CN109026528A - 一种风力发电机的变桨及收纳方法 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机的变桨及收纳方法，其中该风力发电机包括机壳、支撑定位机构、风叶，风叶支撑定位机构被旋转支撑在机壳与风叶之间，多个风叶以中心对称分布且弹性活动连接在风叶支撑定位机构上，在机壳内通过竖直方向的丝杠传动结构和水平方向设置的三角块的联动使得推杆在风叶支撑定位机构及多个风叶的对称中心轴线上水平前后运动，推杆的前端通过旋转块带动所有叶片迎风角度的同步同角度改变，在推杆水平前后运动过程中，借助旋转块带动多个叶片底部的旋转轴进行正向或反向旋转，该正向或反向旋转与当前风速和预设转速相适配，不仅提高了风力发电机的稳定性及发电效率，也提高了风力发电机的使用寿命。

Description

一种风力发电机的变桨及收纳方法

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，具体为一种风力发电机的变桨装置及其变桨收纳方法。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的装置，主要由叶片、发电机、机械部件和电气部件组成，根据旋转轴的不同，风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类，目前市场上水平轴风力发电机占主流位置，为了提高风能利用率的同时保护风力发电机，风力发电机往往需要设置变桨装置，而常见的一种风力发电机的变桨装置变桨效果不理想，需要针对每个叶片单独设置变桨装置，不仅极大增加了经济成本，而且在变桨时无法保证各个叶片能够同步变桨，影响了风力发电机的稳定性，降低了风力发电机的发电效率，缩短的风力发电机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机的变桨装置，具备变桨效果好的优点，解决了常见的一种风力发电机的变桨装置变桨效果不理想的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风力发电机的变桨装置，包括机壳，所述机壳内壁右侧的中点处固定连接有第一滚动轴承，所述第一滚动轴承的内部活动连接有空心主轴，所述空心主轴的右端从左至右依次贯穿第一滚动轴承和机壳且延伸至机壳的外部固定连接有风轮盘，所述风轮盘右侧且对应空心主轴的位置设置有推杆，所述推杆的左端从右至左依次贯穿风轮盘、空心主轴和机壳且延伸至机壳的内部固定连接有三角块，所述推杆表面且位于三角块和空心主轴之间的位置活动连接有挡板，所述挡板的顶部和底部分别与机壳内壁的顶部和底部固定连接，所述推杆表面且位于挡板和三角块之间的位置套接有复位弹簧，所述复位弹簧靠近挡板的一端与挡板固定连接，所述复位弹簧靠近三角块的一端与三角块固定连接，所述机壳内壁顶部和底部且位于三角块左侧的位置均固定连接有第二滚动轴承，两个第二滚动轴承之间通过螺纹杆活动连接，所述螺纹杆表面且对应三角块的位置螺纹连接有螺纹套，所述螺纹套的右侧固定连接有与三角块配合使用的滑轮，所述机壳内壁顶部且对应滑轮的位置固定连接有正反电机，所述正反电机的输出轴上固定连接有正反转轴，所述正反转轴的左端固定连接有第一锥齿轮，所述螺纹杆表面且对应第一锥齿轮的位置固定连接有与第一锥齿轮相互啮合的第二锥齿轮，所述风轮盘的右侧固定连接有四个均匀分布的固定板，所述固定板的表面固定连接有两个轴承座，两个轴承座之间通过叶片轴活动连接，所述叶片轴远离推杆的一端贯穿轴承座且延伸至其外部固定连接有叶片，所述叶片轴表面且位于两个轴承座之间的位置固定连接有旋转块，所述推杆表面且对应旋转块的位置固定连接有插杆，所述插杆远离推杆的一端贯穿旋转块且延伸至其外部。

