意性剖視圖。 圖5是根據(jù)本實用新型第三實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。 圖6是圖5中差速傳動裝置和控制裝置的示意性剖視圖。
具體實施方式下面以風(fēng)力發(fā)電設(shè)備為例，解釋本實用新型的工作原理?？梢岳斫?，根據(jù)針對風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備所進(jìn)行的解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將本實用新型應(yīng)用于潮汐發(fā)電等其他利用自然力的發(fā)電設(shè)備。 圖1是根據(jù)本實用新型第一實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。圖2是圖1中 差速傳動裝置的示意性剖視圖。 本實用新型的自然力發(fā)電設(shè)備在圖1中顯示為一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，該風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備包括能夠接受自然力的自然力輸入端和具有輸入軸51的發(fā)電機(jī)5。其中，自然力輸入端 顯示為能夠接受風(fēng)力并在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動的風(fēng)輪1。 如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備還包括單向傳動裝置2、差速傳動裝置3、儲能裝置6和 限速裝置4。 單向傳動裝置2包括與風(fēng)輪1相連的輸入端21和與差速傳動裝置3相連的輸出
端22，用于經(jīng)輸入端21接收并將風(fēng)輪1產(chǎn)生的動力(轉(zhuǎn)矩)經(jīng)過輸出端22傳遞給差速傳
動裝置3。但是，單向傳動裝置2禁止動力從差速傳動裝置3向風(fēng)輪1傳遞。本實用新型的
單向傳動裝置可以利用蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)以及現(xiàn)有技術(shù)中類似的能夠?qū)崿F(xiàn)反向
鎖止或者不能反向轉(zhuǎn)動的所有機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。因為這些機(jī)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是清楚
的，所以，為了突出本實用新型的主題，省略了對這些機(jī)構(gòu)的詳細(xì)說明。 如圖1和圖2所示，差速傳動裝置3包括作為第一工作端的第一半軸31、作為第
二工作端的第二半軸33和作為第三工作端的殼體37。第一半軸31與單向傳動裝置2的
輸出端22相連，用于從單向傳動裝置22接受動力，是差速傳動裝置3的輸入端。第二半軸
33與發(fā)電機(jī)5的輸入軸51相連，用于向發(fā)電機(jī)5傳送動力，是一個輸出端。差速傳動裝置
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。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實用新型的差速傳動裝置3可以利用公
知的任何其他差動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，例如機(jī)動車技術(shù)領(lǐng)域中公知的各種差速器等。 注意，在整個說明書中，術(shù)語"多個"是指數(shù)量上大于等于2 。術(shù)語" 一體形成"是
指多個構(gòu)件或者部分以相互固定的方式結(jié)合在一起，既包括多個分離的構(gòu)件利用連接件或
者焊接等方式固定在一起的情況，也包括多個部分構(gòu)成整體上是單件式結(jié)構(gòu)的情況。 圖l和圖2所示的本實用新型第一實施例中，利用重物作為儲能裝置6。其中，殼
體37構(gòu)成了一個巻筒，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(dāng)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(dāng)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(fēng)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(dāng)?shù)仫L(fēng)場的情況，進(jìn)行具體的設(shè)計。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可以通過具體設(shè)計殼體的結(jié)構(gòu)，而將本實用新型差
