一種海浪能風能自動補償發電系統的製作方法

2023-05-05 16:05:54

本發明涉及風力發電及海浪發電領域，具體涉及一種風力發電和海浪發電綜合高效的自動補償發電系統。

背景技術：

水平軸風力機是傳統機型，技術相對成熟，生產批量大，己經成為當今風力機的主流機型。但由於其啟動風速高；葉片受到周期性交變載荷，易疲勞，迴轉半徑受限制；抗風能力差等先天性不足，抑制了其進一步的開發。

於是目前人們把目光逐漸移向了啟動風速低，氣動噪音小，無需對風，受風性能更好的垂直軸風力機。達裡厄風力機在低風速下運轉困難，要在較高的風力下，風輪轉速達到葉尖速比3.5為以上才可能正常運轉，在尖速比為可獲較高的功率輸出。但是它不能單靠風力自起動，必須依靠外力起動使葉尖速比達到以上時才能依靠升力運轉。而海面上是風機運轉的優質場所，並且海浪能也是巨大的能量庫。

目前阻礙垂直軸風力發電機大範圍推廣的一個重要問題就是如何有效的降低其啟動風速。現有降低垂直軸風力發電機啟動風速的措施，也是最直接最有效的措施就是通過外力提供外部扭矩，通常是在風機內部附加一個機械裝置，由電力驅動，但是這種方式會造成風機本身所儲存電能的消耗，降低發電的效率。特別的，這種方式在海上會使成本大大增加，收入與產出不成正比。在考慮到風機在海上發電的同時，其處在一個海浪能豐富的環境，而目前對於海浪能的利用也處在探索階段，通常利用形式有氣壓，液壓，機械，直驅等。故考慮綜合利用風能與海浪能，同時解決垂直軸風力發電機的啟動風速問題。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：本發明的目的在於，1：設計通過利用海浪能來解決垂直軸風力發電機的啟動風速高的問題，提高風能利用率。2：在解決上述問題的基礎上，設計一種全新海浪能風能自動補償發電系統。

本發明的技術方案是：一種海浪能風能自動補償發電系統，在垂直軸風機底部連杆上裝有風速測定儀2和能量轉換模塊盒3，所述能量轉換模塊盒3內設有浮筒、stm32單片機、超越離合器4、雙聯齒輪、步進電機、交流發電機7和齒輪傳動系統，能量轉換模塊盒3底部未全封閉，浮筒能夠接觸海面；齒輪傳動系統包括第一齒輪11、第二齒輪12、第三齒輪9、第四齒輪10、第五齒輪5和第六齒輪16；第一齒輪11與交流發電機7連接，第六齒輪16與超越離合器4連接，第四齒輪10和第五齒輪5同軸，第二齒輪12、第三齒輪9和浮筒上的傳動盤8同軸；浮筒與第二齒輪12和第三齒輪9的齒輪軸6連接；風速測定儀2測定外部風速信息，並傳遞給能量轉換模塊盒3；風速測定儀2測定風速後，將信息傳入能量轉換模塊盒3中的stm32嵌入式信息處理系統，對工作模式進行選擇。

本發明的進一步技術方案是：當風速到達垂直軸風機自啟動風速時，浮筒在海面波動的影響下上下浮動，齒輪軸6上的齒輪在浮筒帶動下沿軸線轉動，同時齒輪軸6在步進電機和雙聯齒輪的作用下軸向移動，使得第二齒輪12與第一齒輪11嚙合，第一齒輪11轉動，從而使交流發電機7發電並儲能。

本發明的進一步技術方案是：當風速到達垂直軸風機可利用風速但未達到啟動風速時，齒輪軸6在外部步進電機和雙聯齒輪的作用下軸向移動，使得第三齒輪9與第四齒輪10嚙合，第五齒輪5與第六齒輪16嚙合；外部步進電機帶動第三齒輪9轉動，從而依次帶動第四齒輪10、第五齒輪5、第六齒輪16轉動，使超越離合器4工作，為垂直軸風機提供外部扭矩；此時浮筒的傳動盤8、第二齒輪12和第一齒輪11不相互接觸；

本發明的進一步技術方案是：當風速未達到垂直軸風機可利用風速時，步進電機控制齒輪軸6軸向移動，使第二齒輪12與第一齒輪11嚙合，步進電機使第二齒輪12轉動，從而第一齒輪11轉動，最終帶動交流發電機7發電並儲能。

