一种离合机构及包括该离合机构的风力发电设备

摘要

本发明公开了离合机构及包括该离合机构的风力发电设备。离合机构包括固定式外套筒及与固定式外套筒配合的活动式内套筒；固定式外套筒的内侧壁设有卡块，活动式内套筒的外侧壁设有与卡块配合的卡槽；活动式内套筒套接于固定式外套筒的筒体内，卡块卡持于卡槽内。风力发电设备包括：离合机构、风叶、旋转主轴、发电装置、离心式驱动机构；风叶安装于旋转主轴上，旋转主轴通过离合机构与发电装置连接；离心式驱动机构用于驱动离合机构，以使得离合机构与发电装置连接或分离。本发明的离合机构及包括该离合机构的风力发电设备，对离合机构进行优化设计，使得旋转主轴与发电装置进行顺畅的离合动作，防止严重的打齿事故，提高整个设备的运行寿命。

权利要求

1.一种风力发电设备，其特征在于，包括离合机构，所述离合机构包括固定式外套筒及与所述固定式外套筒配合的活动式内套筒；所述固定式外套筒的内侧壁设有卡块，所述活动式内套筒的外侧壁设有与所述卡块配合的卡槽；所述活动式内套筒套接于所述固定式外套筒的筒体内，所述卡块卡持于所述卡槽内；

还包括：风叶、旋转主轴、发电装置、离心式驱动机构；

所述风叶安装于所述旋转主轴上，所述旋转主轴通过所述离合机构与所述发电装置连接；

所述离心式驱动机构用于驱动所述离合机构，以使得所述离合机构与所述发电装置连接或分离；发电装置包括输入转轴及安装于输入转轴上的齿轮组，固定式外套筒设于齿轮组上；

活动式内套筒可沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴上；

离心式驱动机构包括：离心摆杆、轴向滑套、驱动连杆；离心摆杆的一端枢接于旋转主轴上，离心摆杆的另一端设有离心摆球；轴向滑套沿轴线方向滑动套接于旋转主轴上，轴向滑套与离心摆杆之间通过联动杆连接；

轴向滑套具有环形倾斜面，活动式内套筒具有环形凹槽，驱动连杆的中部枢接于保护壳体的内壁上，驱动连杆的一端压持于轴向滑套的环形倾斜面上，驱动连杆的另一端收容于活动式内套筒的环形凹槽内；

离心摆杆用于带动轴向滑套沿轴线方向滑动，进而通过驱动连杆带动活动式内套筒与固定式外套筒分离；离心摆球具有光滑的球面，离心摆球的球面与驱动连杆压持于环形倾斜面的一端接触或分离。

说明书

一种离合机构及包括该离合机构的风力发电设备

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种离合机构及包括该离合机构的风力发电设备。

背景技术

[0002] 风力发电作为清洁能源，越来越得到青睐。风力发电的原理是：通过自然风力带动风车叶片旋转，并通过增速器将旋转的速度提升来促使发电设备发电。简而言之，风力发电
是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。这个过程不需要燃料，也没有辐
射，对空气和环境没有产生污染，是一种清洁能源。

[0003] 在风力发电设备中，通常会设置一离合机构，当风力过大时，通过离合装置将旋转主轴与发电装置进行分离，防止发电装置的导电线圈由于过载而发生烧坏，从而起到保护
的作用。

[0004] 由于风力发电设备的旋转主轴基本上是一直处于旋转状态的，如何对离合机构进行优化设计，使得旋转主轴与发电装置进行顺畅的离合动作，防止严重的打齿事故，提高整
个设备的运行寿命，这是设计开发人员需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种离合机构及包括该离合机构的风力发电设备，对离合机构进行优化设计，使得旋转主轴与发电装置进行顺畅的离合
动作，防止严重的打齿事故，提高整个设备的运行寿命。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 一种离合机构，包括固定式外套筒及与所述固定式外套筒配合的活动式内套筒；