速傳動裝置的第三工作端與其他形式的儲能裝置相連。例如，可以利用差速傳動裝置的殼
體驅(qū)動飛輪、扭力彈簧和空氣壓縮機(jī)等儲能裝置，還可以想到用來驅(qū)動抽水機(jī)進(jìn)行蓄水。 在本實施例中，在差速傳動裝置3和發(fā)電機(jī)5之間還設(shè)有限速裝置4，用于在發(fā)
電機(jī)5的輸入軸51的轉(zhuǎn)速超過預(yù)定轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生阻止輸入軸51轉(zhuǎn)速增加的制動力。
本實用新型的限速裝置可以利用公知的減速裝置實現(xiàn)，例如離心自調(diào)式衡速器和平衡甩塊等。因為限速裝置對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是清楚的，所以，為了突出本實用新型的主題， 省略了對限速裝置的詳細(xì)說明。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，限速裝置4位于差速傳動 裝置3和發(fā)電機(jī)5之間應(yīng)該理解為限速裝置4可以一體形成于第二半軸33或者發(fā)電機(jī)輸 入軸51，或者是二者之間一個分立的裝置。 下面，參照圖1描述本實用新型第一實施例的操作。在風(fēng)場中，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到預(yù)定級 別時，例如每秒3米的微風(fēng)，風(fēng)輪1開始轉(zhuǎn)動。風(fēng)輪1轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(或者說動力等)傳 遞給單向傳動裝置2，并通過單向傳動裝置2的輸出端22傳遞給差速傳動裝置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。當(dāng)風(fēng)力處于設(shè)計范圍內(nèi)時， 位于差速傳動裝置3和發(fā)電機(jī)5之間的限速裝置4不工作，即第二半軸33和發(fā)電機(jī)輸入軸 51可以自由轉(zhuǎn)動。這時，兩個錐形齒輪作用在行星齒輪35上的轉(zhuǎn)矩與重物61在殼體37上 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩基本平衡，重物61保持不動，(可以通過常規(guī)的設(shè)計實現(xiàn)，為突出本實用新型主 題，這里不再給出詳細(xì)分析。)差速傳動裝置3的殼體37不轉(zhuǎn)動，因此，行星齒輪35不公轉(zhuǎn) 而只是自轉(zhuǎn)。在這種情況下，差速傳動裝置3變成了通過主要作為惰輪的行星齒輪35嚙合 的兩個錐形齒輪所構(gòu)成的傳動系統(tǒng)，其中，第一錐形齒輪32是輸入端，第二錐形齒輪34是 輸出端。于是，發(fā)電機(jī)5可以在設(shè)計范圍內(nèi)的風(fēng)力作用下，平穩(wěn)地產(chǎn)生電能。 當(dāng)出現(xiàn)超出設(shè)計范圍的大風(fēng)時，發(fā)電機(jī)輸入軸51或者第二半軸33出現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動 的趨勢，這時，發(fā)電機(jī)5和差速傳動裝置3之間的限速裝置4工作并產(chǎn)生制動力，造成作用 在行星齒輪上的轉(zhuǎn)矩增加，大于提升重物61的所需轉(zhuǎn)矩，于是，行星齒輪35發(fā)生公轉(zhuǎn)，重物 61被提升，差速傳動裝置3所接受的轉(zhuǎn)矩一部分通過第二錐形齒輪34和第二半軸33傳遞 給發(fā)電機(jī)5，使發(fā)電機(jī)5繼續(xù)保持正常的平穩(wěn)運行；另一部分，也就是多余部分，被傳遞到殼 體37用來提升重物61，從而多余的風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽?，即儲能?當(dāng)沒有風(fēng)時，第一錐形齒輪32對行星齒輪35不再作用有轉(zhuǎn)矩，于是在重物重力所 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作用下，差速傳動裝置3的殼體37轉(zhuǎn)動。由于單向傳動裝置2的反向動力傳遞 被鎖止或者不能反轉(zhuǎn)，所以，由重物勢能轉(zhuǎn)換成的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過差速傳動裝置3中的殼體37即 第三工作端和行星齒輪35傳遞給第二工作端即第二半軸33，使第二半軸33沿原來的轉(zhuǎn)動 方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，即使在沒有風(fēng)的情況下，利用大風(fēng)情況下儲存的重物勢能，仍然能使 發(fā)電機(jī)5繼續(xù)發(fā)電，從而減小了電力輸出的間歇。 