水平轴式风力机、风力机组及曳引传递系统的制作方法

本发明涉及一种水平轴式风力机、一种包括所述水平轴式风力机的风力机组以及一种用于所述水平轴式风力机的曳引传递系统。

背景技术：

人类对于能源日益增长的需求和生态环境日渐恶化的趋势之间的矛盾，使得如何实现能源的可持续利用和开发成为全世界都在关注的问题。对中国而言，改变中国以煤为主的能源结构和高污染高能耗的产业结构，是中国国内治理环境和应对全球气候变化的迫切要求。

风能作为优良的清洁能源，受到了世界各国的重视。目前使用的风力发电机通常包括风轮、机械传动系统(如增速器等)和发电机等。风轮在风力的作用下旋转，所获得的动能经机械传动系统传递给发电机，由发电机将动能转换为电能。机械传动系统和发电机被封装在一个机舱中，然后通过转动支承装置安装在塔架顶部，构成了风力发电机的机头。机头，特别是大中型风力发电机的机头，其重量非常大，可以达到数十吨到几百吨。因此，对转动支承装置的要求极高，造成了转动支承装置的制造成本高昂。沉重的机头需要专门的机械测风和对风装置，进一步增加了机头的体积、重量和结构复杂性。机头的重量和体积给运输和安装也带来了诸多的困难。

另一方面，由于发电机安装在随风摆转的机舱中，用于向外输送电力的电缆可能会发生扭绞的现象，所以风力发电机还需要安装相应的解缆和扭缆保护装置。可见，目前的风力发电机结构复杂，在制造、运输、安装、维护等方面的成本非常大，成为阻碍风能广泛利用的因素之一。

另外，与传统的火力发电、水力发电、核能发电相比，风力发电因风量不稳定，具有间歇性发电的问题。而且流动的风不能像煤炭、水、核燃料那样预先储存，因此风力发电经常与电网的用电量不相匹配，例如白天用电高峰时但风力弱、发电量少，夜晚用电低谷时但风力强、发电量多，给电网调度带来额外的困难。当前的解决方式之一是将风力发电与火力发电等相结合，互相补足，但是却对火力发电造成额外的负担。目前另一先进的解决方式在于，将风电与CAES(Compressed Air Energy Storage，压缩空气蓄能)技术相结合，将风力发电机通过电缆传输下来的电能转换为压缩空气能储存起来，然后在需要时将压缩空气能转化为电能，供给电网，但是其效率相对很低。

在图1中示出了现有技术中一种较为先进的风力发电机的流程图。风力发电机利用风力带动风轮叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，发电机所发出的电经过整流逆变后输送给电动机，然后利用CAES技术将风力发电机所产生的电能储存为压缩空气能，在需要时压缩空气驱动涡轮机转动，带动发电机发电，将压缩空气能转换为电能，上传至电网。但是，这种风力发电机的效率很低，即使在最佳状况下，从发电机至AC/DC/AC环节的效率约为85％，AC/DC/AC至电动机环节的效率约为89％，从电动机至CAEC环节的效率约为85％，仅这几个环节损失就高达37％。

在此背景下，本发明的发明人陆续在专利文献CN202165226U、CN102734077A、CN102619699A等中提出了一种与上述传统风力发电机研究思路完全不同的风力机。通过上述专利文献中提出的技术方案，可以将发电机从机舱移置到地面附近，从而达到简化机头结构、减轻机头重量以及降低风力发电机运输、吊装成本的目的。但是在近几年的不断研究中发现，这些专利文献中提出的技术方案存在很大的缺陷，事实证明很难实施。

专利文献CN202165226U公开了一种用于风力机的机头和包括该机头的风力机。在其中，通过多个齿轮系和差速器以及缆索将风轮的机械能向下传递。但是其所公开的装置需要控制装置。

专利文献CN102734077A公开了一种风力发电机。在这种风力发电机中，风轮的机械能借助于由安装在机头内的曲轴、安装在塔身内活塞、曲轴与活塞之间的活塞杆构成的动力传递系统传递至塔身的一个部位处输出。但是其动力传递系统存在着很大的缺陷。一方面，因风力不稳定，时大时小，如果要保证曲轴在风力小时能够顺利地转过上死点位置(此位置势能最大、动能最小)，需要给曲轴安装惯性轮，但是在该系统中没有可以安装惯性轮的空间。另一方面，曲轴带动活塞运动时，整个系统没有缓冲，活塞向下的冲力很大，造成对机头轴承和塔身的冲力很大。