[0008] 所述固定式外套筒的内侧壁设有卡块，所述活动式内套筒的外侧壁设有与所述卡块配合的卡槽；

[0009] 所述活动式内套筒套接于所述固定式外套筒的筒体内，所述卡块卡持于所述卡槽内。

[0010] 在其中一个实施例中，

[0011] 所述固定式外套筒的内侧壁开设有容置槽，所述容置槽内设有复位弹簧，所述卡块与所述复位弹簧连接，所述卡块活动插接于所述容置槽中；

[0012] 所述卡块呈半圆柱块体结构，所述卡块的两个端面处分别形成上部半球面和下部半球面；

[0013] 所述卡槽呈半圆柱凹槽结构，所述卡槽的底部形成与所述下部半球面配合的脱离引导倾斜面，所述脱离引导倾斜面与所述下部半球面接触或分离；

[0014] 所述活动式内套筒的一端形成与所述上部半球面配合的套接引导倾斜面，所述套接引导倾斜面与所述上部半球面接触或分离。

[0015] 在其中一个实施例中，所述容置槽的数量为多个，多个所述容置槽以所述固定式外套筒的中心轴为中心呈环形阵列分布。

[0016] 在其中一个实施例中，所述卡块的数量为多个，多个所述卡块与多个所述容置槽一一对应。

[0017] 在其中一个实施例中，所述卡槽的数量为多个，多个所述卡槽以所述活动式内套筒的中心轴为中心呈环形阵列分布；多个所述卡槽与多个所述卡块一一对应。

[0018] 在其中一个实施例中，所述套接引导倾斜面以所述活动式内套筒的中心轴为中心环绕设置。

[0019] 一种风力发电设备，包括上述的离合机构，还包括：风叶、旋转主轴、发电装置、离心式驱动机构；

[0020] 所述风叶安装于所述旋转主轴上，所述旋转主轴通过所述离合机构与所述发电装置连接；

[0021] 所述离心式驱动机构用于驱动所述离合机构，以使得所述离合机构与所述发电装置连接或分离。

[0022] 本发明的一种离合机构及包括该离合机构的风力发电设备，对离合机构进行优化设计，使得旋转主轴与发电装置进行顺畅的离合动作，防止严重的打齿事故，提高整个设备
的运行寿命。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。

[0024] 图1为本发明一实施例的离合机构的示意图；

[0025] 图2为图1所示的离合机构的分解图；

[0026] 图3为图2所示的离合机构的固定式外套筒的示意图；

[0027] 图4为图3沿A‑A线的剖视图；

[0028] 图5为图4在A处的放大图；

[0029] 图6为图2所示的离合机构的活动式内套筒的示意图；

[0030] 图7为本发明一实施例的风力发电设备的示意图；

[0031] 图8为图7所示的风力发电设备的内部结构示意图。

具体实施方式

[0032] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文
所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更
加透彻全面。

[0033] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、
“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0034] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个
相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0035] 如图1所示，一种离合机构10，包括固定式外套筒100及与固定式外套筒100配合的活动式内套筒200。

[0036] 如图2所示，固定式外套筒100的内侧壁设有卡块110，活动式内套筒200的外侧壁设有与卡块110配合的卡槽210。

[0037] 活动式内套筒200套接于固定式外套筒100的筒体内，卡块110卡持于卡槽210内。

[0038] 活动式内套筒200可以活动地插接于固定式外套筒100的筒体内，当活动式内套筒200插接于固定式外套筒100的筒体内时，卡块110便可以卡持于卡槽210内，这样，活动式内
套筒200与固定式外套筒100便连接成一体，当活动式内套筒200在转动时，活动式内套筒
200便可以带动固定式外套筒100一起转动；当活动式内套筒200从固定式外套筒100的筒体
内抽出时，活动式内套筒200与固定式外套筒100之间发生分离，活动式内套筒200在转动时
便不能带动固定式外套筒100一起转动。

[0039] 下面，对固定式外套筒100和活动式内套筒200的具体结构进行说明：

[0040] 如图3、图4及图5所示，固定式外套筒100的内侧壁开设有容置槽120，容置槽120内设有复位弹簧130，卡块110与复位弹簧130连接，卡块110活动插接于容置槽120中。