根據(jù)本實用新型，差速傳動裝置3和儲能裝置6相結(jié)合，利用儲能裝置6在風(fēng)力過 大時存儲風(fēng)能而在風(fēng)力過小或者沒風(fēng)時給差速傳動裝置3輸入能量，對風(fēng)輪1輸入的風(fēng)力 起到"削峰平谷"的作用，從而穩(wěn)定了差速傳動裝置3的第二工作端所輸出的動力，使發(fā)電 機(jī)能夠持續(xù)平穩(wěn)地運行。而且，與現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相比，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本降 低。進(jìn)一步，按照本實用新型，可以省掉現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中用于調(diào)速的復(fù)雜的電子、機(jī)械 部件，進(jìn)一步降低了成本，簡化了結(jié)構(gòu)，增加了設(shè)備運行的可靠性。如果將本實用新型的風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備組成發(fā)電機(jī)組，就可以為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力來源。 下面，參照圖3和圖4描述根據(jù)本實用新型第二實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。圖3是 根據(jù)本實用新型第二實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。圖4是圖3中差速傳動裝置的 示意性剖視圖。除了差速傳動裝置3'夕卜，本實用新型第二實施例與第一實施例在機(jī)構(gòu)和效 果上都基本相同。這里只對與第一實施例不同的差速傳動裝置3'進(jìn)行描述。 如圖3和圖4所示，本實施例的差速傳動裝置3'包括與單向傳動裝置2的輸出端22相連、作為差速傳動裝置3'的第一工作端的第一半軸31';第一錐形齒輪32';與 發(fā)電機(jī)5的輸入軸51相連、作為差速傳動裝置3'的第二工作端的第二半軸33 ;與第二半 軸33 —體形成的第二錐形齒輪34 ;位于第一錐形齒輪32'和第二錐形齒輪34之間并同時 與這兩個錐形齒輪相嚙合的多個行星齒輪35 ;可轉(zhuǎn)動地支撐這些行星齒輪35的行星齒輪 架36'，行星齒輪架36'與第一半軸31' —體形成，于是第一半軸31'轉(zhuǎn)動時能驅(qū)動行星 齒輪35公轉(zhuǎn)；包圍上述部件的殼體37'，殼體37'與第一錐形齒輪32' —體形成，能夠同 第一錐形齒輪32' —體地轉(zhuǎn)動。 下面描述根據(jù)本實用新型第二實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的操作。風(fēng)輪1轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩經(jīng)單向傳動裝置2傳遞給差速傳動裝置3'的第一半軸31'，第一半軸31'帶動與之 一體形成的行星齒輪35公轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)力處于設(shè)計范圍內(nèi)時，位于差速傳動裝置3'和發(fā)電機(jī) 5之間的限速裝置不工作，即第二半軸33和發(fā)電機(jī)輸入軸51可以自由轉(zhuǎn)動。在設(shè)計風(fēng)力范 圍內(nèi)，行星齒輪35作用在第一錐形齒輪32'上的轉(zhuǎn)矩與重物61在殼體37'上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 基本平衡，重物61保持不動，差速傳動裝置3'的殼體37'不轉(zhuǎn)動，行星齒輪35在公轉(zhuǎn)的 同時自轉(zhuǎn)，帶動第二錐形齒輪34轉(zhuǎn)動。于是，來自風(fēng)輪l的動力被傳遞給作為差速傳動裝 置3'輸出端的第二半軸33。第二半軸33驅(qū)動發(fā)電機(jī)5正常運轉(zhuǎn)。 當(dāng)風(fēng)力超出設(shè)計范圍時，經(jīng)第一半軸31'、行星齒輪架36'和行星齒輪35作用在 第一錐形齒輪32'上的轉(zhuǎn)矩增加，大于重物61通過殼體37'在第一錐形齒輪32'上產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩，于是，第一錐形齒輪32'轉(zhuǎn)動，帶動殼體37'提升重物，從而將多余的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為 重物的勢能，即儲能。