专利文献CN102619699A公开了一种风力发电机组以及一种将风轮产生的动能沿塔架向下传递的动力传递系统，包括由风轮带动的具有偏心部分的输入轴、上运动转换装置、联结器组件、下运动转换装置以及具有偏心部分的输出轴，输入轴通过轴承由机舱可转动地支承，而机舱又被可转动地支承在塔架的顶端。其动力传递系统存在着很大的缺陷，一方面动力传递系统很难转过运动中的上死点，且向下的冲力较大，另一方面采用传动机构(例如齿轮传动机构、链条传动机构、皮带传动机构等)将输出轴和目的机构连接起来，这极大地限制了机头的旋转，导致不能灵活地调整迎风方向。

在申请人为三一电气有限责任公司的专利文献CN102003348A中也公开了一种风力发电机组，风轮的转动通过旋转支承在机舱底架上的水平传动轴、水平传动轴上的螺旋形锥齿轮、垂直传动轴上端的与其啮合的螺旋形锥齿轮以及安装在塔身内的垂直传动轴传递，再经过增速装置，驱动发电机高速运转。发电机虽然不必安装在机舱内，但是仍需安装在塔筒内较高的位置处，其仍然需要吊装至较高的位置处，其安装和维护成本依然很高，这实质上并没有解决现有风力发电机机头重且安装维护成本高昂的问题。另外，发电机需固定安装在塔筒上，因此必然有很大的力作用于塔筒上，这对塔筒的强度和承压能力提出很高的要求。要使得发电机正常工作的前提是由风塔为发电机提供反作用力，风力机所得到的力矩全部作用于塔身。

上述专利文献中提出的技术方案均存在很大的缺陷，实际上难以投入使用。

技术实现要素：

与现有技术相对，本发明提出了一种水平轴式风力机，其能够克服现有风力发电机的上述缺陷。

根据本发明的水平轴式风力机包括塔身、安装在所述塔身上且能够相对于所述塔身旋转的机头、安装在机头上的尾舵、以及风轮，所述水平轴式风力机还包括双输入合并-分离系统，所述双输入合并-分离系统具有设置在所述机头内的锥齿轮传动机构和设置在所述塔身内的第一差速器，所述锥齿轮传动机构具有水平放置的第一锥齿轮和第二锥齿轮以及相对于所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮竖直放置并与所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合的第三锥齿轮，所述第一锥齿轮的轴与所述第二锥齿轮的轴同轴设置并且所述第二锥齿轮的轴为空心轴，所述第三锥齿轮的轴连接至风轮并通过轴承支承在机头底座上，所述第一差速器包括第一半轴和第二半轴，所述锥齿轮传动机构的第一锥齿轮的轴的旋转直接地或间接地传递至所述第一差速器的第一半轴，所述锥齿轮传动机构的第二锥齿轮的轴的旋转直接或者间接地传递至所述第一差速器的第二半轴，其中，风轮作为所述双输入合并-分离系统的第一输入端，能够带动所述第三锥齿轮的轴围绕其水平轴线旋转，以及其中，所述尾舵作为所述双输入合并-分离系统的第二输入端，能够带动机头底座转动、继而带动支承于机头底座上的所述第三锥齿轮的轴围绕风力机的竖直轴线转动。当仅所述风轮输入时，经由所述双输入合并-分离系统使得所述第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相同，根据差速器的工作原理，此时第一差速器壳体旋转，在第一差速器壳体处有实质输出。当仅所述尾舵输入时，经由所述双输入合并-分离系统使得所述第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相反，根据差速器的工作原理，此时在第一差速器壳体处的输出为零，即没有实质输出。当所述风轮和所述尾舵同时输入时，经由所述双输入合并-分离系统运动相叠加，但尾舵的输入在第一差速器壳体处输出为零，仅风轮的输入引起在第一差速器壳体处的实质输出，尾舵的输入并不影响风轮输入的实质传递结果。

相较于现有技术中的风力发电机，根据本发明的风力机实现了将风轮的机械能直接通过机械机构传递至地面，再进行能量转换。一方面由于发电机从机头挪到了地面从而大大减轻了机头的重量，便于安装和维护；另一方面，省去了从发电机至AC/DC/AC(大功率AC/DC/AC设备依赖国外技术)至电动机这几个环节(如图1中虚线所示)，极大地提高了生产效率。

本发明的水平轴式风力机的机头不再包括发电机，发电机可以安装在地面附近或地面上，通过能够向下传递动力的能量下传系统以及电前蓄能系统接收风能。因此，本发明的机头能够避免传统机头由于设有发电机而带来的结构复杂、重量大、维护成本高、能量传递效率低的问题，同时省去了从发电机向外输送电力的电缆及相应的解缆和扭缆保护装置。另外，可以在发电机发电之前对不稳定的风能进行蓄能滤波，实现高的可调度性。为了区别于传统的机头中含有发电机的风力发电机，在本发明中，机头和塔身构成的设备称为“风力机”。