[0041] 如图5所示，卡块110呈半圆柱块体结构，卡块110的两个端面处分别形成上部半球面111和下部半球面112。

[0042] 如图2及图6所示，卡槽210呈半圆柱凹槽结构，卡槽210的底部形成与下部半球面112配合的脱离引导倾斜面211，脱离引导倾斜面211与下部半球面112接触或分离。

[0043] 如图2及图6所示，活动式内套筒200的一端形成与上部半球面111配合的套接引导倾斜面220，套接引导倾斜面220与上部半球面111接触或分离。具体地，套接引导倾斜面220
以活动式内套筒200的中心轴为中心环绕设置。

[0044] 如图2所示，在本实施例中，容置槽120的数量为多个，多个容置槽120以固定式外套筒100的中心轴为中心呈环形阵列分布。卡块110的数量为多个，多个卡块110与多个容置
槽120一一对应。卡槽210的数量为多个，多个卡槽210以活动式内套筒200的中心轴为中心
呈环形阵列分布；多个卡槽210与多个卡块110一一对应。

[0045] 下面，对上述结构的离合机构10的工作原理进行说明：

[0046] 固定式外套筒100的中心轴与活动式内套筒200的中心轴在同一直线上，固定式外套筒100固定于一外部环境元件上，活动式内套筒200沿着中心轴线方向靠近或远离固定式
外套筒100，从而实现连接或分离，形成离合运动；

[0047] 活动式内套筒200沿着中心轴线方向靠近固定式外套筒100，活动式内套筒200与固定式外套筒100准备连接在一起，要特别说明的是，活动式内套筒200是一直处于旋转状
态的；

[0048] 在活动式内套筒200向固定式外套筒100靠近的过程中，活动式内套筒200上的套接引导倾斜面220会首先触碰到卡块110的上部半球面111，由于套接引导倾斜面220为倾斜
面结构，并且上部半球面111为圆滑面结构，这样，卡块110就会很顺畅地向着容置槽120内
部移动；

[0049] 在卡块110向着容置槽120内部移动的过程中，卡块110的上部半球面111会沿着套接引导倾斜面220而到达活动式内套筒200的光滑外侧壁上，由于活动式内套筒200在不断
旋转，在某一瞬间，整个卡块110会完全落入到卡槽210内部；

[0050] 由此可知，卡块110是通过上部半球面111与套接引导倾斜面220的配合而到达活动式内套筒200的光滑外侧壁上的，并在活动式内套筒200旋转的过程中而完全落入到卡槽
210内部，整个移动过程是非常顺畅的，防止固定式外套筒100与活动式内套筒200接触的瞬
间将卡块110打坏；

[0051] 在活动式内套筒200向固定式外套筒100远离的过程中，由于卡槽210的底部形成与下部半球面112配合的脱离引导倾斜面211，只要给活动式内套筒200施加一个轴线方向
的外力，卡块110就可以从卡槽210中顺畅脱离。

[0052] 如图7所示，本发明还公开了一种风力发电设备20，其上述的离合机构10，还包括：风叶300、旋转主轴400、发电装置500、离心式驱动机构600。

[0053] 风叶300安装于旋转主轴400上，旋转主轴400通过离合机构10与发电装置500连接。

[0054] 离心式驱动机构600用于驱动离合机构10，以使得离合机构10与发电装置500连接或分离。

[0055] 另外，风力发电设备20还包括保护壳体700(如图7所示)，离心式驱动机构600、离合机构10及发电装置500收容于保护壳体700内，以起到有效的保护作用。

[0056] 外界的风吹动风叶300，风叶300带动旋转主轴400，旋转主轴400促使发电装置500发电；在此，要说明的是，发电装置500采用现有技术获得；

[0057] 当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，风叶300带动旋转主轴400旋转的转速也会相应地加快，这时，离心式驱动机构600中的部件会产生离心运动并向外扩张，离
心运动促使离合机构10与发电装置500发生分离，这样发电装置500不再发电，发电装置500
中的导电线圈则得到了有效的保护；