于此同時，第二錐形齒輪34仍保持平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機(jī)5仍像被設(shè)計 范圍內(nèi)的風(fēng)力驅(qū)動那樣平穩(wěn)地產(chǎn)生電能。 當(dāng)沒有風(fēng)時，行星齒輪35對第一錐形齒輪32'不再作用有轉(zhuǎn)矩，于是在重物重力 所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作用下，差速傳動裝置3'的殼體37'轉(zhuǎn)動，帶動第一錐形齒輪32'轉(zhuǎn)動。由 于單向傳動裝置2的反向動力傳遞被鎖止或者不能反轉(zhuǎn)，所以，行星齒輪35只能自轉(zhuǎn)，差速 傳動裝置3'變成了通過主要作為惰輪的行星齒輪35嚙合的兩個錐形齒輪所構(gòu)成的傳動 系統(tǒng)，從而在第一錐形齒輪32'的驅(qū)動下，第二錐形齒輪34和第二半軸33沿原來的轉(zhuǎn)動方 向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，在沒有風(fēng)的情況下，利用儲存的重物勢能，發(fā)電機(jī)5繼續(xù)發(fā)電。 接下來，參照圖5和圖6描述根據(jù)本實用新型第三實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。其中， 圖5是根據(jù)本實用新型第三實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原理示意圖。圖6是圖5中差速傳動 裝置和控制裝置的示意性剖視圖。 如圖5和圖6所示，根據(jù)本實用新型第三實施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括作為自然力 輸入端的風(fēng)輪1和具有輸入軸51的發(fā)電機(jī)5，在風(fēng)輪1和發(fā)電機(jī)5之間進(jìn)一步包括差速傳 動裝置和控制裝置。本實施例的差速傳動裝置與圖2所示的差速傳動裝置2結(jié)構(gòu)類似，包括 與風(fēng)輪1相連并作為第一工作端的第一半軸71、與第一半軸一體形成的第一錐形齒輪72、 與電極5的輸入軸51相連并作為第二工作端的第二半軸73、與第二半軸73 —體形成的第 二錐形齒輪74、位于第一、第二錐形齒輪72、74之間并同時與這兩個錐形齒輪嚙合的多個 行星齒輪75、支撐這些行星齒輪75的行星齒輪架76以及包圍上述部件并與行星齒輪架76 一體形成、作為第三工作端的殼體77。在本實施例中第一工作端(第一半軸71)和第三工 作端(殼體77)作為動力輸入端，第二工作端(第二半軸73)作為動力輸出端。 與本實用新型第一、二實施例不同的是，本實用新型第三實施例的殼體77(第三工作端)不再與重物(儲能裝置)相連，而是同一個控制裝置相連。本實用新型的控制裝 置是根據(jù)作為一個輸入端的第一半軸的轉(zhuǎn)動情況和發(fā)電機(jī)輸出情況(包括相位)，控制作 為另一個輸入端的殼體的轉(zhuǎn)動，從而使作為輸出端的第二半軸73按照要求的轉(zhuǎn)速和相位 轉(zhuǎn)動。根據(jù)本實用新型，一方面能夠?qū)⒌诙胼S73的轉(zhuǎn)速精確穩(wěn)定所要求的范圍內(nèi)，進(jìn)而 使發(fā)電機(jī)平穩(wěn)運行；另一方面能夠調(diào)整第二半軸73相對第一半軸71的轉(zhuǎn)動相位，使發(fā)電機(jī) 能夠調(diào)整其電力輸出的相位，從而使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有可能直接并入相關(guān)電網(wǎng)，而不再需要 傳統(tǒng)并網(wǎng)所需的復(fù)雜、昂貴的調(diào)控設(shè)備。 在圖6所示的示例性的具體例子中，本實施例的控制裝置包括與殼體77—體形成 的蝸輪81和用來驅(qū)動蝸輪81的蝸桿82。雖然圖中沒有示出，本實用新型的控制裝置還包 括一個控制電路和驅(qū)動蝸桿82用的電機(jī)，控制電路能夠接收關(guān)于第一半軸71轉(zhuǎn)動情況和 發(fā)電機(jī)5的電力輸出情況的信號并據(jù)此控制電機(jī)的啟動和停止。例如，當(dāng)控制電路確認(rèn)發(fā) 電機(jī)的電力輸出與并網(wǎng)所要求的相位有一定差距時，啟動電機(jī)驅(qū)動蝸桿82轉(zhuǎn)動，帶動與蝸 輪81—體形成的殼體77轉(zhuǎn)動，從而消除發(fā)電機(jī)電力輸出與并網(wǎng)要求間的相位差。 這里所用電機(jī)例如但不限于步進(jìn)電機(jī)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實用新 型并不限于蝸輪蝸桿式的控制裝置，現(xiàn)有技術(shù)中公知的各種其他速度控制裝置也都可以用 來實現(xiàn)本實用新型的控制裝置。 