优选的，所述机壳内壁的左侧对称设置有两个限位板，所述螺纹套的顶部与限位板相互接触。

优选的，所述螺纹套顶部且对应限位板的位置设置有限位杆，所述限位杆的底部贯穿螺纹套且延伸至其外部与限位板固定连接，所述限位杆的顶部与限位板固定连接。

优选的，所述旋转块的顶部开设有活动孔，所述插杆靠近活动孔的一端贯穿活动孔且延伸至其外部。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过第一滚动轴承、空心主轴、风轮盘、推杆、三角块、挡板、复位弹簧、第二滚动轴承、螺纹杆、螺纹套、滑轮、正反电机、正反转轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、固定板、轴承座、旋转块和插杆相互配合，起到了变桨效果好的作用，可以使得各个叶片同步进行变桨，不仅提高了风力发电机的稳定性及发电效率，也提高了风力发电机的使用寿命。

2、本发明通过设置限位板，起到了对螺纹套的限位作用，限制了螺纹套的运动范围，通过设置限位杆，起到了对螺纹套的限位作用，防止螺纹杆旋转时带动螺纹套一起旋转，通过设置活动孔，起到了对插杆的限位作用，限制了插杆的运动范围。

3、在保证正常风力范围内的风叶的自适应角度角度调节的同时，还能够在保证异常恶劣的条件下通过收缩风叶，实现***自保。

4、大大减少现有技术中需要设置调节和收纳两种结构造成体积庞大的同时，提升发电机组的安全性及操作便利性。

附图说明

图1为本发明正视图的结构剖面图；

图2为本发明右视图的结构剖面图；

图3为本发明图1中A的局部放大图。

图中：1机壳、2第一滚动轴承、3空心主轴、4风轮盘、5推杆、6三角块、7挡板、8复位弹簧、9第二滚动轴承、10螺纹杆、11螺纹套、12滑轮、13正反电机、14正反转轴、15第一锥齿轮、16第二锥齿轮、17固定板、18轴承座、19叶片轴、20叶片、21旋转块、22插杆、23限位板、24限位杆、25活动孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施方式：请参阅图1-3，一种风力发电机的变桨装置，包括机壳1，机壳1内壁右侧的中点处固定连接有第一滚动轴承2，第一滚动轴承2的内部活动连接有空心主轴3，空心主轴3的右端从左至右依次贯穿第一滚动轴承2和机壳1且延伸至机壳1的外部固定连接有风轮盘4，风轮盘4右侧且对应空心主轴3的位置设置有推杆5，推杆5的左端从右至左依次贯穿风轮盘4、空心主轴3和机壳1且延伸至机壳1的内部固定连接有三角块6，推杆5表面且位于三角块6和空心主轴3之间的位置活动连接有挡板7，挡板7的顶部和底部分别与机壳1内壁的顶部和底部固定连接，推杆5表面且位于挡板7和三角块6之间的位置套接有复位弹簧8，复位弹簧8靠近挡板7的一端与挡板7固定连接，复位弹簧8靠近三角块6的一端与三角块6固定连接，机壳1内壁顶部和底部且位于三角块6左侧的位置均固定连接有第二滚动轴承9，两个第二滚动轴承9之间通过螺纹杆10活动连接，螺纹杆10表面且对应三角块6的位置螺纹连接有螺纹套11，机壳1内壁的左侧对称设置有两个限位板23，螺纹套11的顶部与限位板23相互接触，通过设置限位板23，起到了对螺纹套11的限位作用，限制了螺纹套11的运动范围，螺纹套11顶部且对应限位板23的位置设置有限位杆24，限位杆24的底部贯穿螺纹套11且延伸至其外部与限位板23固定连接，限位杆24的顶部与限位板23固定连接，通过设置限位杆24，起到了对螺纹套11的限位作用，防止螺纹杆10旋转时带动螺纹套11一起旋转，螺纹套11的右侧固定连接有与三角块6配合使用的滑轮12，机壳1内壁顶部且对应滑轮12的位置固定连接有正反电机13，正反电机13的输出轴上固定连接有正反转轴14，正反转轴14的左端固定连接有第一锥齿轮15，螺纹杆10表面且对应第一锥齿轮15的位置固定连接有与第一锥齿轮15相互啮合的第二锥齿轮16，风轮盘4的右侧固定连接有四个均匀分布的固定板17，固定板17的表面固定连接有两个轴承座18，两个轴承座18之间通过叶片轴19活动连接，叶片轴19远离推杆5的一端贯穿轴承座18且延伸至其外部固定连接有叶片20，叶片轴19表面且位于两个轴承座18之间的位置固定连接有旋转块21，推杆5表面且对应旋转块21的位置固定连接有插杆22，插杆22远离推杆5的一端贯穿旋转块21且延伸至其外部，旋转块21的顶部开设有活动孔25，插杆22靠近活动孔25的一端贯穿活动孔25且延伸至其外部，通过设置活动孔25，起到了对插杆22的限位作用，限制了插杆22的运动范围，通过第一滚动轴承2、空心主轴3、风轮盘4、推杆5、三角块6、挡板7、复位弹簧8、第二滚动轴承9、螺纹杆10、螺纹套11、滑轮12、正反电机13、正反转轴14、第一锥齿轮15、第二锥齿轮16、固定板17、轴承座18、旋转块21和插杆22相互配合，起到了变桨效果好的作用，可以使得各个叶片20同步进行变桨，不仅提高了风力发电机的稳定性及发电效率，也提高了风力发电机的使用寿命。