[0058] 当外界的风力小于某一设定的临界值时，风叶300带动旋转主轴400旋转的转速也会相应地减慢，这时，离心式驱动机构600中的部件会相应地向内收缩，离合机构10会与发
电装置500再次接触，于是，发电装置500重新开始发电。

[0059] 下面，对上述风力发电设备20的具体结构进行说明：

[0060] 如图8所示，发电装置500包括输入转轴510及安装于输入转轴510上的齿轮组520，固定式外套筒100设于齿轮组520上。

[0061] 如图8所示，活动式内套筒200可沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴400上。可以理解，活动式内套筒200沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴400上，一方面，旋转主轴400
可以带动活动式内套筒200做旋转运动，另一方面，活动式内套筒200可以沿着轴线方向往
复滑动于旋转主轴400上。

[0062] 如图8所示，离心式驱动机构600包括：离心摆杆610、轴向滑套620、驱动连杆630。离心摆杆610的一端枢接于旋转主轴400上，离心摆杆610的另一端设有离心摆球640。轴向
滑套620沿轴线方向滑动套接于旋转主轴400上，轴向滑套620与离心摆杆610之间通过联动
杆650连接。

[0063] 如图8所示，轴向滑套620具有环形倾斜面621，活动式内套筒200具有环形凹槽201，驱动连杆630的中部枢接于保护壳体700的内壁上，驱动连杆630的一端压持于轴向滑
套620的环形倾斜面621上，驱动连杆630的另一端收容于活动式内套筒200的环形凹槽201
内。

[0064] 离心摆杆610用于带动轴向滑套620沿轴线方向滑动，进而通过驱动连杆630带动活动式内套筒200与固定式外套筒100分离。

[0065] 如图8所示，离合机构10还包括复位弹性件402，复位弹性件402用于为活动式内套筒200提供弹性回复力，以使得活动式内套筒200与固定式外套筒100连接。在本实施例中，
复位弹性件402为圆柱弹簧，圆柱弹簧套接于旋转主轴400上；旋转主轴400上设有撑挡环
401，圆柱弹簧的一端压持于撑挡环401上，圆柱弹簧的另一端压持于活动式内套筒200上。

[0066] 下面，对上述结构的风力发电设备20的工作原理进行具体说明：

[0067] 在正常的状态下，活动式内套筒200与固定式外套筒100是连接在一起的，这样，风叶300带动旋转主轴400旋转，旋转主轴400进而带动活动式内套筒200做旋转运动，活动式
内套筒200再通过固定式外套筒100带动齿轮组520做齿轮传送运动，齿轮组520又会带动输
入转轴510旋转，于是，发电装置500便可以实现正常发电；

[0068] 当外界的风力过大并到达某一设定的临界值时，风叶300带动旋转主轴400旋转的转速也会相应地加快，离心摆球640受到离心力的作用会带动离心摆杆610向外扩散式摆
动，离心摆杆610会通过联动杆650拉动轴向滑套620沿轴线方向一侧移动，轴向滑套620利
用其环形倾斜面621带动驱动连杆630转动，驱动连杆630的另一端通过环形凹槽201拉动活
动式内套筒200沿轴线方向一侧移动，于是，活动式内套筒200会与固定式外套筒100发生分
离，活动式内套筒200不再带动固定式外套筒100旋转，间接地，发电装置500不再进行发电，
发电装置500中的导电线圈则得到了有效的保护；

[0069] 当外界的风力小于某一设定的临界值时，风叶300带动旋转主轴400旋转的转速也会相应地减慢，离心摆球640受到的离心力会相应减小，离心摆球640会带动离心摆杆610向
内收缩，离心摆杆610会通过联动杆650拉动轴向滑套620沿轴线反方向移动，轴向滑套620
的环形倾斜面621不再给驱动连杆630一个强大的抵持力，驱动连杆630的另一端也就不再
通过环形凹槽201给活动式内套筒200一个强大的拉力，此时，复位弹性件402会带动活动式
内套筒200沿轴线反方向移动，反方向移动的活动式内套筒200会与固定式外套筒100再次
接触在一起，于是，发电装置500会进行正常发电。

