風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置的製作方法

2023-05-20 19:41:51 2

專利名稱：風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型 涉及一種機械運動中的飛輪裝置，尤其是一種風力發電機豎直軸風 輪上使用的能使風葉保持恆速轉動的儲能裝置，具體地說是一種風力發電機用轉動慣量自 適應式飛輪裝置。
背景技術：
眾所周知，風能是一種取之不竭，用之不盡的可再生綠色能源，和太陽能一樣，是 最具實用開發的清潔能源。風力發電技術是我國大力鼓勵和扶持的新能源技術之一，對於 改善我國經濟發展過程中不合理的能源結構，降低化石能源的使用比重，從而減少碳排放， 保護地球家園具有深遠的意義。而風力發電技術中傳統的垂直軸風輪(自身已具有一定的 轉動慣量)，一般都沒有飛輪裝置，或者加裝飛輪後又增加了風輪整體的轉動慣量，增大了 小風力啟動的困難，這困擾了很多相關的生產企業。傳統飛輪是一個延固定軸旋轉的輪子 或圓盤，在旋轉運動用於存儲旋轉動能的一種機械裝置。飛輪傾向於抵抗轉速的改變，當 動力源對旋轉軸作用有一個變動的力矩或是應用在間歇性負載時，飛輪可以減小轉速的波 動，使旋轉運動更加平順。飛輪作為儲能設備來說，轉動慣量越大，儲能越多，但同時所需的 啟動力矩也要求更大。因此增大轉動慣量保持速度的均恆性與起動困難是一對矛盾體，要 獲得大的轉動慣量就必然會導致起動力矩增加，造成起動困難，而起動方便必須會導致轉 動慣量無法得到保障，故很有必要對現有的風輪技術加以改進。
發明內容本實用新型的目的是針對現有的風力發電技術中垂直軸風輪加裝飛輪後轉動慣 量無法調節導致小風力下啟動困難的問題，設計一種能自動調節轉動慣量，起動時轉動慣 量很小，而高速時轉動慣量能自動調整至最佳值的風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置。本實用新型的技術方案是一種風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是它包括輪轂1和輪圈 2，輪轂1安裝在風輪軸上，輪轂1和輪圈2之間均布有至少兩根輻條3，輻條3的一端與輪 轂1相連，另一端與輪圈2相連，在輻條3上安裝有能沿輻條3滑動的滑塊4以及將滑塊4 推向輪轂1的復位彈簧5。所述的滑塊4上安裝設有固定配重塊的固定裝置。所述的輻條3的數量為三個、四個、五個或六個。所述的輻條3整體呈導軌結構，滑塊4套裝在所述的輻條3上。所述的在所述的 輻條3上安裝有導軌，滑塊4安裝在所述的導軌上並與復位彈簧的一端相抵。本實用新型的有益效果本實用新型克服了傳統飛輪的不足，通過自動改變飛輪的轉動慣量來達到小力矩 啟動風輪，當風力增大，風輪高速運行時，又自動增大飛輪的轉動慣量來儲存更多能量的目的，大大提高了風能的利用效率。同時對於減小風輪轉速的波動，效果將更好，發電機產出 的電力將更穩定，更利於後續的開發和利用。 傳統飛輪一旦製造出來，轉動慣量就是固定的，質量越大，轉動慣量就越大。但轉 動慣量越大，意味著啟動時就需要更大的外加力矩，這又不利於風輪的小風力啟動。本實用 新型的飛輪裝置的轉動慣量是不斷變化的，同樣的質量，可以通過改變重心分布的邊緣化 來達到增加轉動慣量，增強儲能效果的目的。由於本實用新型的飛輪裝置高轉速運行時各塊體是對稱、等重、等距分離，運行過 程中將不會因為重心分布不均而產生震動和噪音等。此外，本實用新型還可根據動平衡原 理進行配重，確保轉動平穩。本實用新型的飛輪裝置各塊體可全部置於一堅固的殼體內，高速運行時不會有塊 體飛出等不安全現象出現。本實用新型的轉動慣量能根據轉速的大小實現自適應調節，且結構簡單，制 造方便，運行平穩，安全可靠，有利於提高發電機電力輸出的平穩性，減少穩壓裝置的負荷。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是圖1的左視圖。圖3表面本實用新型的飛輪裝置處於靜止狀態時飛輪重心在軸心處，轉動慣量最 小。圖4表面本實用新型的飛輪重心位於邊緣處時轉動慣量最大。圖中1_輪轂，2-輪圈，3-輻條，4-滑塊，5-復位彈簧，6-殼體。A-靜止或低速運 行狀態滑塊位置示意圖，B-高速運行狀態時滑塊位置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1、2所示。