更重要的是，本发明设计了一种“双输入合并-分离系统”，实现了两条并行的动力传递路径，即在同一个传递机构中，有两个输入端可以使该机构运转，在无外力和任何辅助设备干预的情况下，只有其中一个输入端的输入在输出端有实质输出，另一个输入端的输入在输出端无实质输出。处于同一个机构的两个输入端之间没有作用力的传递，且两个输入端共同输入或任意单一输入端单一输入都不影响其实质输出的结果。

在本文中，提到了“并行”和“平行”。在本文中，“并行”的传递路径是指从两个输入端(即尾舵、风轮)至输出端的传递路径，其传递路径合并于同一个传递机构中；“平行”的传递路径是指从其中一个输入端(尾舵或风轮)传递至输出端时从锥齿轮传动机构的锥齿轮至第一差速器的两条传递路径。

优选地，所述差速器可设置在所述塔身内、靠近所述机头的预定高度处。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一锥齿轮的轴的旋转经由第一锥齿轮传动机构传递至所述第一差速器的第一半轴，所述第二锥齿轮的轴的旋转经由第二锥齿轮传动机构传递至所述第一差速器的第二半轴。所述第一锥齿轮传动机构和所述第二锥齿轮传动机构分别由两个正交布置的锥齿轮构成，所述第一锥齿轮的轴将所述第一锥齿轮与所述第一锥齿轮传动机构的水平布置的锥齿轮连接为一体，所述第一差速器的第一半轴将第一半轴上的太阳齿轮与所述第一锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮连接为一体，所述第二锥齿轮的轴将所述第二锥齿轮与所述第二锥齿轮传动机构的水平布置的锥齿轮连接为一体，所述第一差速器的第二半轴将所述第二半轴上的太阳齿轮与所述第二锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮连接为一体，并且所述第一锥齿轮传动机构和所述第二锥齿轮传动机构的传动比相等，即，所述第一锥齿轮传动机构和所述第二锥齿轮传动机构各自的两个正交布置的锥齿轮的齿数比相等。

当然，第一锥齿轮的轴的旋转、第二锥齿轮的轴的旋转可以分别经由除锥齿轮传动机构之外的其他传动机构传递至第一差速器的第一半轴以及第一差速器的第二半轴，只要使得当仅所述风轮输入时第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相同且当仅所述尾舵输入时第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相反。另外，也可以设想的是，第一锥齿轮的轴的旋转直接传递至第一差速器的第一半轴、而第二锥齿轮的轴的旋转经由一个传动机构传递至第一差速器的第二半轴，或者第一锥齿轮的轴的旋转经由一个传动机构传递至第一差速器的第一半轴、而第二锥齿轮的轴的旋转直接传递至第一差速器的第二半轴，只要使得当仅所述风轮输入时第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相同且当仅所述尾舵输入时第一差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相等、方向相反。

根据本发明的又一优选实施方式，所述第二锥齿轮传动机构还可包括另一竖直布置的锥齿轮，所述双输入合并-分离系统还可包括第二差速器，所述第一差速器的第一半轴将第一半轴上的太阳齿轮、所述第一锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮、所述第二差速器的一个太阳齿轮连接为一体，所述第二锥齿轮传动机构的另一竖直布置的锥齿轮的轴将所述第二锥齿轮传动机构的另一竖直布置的锥齿轮与所述第二差速器的另一太阳齿轮连接为一体。可以设置一个电动机，驱动第二差速器的壳体转动，在此情况下经由双输入合并-分离系统，使其锥齿轮传动机构的第一锥齿轮和第二锥齿轮做转速大小相等、方向相同的旋转，从而锥齿轮传动机构的第三锥齿轮作为拨齿带动机头底座转动，调整迎风方向。

根据本发明的一种优选实施方式，所述水平轴式风力机还可包括能量下传系统，所述能量下传系统将所述双输入合并-分离系统输出的机械能下传至所需的位置。

优选地，所述能量下传系统可以实施为曳引传递系统，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置；所述第一曳引装置和所述第二曳引装置分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动；无极绳，所述无极绳围绕第一曳引装置的两个曳引轮卷绕，继而绕过设置在所述第一曳引装置和所述第二曳引装置之间的导轮，再围绕所述第二曳引装置的两个曳引轮卷绕；配重，所述配重设置在所述无极绳的离开第一曳引装置的出口端和进入第二曳引装置的入口端之间的自由卷绕段上。

“无极绳”指的是连续的绳，绳中没有断开的地方或者说没有端头。本领域技术人员应该明白，无极绳没有端头仅仅是在无极绳处于工作状态下而言。无极绳可以根据应用场合选择使用任何合适的材料，例如钢丝绳。在本发明中，所有谈及无极绳卷绕次序的地方都是为了说明的目的，对于无极绳的整体卷绕方式不构成任何限制。

