[发明专利]适用于自然风能和太阳能热气流风能互补风力发电系统的齿轮箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱，尤其是一种适用于自然风能和太阳能热气流风能互补风力发电系统的齿轮箱。

背景技术

随着各国对能源的需求日益增大，人们正在大力发展可再生的清洁能源，如风能。然而，传统的风力发电装置都是依靠自然风运作的，因此，这种风力发电装置必须建设在风力资源丰富的地方，对风场选址要求较高；此外，自然风的风力时强时弱，常常是在阴雨天气时伴随有强风，而在天气晴好的时候风力较弱，有时甚至会停止。这种风力的间歇性使得发电机的输出波动很大，严重影响了发电机的暂态稳定、系统频率控制和负荷潮流，同时，其发电效率及设备的利用率也不高，造成了资源浪费。为此，在专利(200810062186.8)中提出在利用自然风力发电的同时，利用太阳能产生热气流驱动风力发电机发电。现有风力发电机系统中发电机与风叶之间采用直驱连接或通过现有的齿轮箱连接，都无法实现自然风和热气流同时驱动发电机发电。另外，虽然在专利(200810062187.2)提出一种适用于自然风和太阳能热气流同时驱动发电机发电的齿轮箱，该实现旋转运动叠加的从动齿轮，分别采用单向齿轮，且同轴同向固连。当只有一轴上有旋转运动时，另一传动的从动轮一直在空转，增加了齿轮机构的磨损，降低了齿轮箱的寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种适用于自然风能和太阳能热气流风能互补风力发电系统的齿轮箱，不仅能够单独将自然风能和热气流风能分别通过齿轮箱驱动发电机发电，而且当同时具有风能和热气流风能时，还可将自然风能和热气流风能在齿轮箱内部实现了能量和运动的叠加合成，经齿轮箱输出轴输出驱动发电机发电。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于自然风能和太阳能热气流风能互补风力发电系统的齿轮箱，包括如下步骤：

1)该齿轮箱有两个输入轴和一个输出轴。齿轮箱内部通过差动轮系实现由两输入轴输入的两个旋转运动的合成。差动轮系的三个构件分别为与一输入轴相连接行星架以及三个沿圆周对称设置的行星轮、太阳轮和同时具有内齿圈和外部锥齿轮的大齿轮。该大齿轮的外部锥齿轮和另一锥齿轮垂直啮合，该锥齿轮与另一输入轴连接。

2)两个输入轴分别安装有单向轴承、逆止器或超越离合器。若一输入轴的转速为零，另一输入轴的转速不为零，由于齿轮箱输出轴和发电机连接，输出轴上有负载。为防止转速不为零的输入运动经过差动轮系从转速为零的输入轴反向上输出，而不去驱动输出轴，在每个输入轴上安装有单向轴承、逆止器或超越离合器防止转速为零的输入轴反向旋转。

3)自然风能驱动风力发电机叶片的旋转运动通过齿轮箱一输入轴进入齿轮箱，经差动轮系输出驱动发电机发电。

4)热气流的风能驱动涡轮的旋转运动通过齿轮箱另一输入轴进入齿轮箱，经差动轮系输出驱动发电机发电。

5)当自然风能驱动叶片的旋转运动和热气流风能驱动涡轮的旋转运动分别同时经齿轮箱的两输入轴进入齿轮箱时，通过在齿轮箱内部的差动轮系实现两个旋转运动的合成，经齿轮箱的输出轴输出，驱动发电机发电。

6)对于小型风力发电机的齿轮箱，与差动轮系中的太阳轮连接的输出轴直接驱动发电机发电；对于中、大型风力发电机的齿轮箱，可在差动轮系后增加一级增速齿轮传动或两级增速齿轮传动。

上述技术方案中，当齿轮箱的两输入轴仅一轴上有旋转运动，另一轴静止时，由于齿轮箱输出轴上有负载，一轴上的旋转运动经差动轮系会直接从另一输入轴上反向输出，而不通过齿轮箱输出轴输出。为此在两输入轴上均安装有单向轴承、逆止器或超越离合器，避免另一输入轴反向旋转。这样一轴上的旋转运动通过差动轮系和齿轮箱输出轴输出，驱动发电机发电。当自然风能驱动风力发电机叶片的旋转运动和太阳能热气流的风能驱动涡轮的旋转运动同时分别通过齿轮箱的两输入轴进入齿轮箱时，经过齿轮箱内部的差动轮系实现两个旋转运动的合成和能量的叠加。

上述技术方案中，所述步骤3中的与太阳能热气流的风能驱动的涡轮连接的输入轴安装有单向轴承、逆止器或超越离合器。若与太阳能热气流的风能驱动的涡轮连接的输入轴的转速为零，与风力发电机叶片连接的输入轴的转速不为零，由于齿轮箱输出轴和发电机连接，输出轴上有负荷。为防止自然风能驱动的涡轮旋转运动经过差动轮系从与太阳能热气流的风能驱动的涡轮连接的输入轴反向上输出，在与太阳能热气流风能驱动的涡轮的连接输入轴上安装有单向轴承、逆止器或超越离合器，防止转速为零的输入轴反向旋转。