一種風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，它包括一個堅固的殼體6(外形如 圖2所示，具體實施時殼體6還可與輪圈2為一整體結構)及安裝在殼體6中的輪轂1和輪 圈2，輪轂1安裝在風輪軸上，輪轂1和輪圈2之間均布有至少兩根(具體實施時還可根據需 要選擇三、四、五、六或以根)輻條3，輻條3的一端與輪轂1相連，另一端與輪圈2相連，輪 轂2與輻條3通過均布的輻條3連接成一個整體結構，在輻條3上安裝有能沿輻條3滑動 的滑塊4以及將滑塊4推向輪轂1的復位彈簧5，一般來說，復位彈簧5的一端與滑塊4相 抵或相連，另一端抵或固定在輪圈2的內壁或輻條3上的臺階面上，如圖1所示。為了使飛 輪保持平衡，具體實施時還可為滑塊4加裝配重塊，配重塊可通過螺紋、燕尾槽等固定結構 形式與滑塊相連。具體實施時，輻條3可整體呈導軌結構，此時，只需將滑塊4套裝在所述的輻條3 上。具體實施時，輻條3可與輪轂1、輪圈1同時成形，而在所述的輻條3上再安裝導 軌，滑塊4安裝在所述的導軌上並與復位彈簧的一端相抵。[0025]具體實施時，滑塊4的形狀可為方形、柱形、球形、球檯形或錐臺形等結構。當風輪不轉或低轉速 時，在彈簧的作用下，各塊體集中於轉動軸心處，飛輪呈一整 體，重心也位於軸心處，此時飛輪的轉動慣量小，基本不影響風輪的小風力啟動。當風力變 大，轉速加快時，各塊體在離心力的作用下向飛輪體的邊緣劃移，重心移向邊緣，此時飛輪 的轉動慣量變大，風輪旋轉動能的一部分將儲存於各塊體，以各塊體的動能形式儲存起來。 由於各塊體遠離軸心，因而在角速度相同的情況下，其線速度比在軸心位置時大，意味著飛 輪儲存能量的能力加大。反之，風力變小，飛輪各塊體的動能將釋放，在慣性作用下推動風 輪繼續轉動，即阻止風輪的轉速快速下降的趨勢。當風力繼續減小或消失，飛輪各塊體釋放 完動能時，風輪轉速將降低直至停止，飛輪各塊體在復位彈簧的作用下，又恢復到原軸心位 置。當飛輪靜止或低轉速時(狀態A)，飛輪的中心集中於軸心附近，此時轉動慣量小 (圖3所示)，儲存能量的能力小，也就是說易於小力矩啟動。當飛輪高速旋轉時，各塊體在 離心力的作用下自動向飛輪邊緣滑移，此時重心分布到飛輪的邊緣，飛輪的轉動慣量增大， 如圖4所示，儲存能量的能力加強。本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求1.一種風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是它包括輪轂(1)和輪圈 (2)，輪轂(1)安裝在風輪軸上，輪轂(1)和輪圈(2)之間均布有至少兩根輻條(3)，輻條(3) 的一端與輪轂(1)相連，另一端與輪圈(2)相連，在輻條(3)上安裝有能沿輻條(3)滑動的 滑塊(4 )以及將滑塊(4 )推向輪轂(1)的復位彈簧(5 )。
2.根據權利要求1所述的風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是所述的 滑塊(4)上安裝設有固定配重塊的固定裝置。
3.根據權利要求1所述的風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是所述的 輻條(3)的數量為三個、四個、五個或六個。
4.根據權利要求1所述的風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是所述的 輻條(3)整體呈導軌結構，滑塊(4)套裝在所述的輻條(3)上。
5.根據權利要求1所述的風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是所述的 在所述的輻條(3)上安裝有導軌，滑塊(4)安裝在所述的導軌上並與復位彈簧的一端相抵。
專利摘要一種風力發電機用轉動慣量自適應式飛輪裝置，其特徵是它包括輪轂(1)和輪圈(2)，輪轂(1)安裝在風輪軸上，輪轂(1)和輪圈(2)之間均布有至少兩根輻條(3)，輻條(3)的一端與輪轂(1)相連，另一端與輪圈(2)相連，在輻條(3)上安裝有能沿輻條(3)滑動的滑塊(4)以及將滑塊(4)推向輪轂(1)的復位彈簧(5)。本實用新型的轉動慣量能根據轉速的大小實現自適應調節，且結構簡單，製造方便，運行平穩，安全可靠，有利於提高發電機電力輸出的平穩性，減少穩壓裝置的負荷。
文檔編號F03D9/02GK201865853SQ20102063205
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者葛付平 申請人:葛付平