曳引传递系统与传统的牵引传递系统等不同。对于“牵引”而言，需要保证钢丝绳(可绕制为无极绳)与滚筒之间存在摩擦力，因此在钢丝绳中必须有保持力(亦即张紧力)存在。然而在刮风时，风力机的塔身会在风的作用下倾斜，由此使绕在滚筒上的钢丝绳一侧更为张紧，有可能会超过其弹性范围，造成钢丝绳断裂。另一方面，牵引系统的上层钢丝绳压在下层钢丝绳上，易造成钢丝绳压变形，甚至损坏。对于“曳引”而言，钢丝绳与滚筒之间的摩擦趋向为零，所述配重保证曳引传递系统能够工作，由此能保证钢丝绳始终处于其弹性范围内，由此获得较长的使用寿命。在曳引轮槽中能产生的最大有效曳引力是钢丝绳与轮槽之间的摩擦系数和钢丝绳绕过曳引轮包角的函数，假设钢丝绳与轮槽之间的摩擦系数为f，钢丝绳在曳引轮上的包角为α，两边的张力分别为T₁和T₂。为使曳引传递系统在工作情况下不打滑，保证有足够的曳引能力，就必须满足在此，通过在无极绳的离开第一曳引装置的出口端和进入第二曳引装置的入口端之间的自由卷绕段上设置配重G，保证了曳引传递系统能够正常地工作。同时，对于风力机而言，无论风速大小，其输出的转矩是恒定的，利用该恒定转矩可以选择相应大小的配重，使曳引轮两端近似大小平衡，由此使曳引传递系统钢丝绳的摩擦力很小。

优选地，所述第一曳引装置的两个曳引轮之一可以为所述差速器的壳体，由此可以提供一种结构紧凑的机构。

优选地，所述第二曳引装置可以设置在地面附近。由此，可以实现将风轮的机械能传递至地面附近，从而可以将用于发电的发电机安装在地面附近或安装在地面上。

优选地，可以设置多个所述曳引传递系统。由此，可提供更高的工作可靠性和安全性。

根据本发明的一种优选实施方式，发电机直接与能量下传系统连接。

根据本发明的另一优选实施方式，所述水平轴式风力机还包括具有滤波作用的电前蓄能系统，所述具有滤波作用的电前蓄能系统连接在能量下传系统和发电机之间并将经由所述能量下传系统下传的机械能储存为其他形式的能量以用于后续的发电。

根据本发明的一种优选实施方式，所述具有滤波作用的电前蓄能系统可以包括多台具有承压气罐的气体压缩机，所述气体压缩机分别通过离合器与所述能量下传系统的输出端连接，所述气体压缩机将所述能量下传系统的机械能转化为储存在承压气罐中的压缩气体能。所述承压气罐分别通过气体控制装置连接至驱动发电机发电的涡轮机。现实中，风力通常是不稳定的，其传到地面的机械能也是不稳定的。通过该优选实施方式，可提供一种在发电机发电之前、利用能量密度高的压缩气体进行储能的具有滤波作用的电前蓄能系统。一方面，可以将不稳定的风能储存起来，在驱动发电机发电之前实现滤波，从而输出稳定的能量，省去了传统风力发电机中的整流逆变装置。另一方面，具有滤波作用的电前蓄能系统可以根据电网的实际需求释放能量和储存能量，到达削峰填谷的作用，例如在用电高峰时释放压缩气体进而驱动发电机发电，在用电低谷时由电网馈电，将富余的电能作为压缩空气能储存起来。

所述气体压缩机和承压气罐可以采用“1225”逐数量级配制，通过这种方式可以实现以最少数量的装置实现最多可匹配的级数。具体而言，在千瓦功率级上设有一台10kw、两台20kw以及一台50kw的气体压缩机，在百千瓦功率级上设有一台100kw、两台200kw以及一台500kw的气体压缩机，其他数量级以此类推。另设有变桨装置，可在10kw内变动，从而可以在千瓦级至兆瓦级实现无级的功率调节，使风力机维持在可控范围内恒速转动。另外，传统的功率调节装置响应时间长，不能即时地与变化的风力相匹配，与此相对，根据本发明，只需控制在能量下传系统与气体压缩机之间的离合器的闭合，由此可迅速地实现功率调节，即时与风力相匹配，响应时间非常短。

本发明还提出一种水平轴式风力机组，包括多台如前所述的水平轴式风力机，多台所述水平轴式风力机使用一台共同的发电机。优选地，所述水平轴式风力机组包括具有滤波作用的电前蓄能系统，所述具有滤波作用的电前蓄能系统可包括气体压缩机，利用管线将由所述气体压缩机压缩的气体集中于一处，供一台发电机完成发电。由此，实现了多个风力机共用一台发电机、即多塔一机式的风力机组。