使用时，当风力过小时，正向启动正反电机13，由正反电机13带动正反转轴14旋转，正反转轴14带动第一锥齿轮15旋转，第一锥齿轮15带动第二锥齿轮16旋转，从而带动螺纹杆10旋转，从而使得螺纹套11带动滑轮12向下运动，由滑轮12依次推动三角块6、推杆5和插杆22向右运动同时压缩复位弹簧8，由插杆22同时依次带动四个旋转块21和四个叶片轴19进行偏转，从而使得叶片20的迎风面与风向之间的夹角变小，也就是减小叶片20迎风受到的力，从而使得叶片20的旋转速度减慢，当空心主轴3的转速降到合适的速度时，关闭正反电机13即可，同理，当风力过大时，反向启动正反电机13，然后由复位弹簧8依次带动推杆5、三角块6和插杆22向左运动进行复位，从而使得叶片20的迎风面与风向之间的夹角变大，从而提高叶片20的旋转速度，通过以上步骤，起到了变桨效果好的作用，可以使得各个叶片20同步进行变桨，不仅提高了风力发电机的稳定性及发电效率，也提高了风力发电机的使用寿命。

综上所述：该一种风力发电机的变桨装置，通过第一滚动轴承2、空心主轴3、风轮盘4、推杆5、三角块6、挡板7、复位弹簧8、第二滚动轴承9、螺纹杆10、螺纹套11、滑轮12、正反电机13、正反转轴14、第一锥齿轮15、第二锥齿轮16、固定板17、轴承座18、旋转块21和插杆22相互配合，解决了常见的一种风力发电机的变桨装置变桨效果不理想的问题。