本發明的進一步技術方案是：所述浮筒組件包括浮筒15、連杆14和傳動盤8，其中傳動盤8和第二齒輪12、第三齒輪9同軸，連杆一端與浮筒15連接，另一端和傳動盤連接。

發明效果

本發明的技術效果在於：1.系統設計的通過超越離合器將海浪能轉化系統與垂直軸風力發電機結合，大大降低了垂直軸風力發電機的啟動風速，提高了風機的風力利用範圍。2.設計海浪能轉化裝置安裝在風機底座，實現整個系統對海浪能與風能高效利用。整個系統，單位發電效率遠遠高於普通發電裝置。

附圖說明

圖1為外部整體圖

圖2為浮筒示意圖

圖3為齒輪傳動系統示意圖

圖4為系統工作流程圖

附圖標記說明：1-傳統發電裝置；2-風速測定儀；3-能量轉換模塊盒；4-超越離合器；5-第五齒輪；6-齒輪軸；7-交流發電機和儲存裝置；8-傳動盤；9-第三齒輪；10-第四齒輪；11-第一齒輪；12-第二齒輪；14-連杆；15-浮筒；16-第六齒輪

具體實施方式

本發明的目的在於，1：設計通過利用海浪能來解決垂直軸風力發電機的啟動風速高的問題，提高風能利用率。2：在解決上述問題的基礎上，設計一種全新海浪能風能自動補償發電系統。

為了實現上述目的1，本發明採用如下技術方案：

設計三個部分，①海面浮筒，②齒輪系，③超越離合器。具體方案：浮筒在風機底座上固定，使其只能在軸向上下浮動，通過連杆將浮筒上下浮動轉化為傳動盤的轉動，從而給齒輪系統提供扭矩。在連杆上方設置機械齒輪系統用於發電和給垂直軸風力發電機提供啟動力矩。

為了實現上述目的2，本發明採用如下技術方案：

設計兩個部分，④風速測定儀及控制部分，⑤步進電機，滑移雙聯齒輪及發電機部分。具體方案：在2處設置風速測定儀；以stm32單片機為核心，設計一嵌入式控制系統，實時接收風力數據；最終，stm32嵌入式信息處理系統控制步進電機，步進電機控制滑移雙聯齒輪，從而使風機實現不同的工作狀態，實現風能海浪能的補償高效利用。

本發明包括海浪能發電部分，齒輪傳動部分，風機發電部分還有控制部分。

圖1所示為垂直軸風機外部整體示意圖，1為傳統的垂直軸風力發電機的發電裝置，其中包括葉片，發電機與電池；2為風速測定儀用以採集風速信息；3中包含stm32嵌入式信息處理系統，齒輪傳動系統以及海浪能發電系統。

圖2所示結構為海浪能發電部分，由浮筒將海浪能上下浮動的能量轉化為齒輪轉動的能量。其中部件包括浮筒，連杆和傳動盤。

圖3所示為齒輪傳動部分示意圖，4為超越離合器部分，超越離合器連接部分1的垂直軸風機發電系統與齒輪傳動裝置；5為一組傳動齒輪；6為齒輪軸，齒輪軸與滑移雙聯齒輪連接，滑移雙聯齒輪與步進電機連接，可以使齒輪軸6實現左右移動；7為交流發電機與電量儲存裝置；8為傳動盤，與海浪能發電部分連接。

圖4所示為系統整體工作流程示意圖。

首先，風速測定儀採集風速信息，傳遞到stm32嵌入式信息處理系統，而後決定工作模式。

①風速在4米以上，到達垂直軸風機自啟動風速。stm32嵌入式信息處理系統接受處理風速測定儀採集的信息，控制步進電機工作，步進電機控制雙聯齒輪滑移，雙聯齒輪帶動齒輪軸6移動使齒輪12與齒輪11嚙合，帶動7中的交流發電機工作。齒輪9與齒輪10不嚙合，1中垂直軸風力發電機單獨工作。

②風速在3-4米，達到垂直軸風機可利用風速，而未達到風機自啟動風速。stm32嵌入式信息處理系統接受處理風速測定儀採集的信息，控制步進電機工作，步進電機控制雙聯齒輪滑移，雙聯齒輪帶動齒輪軸6移動使齒輪9與齒輪10嚙合，從而使傳動齒輪5帶動超越離合器4工作，為垂直軸風機提供外部扭矩。

③風機低於3米時，未達到垂直軸風機可利用風速。stm32嵌入式信息處理系統接受處理風速測定儀採集的信息，控制步進電機工作，步進電機控制雙聯齒輪滑移，雙聯齒輪帶動齒輪軸6移動使齒輪12與齒輪11嚙合，帶動7中的交流發電機工作。