本发明还涉及一种用于上文所述的水平轴式风力机的曳引传递系统，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置；所述第一曳引装置和第二曳引装置分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动；无极绳，所述无极绳围绕第一曳引装置的两个曳引轮卷绕，继而绕过设置在所述第一曳引装置和所述第二曳引装置之间的多个导轮，再围绕所述第二曳引装置的两个曳引轮卷绕；配重，所述配重设置在所述无极绳的离开第一曳引装置的出口端和进入第二曳引装置的入口端之间的自由卷绕段上。通过所述曳引传递系统，可以利用风力机输出的恒定转矩，选择相应大小的配重，使曳引轮两端达到大小近似平衡，由此使曳引传递系统钢丝绳的摩擦力很小。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明的具体实施方式。附图中：

图1示出了现有技术中的一种风力发电机的流程图；

图2示出了根据本发明的水平轴式风力机的一种实施方式的示意图；

图3示出了当仅尾舵作为输入端时图2中所示的双输入合并-分离系统的动力传递路径示意图；

图4示出了当仅风轮作为输入端时图2中所示的双输入合并-分离系统的动力传递路径示意图；

图5示出了当仅尾舵作为输入端时水平轴式风力机的另一实施方式的双输入合并-分离系统以及第二差速器的各个齿轮转动方向示意图；

图6示出了当仅风轮作为输入端时图5中所示的双输入合并-分离系统以及第二差速器的各个齿轮转动方向示意图；

图7示出了根据本发明的水平轴式风力机组的一种实施方式的示意图。

在各个附图中，相同的部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的水平轴式风力机1的一种实施方式的示意图。水平轴式风力机1包括塔身2、安装在所述塔身2上且能够相对于所述塔身2旋转的机头3、安装在机头上的尾舵10、以及风轮9。水平轴式风力机1还包括：双输入合并-分离系统，所述双输入合并-分离系统通过机械方式将所述风轮9的机械能传递至塔身2内的一个位置处输出；能量下传系统，所述能量下传系统通过机械方式将所述双输入合并-分离系统在塔身内的一个位置处输出的机械能下传至所需的位置；具有滤波作用的电前蓄能系统，所述具有滤波作用的电前蓄能系统将经由能量下传系统下传的机械能储存为其他形式的能量，以用于后续的发电。

所述双输入合并-分离系统具有设置在所述机头3内的锥齿轮传动机构4和设置在所述塔身2内的第一差速器5。所述锥齿轮传动机构4具有水平放置的第一锥齿轮41和第二锥齿轮42以及相对于所述第一锥齿轮41、所述第二锥齿轮42竖直放置并与所述第一锥齿轮41和所述第二锥齿轮42啮合的第三锥齿轮43，所述第一锥齿轮41的轴44与所述第二锥齿轮42的轴45同轴设置并且所述第二锥齿轮42的轴45为空心轴，所述第三锥齿轮43的轴46连接至风轮并通过轴承支承在机头底座上。所述第一差速器5包括第一半轴51和第二半轴52，所述锥齿轮传动机构4的第一锥齿轮41的轴44的旋转经由第一锥齿轮传动机构6传递至所述第一差速器5的第一半轴51，所述锥齿轮传动机构4的第二锥齿轮42的轴45的旋转经由第二锥齿轮传动机构7传递至所述第一差速器5的第二半轴52。所述第一锥齿轮传动机构6和所述第二锥齿轮传动机构7分别由两个正交布置的锥齿轮61、62；71、72构成，并且所述第一锥齿轮传动机构6和所述第二锥齿轮传动机构7的传动比相等。第一差速器5可以使用已知的各种差速器或者差速传动机构。例如，在图2所示的具体实施方式中，第一差速器5包括第一差速器壳体53、两个半轴即第一半轴51和第二半轴52、与第一半轴51一体形成的第一太阳齿轮、与第二半轴52一体形成的第二太阳齿轮、位于第一太阳齿轮和第二太阳齿轮之间并且同时与这两个太阳齿轮相啮合的多个行星齿轮、以及支撑这些行星齿轮的行星齿轮架，第一差速器壳体53包围着上述构件并与行星齿轮架一体形成。差速器的结构和原理对于本领域技术人员来说是熟知的，在此不再详细赘述。

图3和图4分别示出了仅当尾舵作为输入端时和仅当风轮作为输入端时图2中所示的双输入合并-分离系统的动力传动路径。为了清晰起见，图3和图4中略去了各个部件的附图标记，其附图标记可以参见图2。在图3和图4中还标出了锥齿轮传动机构4、第一锥齿轮传动机构6、第二锥齿轮传动机构7的各个锥齿轮的旋转方向，其中，表示齿轮从图纸外向图纸内转动，⊙表示齿轮从图纸内向图纸外转动。下面根据图3和图4所示的实施例详细说明根据本发明的水平轴式风力机的双输入合并-分离系统的工作原理。