第二实施方式：一种风力发电机的变桨装置，包括机壳1，所述机壳1内壁右侧的中点处固定连接有第一滚动轴承2，所述第一滚动轴承2的内部活动连接有空心主轴3，所述空心主轴3的右端从左至右依次贯穿第一滚动轴承2和机壳1且延伸至机壳1的外部固定连接有风轮盘4，所述风轮盘4右侧且对应空心主轴3的位置设置有推杆5，所述推杆5的左端从右至左依次贯穿风轮盘4、空心主轴3和机壳1且延伸至机壳1的内部固定连接有三角块6，所述推杆5表面且位于三角块6和空心主轴3之间的位置活动连接有挡板7，所述挡板7的顶部和底部分别与机壳1内壁的顶部和底部固定连接，所述推杆5表面且位于挡板7和三角块6之间的位置套接有复位弹簧8，所述复位弹簧8靠近挡板7的一端与挡板7固定连接，所述复位弹簧8靠近三角块6的一端与三角块6固定连接，所述机壳1内壁顶部和底部且位于三角块6左侧的位置均固定连接有第二滚动轴承9，两个第二滚动轴承9之间通过螺纹杆10活动连接，所述螺纹杆10表面且对应三角块6的位置螺纹连接有螺纹套11，所述螺纹套11的右侧固定连接有与三角块6配合使用的滑轮12，所述机壳1内壁顶部且对应滑轮12的位置固定连接有正反电机13，所述正反电机13的输出轴上固定连接有正反转轴14，所述正反转轴14的左端固定连接有第一锥齿轮15，所述螺纹杆10表面且对应第一锥齿轮15的位置固定连接有与第一锥齿轮15相互啮合的第二锥齿轮16，所述风轮盘4的右侧固定连接有四个均匀分布的固定板17，所述固定板17的表面弹性活动连接有两个轴承座18，所述旋转块21的顶部开设有活动孔25，所述插杆22靠近活动孔25的一端贯穿活动孔25且延伸至其外部，两个轴承座18的底部分别连接到一垂直***到固定板17内部凹孔的弹簧的一端，在固定板17上的凹孔内设置有一加强轴，该加强轴的外部套设有所述弹簧，所述弹簧的另一端固定连接在凹孔的底部，且旋转块21位于两个轴承座18中间叶片轴19上的靠近推杆5侧；

其中在三角块6上与滑轮12接触的面分为两段，两段的分界点位于靠近三角块上方顶点处，在滑轮12位于上述分界点位置时，旋转块21上设置有活动孔25的一端随推杆5的移动而旋转至触碰到风轮盘4的外部边缘而被阻挡，在滑轮12位于上述分界点位置以下时，在固定板17内部凹孔中的弹簧处于拉紧状态，使得平时旋转中风叶能够借助弹簧和其内的加强轴牢固的在固定板17上被弹性拉紧而不会相互错位。

在该实施该方式中将两个轴承座18在固定板17的表面由固定安装替换为弹性活动连接，并借助加强轴实现在风力过大无法通过叶片角度来平衡时，将叶片20进行朝向机壳1方向倾斜收纳，暂停工作，达到***的自保护。其具体的工作过程如下：

在风速处于正常工作范围内，即处于叶片20的可承受范围内时，则按照第一实施方式中的方法，通过滑轮12在三角块6上分界点位置下方上面滑动实现风速匹配，在该过程中在固定板17内部凹孔中的弹簧处于拉紧状态，使得旋转中风叶20及其下部的两个轴承座18能够牢固的在固定板17上被弹性拉紧而不会相互错位；当在风速过大时，即无法通过叶片20的自身迎风角度的调节解决时，则将滑轮12在三角块6向上滑动至分界点位置，此时旋转块21上设置有活动孔25的一端随推杆5的向左移动而旋转至触碰并抵靠到风轮盘4的外部边缘上的凹槽内而不会意外滑动，从而旋转块21的旋转运动被稳固阻挡，然后继续向上滑动滑轮12，此时由于旋转块21被阻挡，则随着滑轮12上升，推杆5向左继续向左移动，则旋转块21将会迫使叶片轴19拉动两个轴承从固定板17内拔出，从而远离固定板17方向运动，由于旋转块21位于两个轴承座18中间叶片轴19上的靠近推杆5侧，则两个轴承座18中靠近推杆5侧的一个会比另一个轴承座从固定板17内远离的程度大，则导致两个轴承座18和其内的叶片轴19发生朝向机壳1方向倾斜，则叶片20同时也相应发生相同方向倾斜，待滑轮12向上运动至顶点处时，停止运动，此时叶片20达到预期倾斜收纳角度，该预期收纳角度与在固定板17内弹簧的支撑强度所需变形量及三角块上临界点位置距离顶点的长度有关。