本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以理解，本實用新型第三實施例可以同第一或者第二實施例 組合使用。例如，將第三實施例中的差速傳動裝置(作為第二差速傳動裝置)及其控制控 制置于圖1或圖3所示的限速裝置4和發(fā)電機(jī)5之間。 上面參照附圖對本實用新型進(jìn)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，并非是用來限制本實用新型的保 護(hù)范圍。本實用新型的保護(hù)范圍僅由權(quán)利要求限定。得益于本實用新型的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不超出本實用新型保護(hù)范圍的情況下可以根據(jù)具體情況對本實用新型做出各種 變型、修改或者替換，例如將行星齒輪架直接用來掛重物或者在其上面直接形成蝸輪，從而 省略掉殼體。
權(quán)利要求一種自然力發(fā)電設(shè)備，包括接受自然力的自然力輸入端和具有輸入軸的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述自然力發(fā)電設(shè)備還包括單向傳動裝置，所述單向傳動裝置具有輸入端和輸出端，所述單向傳動裝置的輸入端與所述自然力輸入端相連，用于接收來自所述自然力輸入端的動力；差速傳動裝置，所述差速傳動裝置具有第一工作端、第二工作端和第三工作端，所述第一工作端與所述單向傳動裝置的輸出端相連，用于接收來自所述自然力輸入端的動力，所述第二工作端與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，用于向所述發(fā)電機(jī)的輸入軸傳遞動力；儲能裝置，所述儲能裝置與所述差速傳動裝置的第三工作端相連，用于儲存來自所述差速傳動裝置的第一工作端的動力，并能夠?qū)⑺鶅Υ娴膭恿?jīng)第三工作端傳遞給所述差速傳動裝置的第二工作端；限速裝置，所述限速裝置位于所述發(fā)電機(jī)和所述差速傳動裝置之間，用于在所述發(fā)電機(jī)的輸入軸的轉(zhuǎn)速超過預(yù)定轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生阻止所述輸入軸轉(zhuǎn)速增加的制動力。
2. 如權(quán)利要求1所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述差速傳動裝置包括 第一半軸，所述第一半軸與所述單向傳動裝置的輸出端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；與所述第一半軸一體形成的第一錐形齒輪；第二半軸，所述第二半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第二 工作端；與所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第一錐 形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；支撐所述多個行星齒輪的行星齒輪架；殼體，與所述行星齒輪架一體形成，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第三工作端。
3. 如權(quán)利要求1所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述差速傳動裝置包括 第一半軸，所述第一半軸與所述單向傳動裝置的輸出端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；第一錐形齒輪；第二半軸，所述第二半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第二 工作端；與所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第一錐 形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；行星齒輪架，所述行星齒輪架支撐所述多個行星齒輪并與所述第一半軸一體形成； 殼體，所述殼體與所述第一錐形齒輪一體形成，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第三工作端。
4. 如權(quán)利要求2或者3所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述儲能裝置包括 長索，所述長索的一端固定在所述差速傳動裝置的殼體上；重物，所述重物固定在所述長索的另 一端。