两个输入端的共同传递路径为一对相互平行的传递路径。

至第一差速器5的第一半轴51的传递路径通过如下形成：第一锥齿轮41和第一锥齿轮传动机构6的水平放置的锥齿轮61由第一锥齿轮的轴44连接为一体；第一锥齿轮传动机构6的竖直放置的锥齿轮62和第一差速器内5的第一太阳齿轮由第一差速器5的第一半轴51连接为一体，通过第一锥齿轮传动机构6的水平放置的锥齿轮61与第一锥齿轮传动机构6的竖直放置的锥齿轮62的啮合，形成从锥齿轮传动机构4的第一锥齿轮41到第一差速器5内的第一半轴51上的第一太阳齿轮的传递路径。

至第一差速器5的第二半轴52的传递路径通过如下形成：第二锥齿轮42和第二锥齿轮传动机构7的水平放置的锥齿轮71由第二锥齿轮的空心轴45连接为一体；第二锥齿轮传动机构7的竖直放置的锥齿轮72和第一差速器5内的第二太阳齿轮由第一差速器5的第二半轴52连接为一体；通过第二锥齿轮传动机构7的水平放置的锥齿轮71与竖直放置的锥齿轮72的啮合，形成从第二锥齿轮42到第一差速器5内的第二半轴52上的第二太阳齿轮的传递路径。

第一输入端：风轮9和第三锥齿轮43由第三锥齿轮的轴46连接为一体，通过第三锥齿轮43同时与第一锥齿轮41、第二锥齿轮42的啮合，形成第一锥齿轮41、第二锥齿轮42转向相反、转速相等的运动状态，完成第一输入。

第二输入端：尾舵10驱动机头底座，通过支承于机头底座上的第三锥齿轮的轴46，并通过第三锥齿轮43同时与第一锥齿轮41、第二锥齿轮42的啮合，形成以第三锥齿轮43为拨叉拨动第一锥齿轮41、第二锥齿轮42转向相同、转速相等的运动状态，完成第二输入。

第一输入和第二输入虽然都是通过第三锥齿轮43同时驱动第一锥齿轮41和第二锥齿轮42转动，但不同之处在于，第一输入使得第一锥齿轮41和第二锥齿轮42转动方向相反；而第二输入使得第一锥齿轮41和第二锥齿轮42转动方向相同。正是基于这种在同一传递机构上同时产生并且传递了两种不同的运动状态，使得在第一差速器5的行星支架产生了有实质输出和无实质输出的结果。

第一种输入由风轮9到第一差速器5的两个输入半轴51、52处为转向相同、转速相等的转动，因此在第一差速器5的行星齿轮架上有公转的实质输出。第二种输入由尾舵10到第一差速器5的两个输入半轴51、52处为转向相反、转速相等的转动，因此在第一差速器5的行星支架上无公转的实质输出。

详细说明如下：

工作状况一：

图3示出了仅尾舵作为输入端而风轮不转动时双输入合并-分离系统的动力传递路径。在此时，可调整风轮的迎风方向。

在此情况下，尾舵10驱动机头底座旋转，例如以图3中箭头所示的方向旋转，并通过支承于机头底座上的第三锥齿轮的轴46，通过第三锥齿轮43同时与第一锥齿轮41和第二锥齿轮42啮合，以第三锥齿轮43为拨叉，拨动第一锥齿轮41和第二锥齿轮42做转向相同、转速相等的运动。为了清楚起见，在图3中传递路径从机头底座开始，省略了从尾舵到机头底座的路线。如图3中实线所示，第一锥齿轮41的轴44的旋转经由第一锥齿轮传动机构6的水平放置的锥齿轮61、第一锥齿轮传动机构6的竖直放置的锥齿轮62，传递至第一差速器5的第一半轴51；如图3中虚线所示，第二锥齿轮42的轴45的旋转经由第二锥齿轮传动机构7的水平放置的锥齿轮71、第二锥齿轮传动机构7的竖直放置的锥齿轮72，传递至第一差速器5的第二半轴52。

如图3所示，尾舵的运动经由两条平行的传递路径(实线和虚线所示的传递路径)传递至第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52。通过这两条平行的传递路径，使得第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的旋转速度相等、方向相反。第一锥齿轮传动机构6和第二锥齿轮传动机构7的齿数比可选择为相同，由此在第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的旋转速度大小相同。根据差速器工作原理公式：

2n₀＝n₁+n₂

其中，n₀表示差速器壳体的转速，n₁表示第一半轴的转速，n₂表示第二半轴的转速。

因为在第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的旋转方向相反、大小相同，亦即n₁＝-n₂，由此可以得出n₀＝0。当仅尾舵作为输入端驱动机头转动而风轮不转动时，在第一差速器壳体53处的输出为零，即没有实质输出。