在上述过程中，位于固定板17内凹孔中的外套设弹簧的加强轴在正常风力范围内保持轴承座18能够被弹性拉持贴紧在固定板17上，保证各个风叶的正常运转，在风力过大执行倾斜收纳的过程中，固定板17上凹孔内的弹簧配合其内的加强轴可以保持两个轴承座的向外拔出倾斜而不脱落。因此在该实施方式中利用同一风叶调节结构满足了迎风角度适配和倾斜收纳两个动作的需求，在大大减少现有技术中需要设置调节和收纳两种结构造成体积庞大的同时，提升发电机组的安全性及操作便利性。

第三实施方式：一种风力发电机的变桨及收纳方法，其中该风力发电机包括水平方向依次设置的机壳和风叶支撑定位机构、多个风叶，风叶支撑定位机构被旋转支撑在机壳与风叶之间，多个风叶以中心对称分布且弹性活动连接在风叶支撑定位机构上，在机壳内通过竖直方向的丝杠传动结构和水平方向设置的三角块的联动使得推杆在风叶支撑定位机构及多个风叶的对称中心轴线上水平前后运动，推杆的前端通过套设在每个叶片旋转轴上的旋转块带动所有叶片迎风角度的同步同角度改变，在推杆水平前后运动过程中，借助旋转块带动多个叶片底部的旋转轴进行正向或反向旋转，该正向或反向旋转与当前风速和预设转速以及推杆的前后移动方向相适配；

其中推杆的水平方向运动路线分为自适应和倾斜收纳两段，两段以推杆的前后运动带动旋转块的端部首次旋转至触碰到风叶支撑定位机构的外部边缘并抵靠在该边缘上而被阻挡继续旋转为分界点，其中在自适应段的风叶转动过程中，多个风叶依靠支撑定位机构上的弹性收紧装置保持被稳定支撑；风力超过阈值时，推杆进入倾斜收纳段，此时推杆超过分界点后继续朝原方向运动，由于此时旋转块的旋转被阻挡，由自适应段中旋转块带动叶片旋转轴的旋转运动转变为旋转块对叶片旋转轴靠近所述中心对称轴线侧底部以远离风叶支撑定位机构方向的推动，在该推动下，叶片旋转轴产生朝向机壳和风叶支撑定位机构方向的倾斜并且该叶片旋转轴的底部依然被弹性支撑在支撑定位机构附近而不发生脱离，直至达到预定目标倾斜角度，该倾斜角度的设定与推杆在倾斜收纳段的长度以及风叶支撑定位机构上支撑叶片的弹性支撑性能相适配。

近一步地，实现风叶在风叶支撑定位机构上的弹性支撑结构及推杆的水平前后运动的传动结构可以实施为：在风叶支撑定位机构上等角度环形设置有与风叶数量相同的固定板，所述固定板的表面弹性活动连接有两个轴承座，所述旋转块的顶部开设有活动孔，推杆通过其上的插杆靠近活动孔的一端贯穿活动孔且延伸至其外部。两个轴承座的底部分别连接到一垂直***到固定板内部凹孔的弹簧的一端，在固定板上的凹孔内设置有一加强轴，该加强轴的外部套设有所述弹簧，所述弹簧的另一端固定连接在所述凹孔的底部，且旋转块位于两个轴承座中间叶片轴上的靠近推杆侧；

其中丝杠传动结构上设置有与三角块斜面接触滑动的滚轮，三角块与推杆固定连接，通过滚轮在三角块斜面上的滑动实现对三角块及推杆的前后水平移动，在三角块上与滑轮接触的面分为两段，两段的分界点位于靠近三角块上方顶点处，在滑轮位于上述分界点位置时，旋转块上设置有活动孔的一端随推杆的移动而旋转至触碰到风轮盘的外部边缘并抵靠在该边缘上的适配凹槽内而被稳固阻挡。