[0070] 轴向滑套620沿轴线方向滑动套接于旋转主轴400上，当旋转主轴400转动时，旋转主轴400会带动轴向滑套620一起旋转，为此，特别在轴向滑套620设置了一个环形倾斜面
621，一方面，轴向滑套620在旋转过程中就不会带动与之接触的驱动连杆630一起旋转，解
决了部件之间顺畅配合的问题，另一方面，轴向滑套620在沿轴向移动的过程中，环形倾斜
面621会促使驱动连杆630自身发生摆动，进而带动活动式内套筒200沿轴向往复移动；

[0071] 活动式内套筒200沿轴线方向滑动地键连接于旋转主轴400上，当旋转主轴400转动时，旋转主轴400会带动活动式内套筒200一起旋转，为此，特别在活动式内套筒200设置
了一个环形凹槽201，一方面，活动式内套筒200在旋转过程中就不会带动与之接触的驱动
连杆630一起旋转，解决了部件之间顺畅配合的问题，另一方面，由于驱动连杆630的另一端
收容于活动式内套筒200的环形凹槽201内，驱动连杆630可以非常稳定地带动活动式内套
筒200沿轴向往复移动。

[0072] 特别地，在本发明中，离心摆球640为空心球体结构，离心摆球640的表面开设有一注水口，注水口处设有密封胶塞。这样，可以通过注水口往离心摆球640内部进行注水，当注
入的水达到所要求的量后，停止注水，并利用密封胶塞将注水口封堵住。可知，当离心摆球
640注入的水量不同，整个离心摆球640的重量也就不同，在旋转主轴400相同转速的情况
下，离心摆杆610的摆幅大小是不一样的，通过这样的方式，可以对临界值大小进行适应性
调节，只有外界的风力到达某一所需的值时，离心式驱动机构600才会驱动离合机构10，进
而控制发电装置500的启停。另外，通过注水的方式来调节整个离心摆球640的重量，也是非
常方便的，不需要对离心摆球640进行拆卸式更换。当然，也可以通过注水口将离心摆球640
内的水引流出来。

[0073] 在此，还要特别说明的是，离心摆球640具有光滑的球面，离心摆球640的球面与驱动连杆630压持于环形倾斜面621的一端接触或分离。当外界的风力过大并到达某一设定的
临界值时，离心摆球640受到离心力的作用会带动离心摆杆610向外扩散式摆动，这时，离心
摆球640的球面与驱动连杆630的一端分离。当外界的风力小于某一设定的临界值时，离心
摆球640受到的离心力会相应减小，离心摆球640会带动离心摆杆610向内收缩，这时，离心
摆球640的球面会撞击在驱动连杆630的一端，驱动连杆630的一端受到离心摆球640的撞击
后，驱动连杆630自身会发生反向转动，于是，驱动连杆630的另一端会通过环形凹槽201推
动活动式内套筒200沿轴线反向移动，活动式内套筒200同时受到复位弹性件402的弹性回
复力和驱动连杆630所提供的推力作用，使得活动式内套筒200可以更加可靠地移动并与固
定式外套筒100接触在一起。

[0074] 由于离心摆球640是跟随旋转主轴400一起不断旋转的，在离心摆球640往加收缩并旋转的过程中，光滑的球面会撞击在驱动连杆630的一端，从而促使驱动连杆630自身发
生转动，进而推动活动式内套筒200移动。可以理解，驱动连杆630的一端是压持在轴向滑套
620的环形倾斜面621上的，当轴向滑套620沿轴线反方向移动时，驱动连杆630的一端很容
易与环形倾斜面621发生分离，驱动连杆630也就不容易发生转动，而通过离心摆球640来撞
击驱动连杆630的一端，则可以使得驱动连杆630更顺畅地发生转动。

[0075] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。