工作状况二：

图4示出了仅风轮作为输入端而尾舵不驱动机头转动时的双输入合并-分离系统的动力传递路径。此时，风轮在风力的作用下旋转，机头保持固定不动。当风轮转动、例如以图4中箭头所示的方向转动，其带动锥齿轮传动机构4的第三锥齿轮43旋转。如图4中实线所示的路径，第三锥齿轮43的旋转经由第一锥齿轮41、第一锥齿轮的轴44、第一锥齿轮传动机构6的水平放置的锥齿轮61、第一锥齿轮传动机构6的竖直放置的锥齿轮62，传递至第一差速器5的第一半轴51；同时如图4中虚线所示，第三锥齿轮43的旋转经由第二锥齿轮42、第二锥齿轮42的轴45、第二锥齿轮传动机构7的水平放置的锥齿轮71、第二锥齿轮传动机构7的竖直放置的锥齿轮72，传递至第一差速器5的第二半轴52。

如图4所示，风轮的旋转经由两条平行的传递路径(虚线和实线所示的传递路径)传递至第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52。通过这两条平行的传递路径，在第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的旋转速度方向相同。另外，如上所述，第一锥齿轮传动机构6和第二锥齿轮传动机构7的齿数比可选择为相同，由此在第一差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的旋转速度大小相同。

根据差速器工作原理公式2n₀＝n₁+n₂，可以得出n₀＝n₁＝n₂。当仅风轮转动作为输入端转动而尾舵不驱动机头转动时，第一差速器壳体53旋转，在此处有实质输出。

工作状况三：

在实际中，风力带动风轮旋转和尾舵驱动机头旋转是可同时发生的，例如，在风力驱动风轮转动时，偏航系统如尾舵同时调整机头的方向，使风轮始终处于迎风状态。此时，如状况一、状况二所述的两种运动状态同时存在，两种运动状态相叠加，但其并不影响状况二所述的实质传递结果。由此，利用同一机构，实现了两个输入、一个输出，尾舵的输入在第一差速器壳体处输出为零，仅风轮的输入引起在第一差速器壳体处的实质输出。

在此，当然也可以使用其他结构的传动比相同的传动机构来代替第一锥齿轮传动机构和第二锥齿轮传动机构。

图5和图6分别示出了当仅尾舵作为输入端时、当仅风轮作为输入端时水平轴式风力机的另一实施方式的双输入合并-分离系统以及第二差速器的各个齿轮的转动方向示意图。为了清晰起见，图5和图6中略去了与图2中相同的各个部件的附图标记。其中，表示齿轮从图纸外向图纸内转动，⊙表示齿轮从图纸内向图纸外转动。

在图5和图6所示的实施方式中，所述双输入合并-分离系统还包括第二差速器5’。所述第一差速器5的第一半轴51将第一半轴51上的第一太阳齿轮、所述第一锥齿轮传动机构6的竖直布置的锥齿轮62、所述第二差速器5’的第一太阳齿轮连接为一体。所述第二锥齿轮传动机构7的另一竖直布置的锥齿轮73的轴74将所述第二锥齿轮传动机构7的另一竖直布置的锥齿轮73与所述第二差速器5’的第二太阳齿轮连接为一体。轴74为空心轴并且与第一半轴51同轴布置。所述第二锥齿轮传动机构7的另一竖直布置的锥齿轮73与所述第二锥齿轮传动机构7的竖直布置的锥齿轮72齿数相等，由此从第一锥齿轮41、第一锥齿轮的轴44、第一锥齿轮传动机构6的水平布置的锥齿轮61、与其啮合的竖直布置的锥齿轮62、第一半轴51至第二差速器5’的第一太阳齿轮的传动比等于从第二锥齿轮42、第二锥齿轮的空心轴45、第二锥齿轮传动机构7的水平布置的锥齿轮71、与其啮合的另一竖直布置的锥齿轮73、轴74至第二差速器5’的第二太阳齿轮的传动比相同。

如图5中所示，尾舵10驱动机头底座旋转，例如以图5中箭头所示的方向旋转，并通过支承于机头底座上的第三锥齿轮的轴46，通过第三锥齿轮43同时与第一锥齿轮41和第二锥齿轮42啮合，以第三锥齿轮43为拨叉，拨动第一锥齿轮41和第二锥齿轮42做转向相同、转速相等的运动。第一锥齿轮41的轴44的旋转经由第一锥齿轮传动机构6的水平放置的锥齿轮61、第一锥齿轮传动机构6的竖直放置的锥齿轮62，第一差速器5的第一半轴51传递至第二差速器5’的第一太阳齿轮；第二锥齿轮42的轴45的旋转经由第二锥齿轮传动机构7的水平放置的锥齿轮71、第二锥齿轮传动机构7的另一竖直放置的锥齿轮73、其轴74传递至第二差速器5’的第二太阳齿轮。如图5所示，通过这两条平行的传递路径，使得第二差速器5’的第一太阳齿轮和第二太阳齿轮处的旋转速度方向相同(对于第二差速器的第一半轴和第二半轴同样如此)。而且，如上所述，两条传递路径的传动比选择为相同，由此在第二差速器5’的第一太阳齿轮和第二太阳齿轮处的旋转速度大小相同。根据差速器工作原理公式2n₀＝n₁+n₂，可以得出n₀＝n₁＝n₂。当仅尾舵作为输入端带动机头底座转动而风轮不转动时，第二差速器5’的差速器壳体旋转，在此处有实质输出。