在该实施方式中并不限于上述具体传动结构实现风叶在风叶支撑定位机构上的弹性支撑结构及推杆的水平前后运动，只要满足将原有的迎风角度同步改变传动结构中按照上述发明构思制造一个分界点，实现传动结构中旋转转变为推动，就能够在不增加***复杂度的基础上（例如只需要在叶片旋转轴旋转路径上对应分界点位置添加一个阻挡结构配合叶片的弹性支撑，显然也可以是其他可等同变形结构）就能够实现风速自适应和安全收纳，解决现有技术中需要设置调节和收纳两种结构造成体积庞大的技术问题的同时，提升发电机组的安全性及操作便利性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种风力发电机的变桨及收纳方法，其中该风力发电机包括水平方向依次设置的机壳和风叶支撑定位机构、多个风叶，其特征在于：风叶支撑定位机构被旋转支撑在机壳与风叶之间，多个风叶以中心对称分布且弹性活动连接在风叶支撑定位机构上，在机壳内通过竖直方向的丝杠传动结构和水平方向设置的三角块的联动使得推杆在风叶支撑定位机构及多个风叶的对称中心轴线上水平前后运动，推杆的前端通过套设在每个叶片旋转轴上的旋转块带动所有叶片迎风角度的同步同角度改变，在推杆水平前后运动过程中，借助旋转块带动多个叶片底部的旋转轴进行正向或反向旋转，该正向或反向旋转与当前风速和预设转速以及推杆的前后移动方向相适配；

其中推杆的水平方向运动路线分为自适应和倾斜收纳两段，两段以推杆的前后运动带动旋转块的端部首次旋转至触碰到风叶支撑定位机构的外部边缘并抵靠在该边缘上而被阻挡继续旋转为分界点，其中在自适应段的风叶转动过程中，多个风叶依靠支撑定位机构上的弹性收紧装置保持被稳定支撑；风力超过阈值时，推杆进入倾斜收纳段，此时推杆超过分界点后继续朝原方向运动，由于此时旋转块的旋转被阻挡，由自适应段中旋转块带动叶片旋转轴的旋转运动转变为旋转块对叶片旋转轴靠近所述中心对称轴线侧底部以远离风叶支撑定位机构方向的推动，在该推动下，叶片旋转轴产生朝向机壳和风叶支撑定位机构方向的倾斜并且该叶片旋转轴的底部依然被弹性支撑在支撑定位机构附近而不发生脱离，直至达到预定目标倾斜角度，该倾斜角度的设定与推杆在倾斜收纳段的长度以及风叶支撑定位机构上支撑叶片的弹性支撑性能相适配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在风叶支撑定位机构上等角度环形设置有与风叶数量相同的固定板，所述固定板的表面弹性活动连接有两个轴承座，所述旋转块的顶部开设有活动孔，推杆通过其上的插杆靠近活动孔的一端贯穿活动孔且延伸至其外部，两个轴承座的底部分别连接到一垂直***到固定板内部凹孔的弹簧的一端，在固定板上的凹孔内设置有一加强轴，该加强轴的外部套设有所述弹簧，所述弹簧的另一端固定连接在所述凹孔的底部，且旋转块位于两个轴承座中间叶片轴上的靠近推杆侧；

其中丝杠传动结构上设置有与三角块斜面接触滑动的滚轮，三角块与推杆固定连接，通过滚轮在三角块斜面上的滑动实现对三角块及推杆的前后水平移动，在三角块上与滑轮接触的面分为两段，两段的分界点位于靠近三角块上方顶点处，在滑轮位于上述分界点位置时，旋转块上设置有活动孔的一端随推杆的移动而旋转至触碰到风轮盘的外部边缘并抵靠在该边缘上的适配凹槽内而被稳固阻挡。