5. 如權(quán)利要求1所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在所述發(fā)電機(jī)和所述限速裝置 之間還包括第二差速傳動裝置，所述第二差速傳動裝置包括 與所述差速傳動裝置的第二工作端相連的第一半軸， 與所述第二差速傳動裝置的所述第一半軸一體形成的第一錐形齒輪， 與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連的第二半軸，與所述第二差速傳動裝置的所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪， 多個行星齒輪，位于所述第二差速差動裝置的所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪 之間并同時與所述第二差速差動裝置的所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合， 支撐所述第二差速差動裝置的所述多個行星齒輪的行星齒輪架，以及 與所述第二差速差動裝置的所述行星齒輪架一體形成的殼體；控制裝置，與所述第二差速差動裝置的所述殼體相連，控制所述第二差速差動裝置的 所述殼體的轉(zhuǎn)動。
6. 如權(quán)利要求5所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置包括 與所述第二差速差動裝置的所述殼體一體形成的渦輪； 驅(qū)動所述渦輪的蝸桿；驅(qū)動所述蝸桿的電機(jī)； 控制所述電機(jī)的控制電路。
7. —種自然力發(fā)電設(shè)備，包括接受自然力的自然力輸入端和具有輸入軸的發(fā)電機(jī)，其 特征在于，所述自然力發(fā)電設(shè)備還包括差速傳動裝置，所述差速傳動裝置具有用作輸入端的第一工作端、用作輸出端的第二 工作端和用作另一個輸入端的第三工作端，所述第一工作端與自然力輸入端相連，用于接 收來自所述自然力輸入端的動力，所述第二工作端與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，用于向所 述發(fā)電機(jī)的輸入軸傳遞動力；以及控制裝置，所述控制裝置與所述差速傳動裝置的第三工作端相連，用于控制所述第三 工作端的輸入。
8. 如權(quán)利要求7所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述差速傳動裝置包括 第一半軸，所述第一半軸與所述自然力輸入端相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第一工作端；與所述第一半軸一體形成的第一錐形齒輪；第二半軸，所述第二半軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸相連，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第二 工作端；與所述第二半軸一體形成的第二錐形齒輪；多個行星齒輪，位于所述第一錐形齒輪和所述第二錐形齒輪之間并同時與所述第一錐 形齒輪和所述第二錐形齒輪嚙合；支撐所述多個行星齒輪的行星齒輪架；以及殼體，所述與所述行星齒輪架一體形成，構(gòu)成所述差速傳動裝置的第三工作端。
9. 如權(quán)利要求8所述的自然力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置包括 與所述殼體一體形成的渦輪；驅(qū)動所述渦輪的蝸桿； 驅(qū)動所述蝸桿的電機(jī)；以及控制所述電機(jī)的控制電路。
10. —種發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述的發(fā)電機(jī)組包括多個如權(quán)利要求1和/或權(quán)利要 求7所述的自然力發(fā)電設(shè)備。
專利摘要本實用新型公開了一種諸如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自然力發(fā)電設(shè)備以及由這種發(fā)電設(shè)備組成的發(fā)電機(jī)組，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)和低廉的成本實現(xiàn)電力持續(xù)穩(wěn)定的輸出。本實用新型的發(fā)電設(shè)備包括與自然力輸入端相連的單向傳動裝置、與單向傳動裝置相連的差速傳動裝置、與差速傳動裝置相連的儲能裝置以及位于差速傳動裝置和發(fā)電機(jī)之間的限速裝置。差速傳動裝置具有與單向傳動裝置相連的第一工作端、與發(fā)電機(jī)相連的第二工作端和與儲能裝置相連的第三工作端。
文檔編號F03B13/26GK201541175SQ200920179109
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
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