如图6所示，风轮的旋转通过两条平行的传递路径，使得第二差速器5’的第一太阳齿轮和第二太阳齿轮处的旋转速度方向相反(对于第二差速器的第一半轴和第二半轴同样如此)。另外，如上所述，经由两条传递路径的传动比选择为相同，由此在第二差速器5’的第一太阳齿轮和第二太阳齿轮处的旋转速度大小相同。即n₁＝-n₂，根据差速器工作原理公式2n₀＝n₁+n₂可以得出n₀＝0。当仅风轮作为输入端转动而尾舵未驱动机头转动时，在第二差速器5’壳体处的输出为零，即没有实质输出。

优选地，可设置一个电动机，用于驱动第二差速器5’的壳体旋转。在此，经由与根据图5和图6所述的路径相反的路径，第二差速器5’壳体的旋转引起机头底座的旋转，但在风轮处无实质输出。在此情况下，所述电动机可以作为偏航电机用来调整迎风方向。

此外，如图2所示，所述水平轴式风力机1还包括能量下传系统，在本实施例中能量下传系统实施为曳引传递系统8，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置81；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置82；所述第一曳引装置81和第二曳引装置82分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动，在本实施例中，第一曳引装置81通过两个大小相同的齿轮以及位于这两个齿轮之间的惰轮实现了两个曳引轮811、812以相同的转速朝同一方向转动；无极绳83，所述无极绳83围绕第一曳引装置81的两个曳引轮811、812卷绕，在此两个曳引轮811、812作为一个整体被无极绳卷绕过，继而无极绳绕过设置在所述第一曳引装置81和所述第二曳引装置82之间的多个导轮85，再围绕所述第二曳引装置82的两个曳引轮821、822卷绕，在此同样地两个曳引轮821、822作为一个整体被无极绳卷绕过；配重84，所述配重设置在所述无极绳83的离开第一曳引装置81的出口端A和进入第二曳引装置82的入口端E之间的自由卷绕段上。如图2所示，第一曳引装置的其中一个曳引轮为第一差速器壳体53。

上述曳引传递系统8可以设置多套，以提供更高的安全性和工作可靠性，在图2中出于清晰性的原因仅示出了一套曳引传递系统。

图2中所示的所述水平轴式风力机1还包括具有滤波作用的电前蓄能系统，其包括多台具有承压气罐13的气体压缩机12、制冷装置、气体控制器14、涡轮机15等，所述气体压缩机12分别通过一个离合器11与所述曳引传递系统的输出端连接，在本实施例中曳引传递系统的输出端为啮合于与第二曳引装置82的两个曳引轮821、822连接的两个齿轮之间的小齿轮823。所述气体压缩机将经由曳引传递系统向下传递的机械能转化为压缩气体能，储存在承压气罐13中。所述气体压缩机采用“1225”逐数量级配制，例如在千瓦功率级上设有一台10kw、两台20kw以及一台50kw的气体压缩机，在百千瓦功率级上设有一台100kw、两台200kw以及一台500kw的气体压缩机。气体控制器14、例如阀装置，控制承压气罐的打开和关闭，释放压缩气体，驱动涡轮机15转动，并带动发电机16发电。所述电前蓄能系统及发电机可以如图2所示设置在塔身内，当然也可以设置在塔身之外。

在本发明中，电前蓄能系统不是强制性必需的。曳引传递系统的输出端(即位于与第二曳引装置82的两个曳引轮821、822连接的两个齿轮之间的小齿轮823的轴)可以直接驱动发电机转动发电。

图7示出了根据本发明的水平轴式风力机组的一种实施方式的示意图，其包括多台具有电前蓄能系统的水平轴式风力机，每个水平轴式风力机均具有气体压缩机和用于储存压缩气体的承压气罐，利用管线将由承压气罐内储存的压缩气体集中于一处，提供给一台发电机完成发电。

上面参照附图对本发明进行了具体的描述。但是，本领域技术人员应该理解，上面的具体描述仅仅是举例性质的，用于说明性的目的，并非是用来限制本发明的保护范围。本发明的保护范围仅由所附的权利要求书限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员在不超出本发明保护范围的情况下可以根据具体情况对本发明做出各种变型、修改或者替换，这些变型、修改或者替换落入本发明的保护范围。