CN109469582B - 风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组 - Google Patents

风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组，其中的变桨驱动机构，用于风力发电机组的叶片，所述叶片的根部与连接轴连接，所述连接轴上设有滚齿；所述变桨驱动机构通过齿盘驱动所述滚齿使所述叶片同步变桨。本发明实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组，通过齿盘可以同时控制多个叶片同步变桨，结构简单，省略了风力发电机组轮毂的结构，使风力发电机组的叶片机构更合理，变桨效果更好，提高风力发电机组的使用寿命。

Description

风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体的说涉及一种风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组。
背景技术
风力发电机组通常由机舱、塔筒、叶轮组成。其中叶轮上一般具有三个叶片，三个叶片相互之间夹角为120度。为了调整叶片的迎风面积，以适应不同风速下的转速、功率要求，需要对叶片的变桨角度进行调整。由于三个叶片指向不同的方向，所以现有的风力发电机组叶片变桨通常是每个叶片单独变桨，即每个叶片需要一套独立的变桨机构，然后由三个叶片协调动作，从而实现三个叶片变桨角度的相同。这样就需要在轮毂上针对每个叶片安装一套变桨机构，不仅增加结构复杂程度，提高了风力发电机的制造成本，并且由于多套变桨机构的存在，相互之间的协调性需要及时校验核对，也导致使用寿命的下降。
发明内容
鉴于以上所述的技术问题，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组，解决现有风力发电机组变桨机构结构复杂、制造成本高的技术问题。
本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨驱动机构，用于风力发电机组的叶片，所述叶片的根部与连接轴连接，所述连接轴上设有滚齿；所述变桨驱动机构通过齿盘驱动所述滚齿使所述叶片同步变桨。
可选择地，所述连接轴通过滚动连接装置与所述机舱的前端滚动连接。
可选择地，所述变桨驱动机构，包括转轴、安装在所述转轴上并且与所述滚齿啮合的第一齿盘和第二齿盘、以及安装在所述转轴上的行星齿轮驱动结构，所述转轴通过所述行星齿轮驱动结构驱动所述第一齿盘和所述第二齿盘中的一个，而通过所述转轴直接驱动所述第一齿盘和所述第二齿盘中的另一个，使所述第一齿盘和所述第二齿盘反向转动。
可选择地，还包括桥架组件，套接在所述转轴上，包括同轴设置的桥架和桥架外滚轮。
可选择地，所述桥架与所述转轴之间设有桥架内滚轮。
可选择地，所述转轴的后端通过离合器与驱动电机连接。
本发明实施例还提供了一种风力发电机组变桨方法，包括：
通过齿盘同时驱动多个叶片的连接轴上的滚齿，以控制多个叶片变桨。
可选择地，所述齿盘包括安装于转轴上的第一齿盘和第二齿盘；并对应地，由所述转轴控制所述第一齿盘和所述第二齿盘反向转动。
可选择地，所述转轴通过行星齿轮机构驱动所述第一齿盘和所述第二齿盘中的一个，而通过所述转轴直接驱动所述第一齿盘和所述第二齿盘中的另一个，使所述第一齿盘和所述第二齿盘反向转动。
本发明实施例还提供了一种风力发电机组，包括以上所述的变桨驱动机构、所述叶片和机舱，所述机舱内设有发电机。
可选择地，所述机舱的前端为圆筒形状。
可选择地，还包括传动块，安装在所述发电机的转子的前端，所述叶片驱动所述传动块。
可选择地，所述传动块为环形形状，并且对应每个叶片设置一个凹槽，所述叶片的连接轴穿过所述凹槽。
可选择地，所述叶片上设有滚动支撑部件，所述滚动支撑部件位于所述凹槽中，所述叶片通过所述滚动支撑部件与所述凹槽接触。
可选择地，所述滚动连接装置为支撑滚轮，每个所述叶片的连接轴上安装一个所述支撑滚轮，所述支撑滚轮沿着所述机舱的前端做圆周运动。
可选择地，所述机舱的前端设有环形轨道，所述支撑滚轮通过连杆与所述环形轨道滑动连接。
可选择地，所述环形轨道的截面为T形槽，所述连杆的端部连接在所述T形槽中。
可选择地，所述滚动连接装置为推力轴承，全部叶片均连接到所述推力轴承。
可选择地，还包括导流罩，所述导流罩扣接在所述机舱的前端，以将所述滚动连接装置及所述桥架组件容置于其中。
可选择地，所述导流罩为分瓣式结构，并通过拼接方式连接形成罩体。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构、变桨方法及风力发电机组，通过齿盘可以同时控制多个叶片同步变桨，结构简单，省略了风力发电机组轮毂的结构，使风力发电机组的叶片机构更合理，变桨效果更好，提高风力发电机组的使用寿命。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明一实施例提供的风力发电机组的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的机舱与叶片连接的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的变桨驱动机构与叶片的连接结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的变桨驱动机构的结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的变桨驱动机构的局部结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的连接轴的结构示意图。
图中：
100、叶片；110、连接轴；111、滚齿；120、支撑滚轮；121、连杆；130、滚动支撑部件；
200、桥架组件；
300、机舱；310、环形轨道；
400、传动块；410、凹槽；
500、变桨驱动机构；510、转轴；520、第一齿盘；530、第二齿盘；540、行星齿轮驱动结构；550、桥架；560、桥架外滚轮；570、桥架内滚轮；580、离合器；590、端盖；
600、导流罩。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
如图1-6所示：本发明实施例提供一种风力发电机组，包括塔筒(图中未示出)、叶片100，叶片100的根部与连接轴110连接，连接轴110上设有滚齿111；变桨驱动机构500通过齿盘驱动所述滚齿111使叶片100同步变桨。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，通过齿盘可以同时控制多个叶片同步变桨，可以在现有风力发电机组的变桨机构的基础上进行调整，结构简单，省略了风力发电机组轮毂的结构，使风力发电机组的叶片机构更合理，变桨效果更好，提高风力发电机组的使用寿命。
可选择地，本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，连接轴110通过滚动连接装置与机舱300的前端滚动连接，通过机舱300对连接轴110提供支撑作用，从而使叶轮及变桨驱动机构的结构牢固，更稳定。
本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，连接轴110上设有滚齿111；对应地，设置变桨驱动机构500，并通过齿盘驱动滚齿111使叶片100变桨。通过一个变桨驱动机构500可以同时驱动三个叶片100进行变桨，结构简单，与现有技术中每个叶片都需要单独的变桨驱动机构驱动变桨相比，本实施例提供的风力发电机组能够控制三个叶片100同步变桨，并且能够实现精准控制。
本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，变桨驱动机构500包括转轴510、安装在转轴510上并且与滚齿111啮合的第一齿盘520和第二齿盘530、以及安装在转轴上的行星齿轮驱动结构540，行星齿轮驱动结构540驱动第一齿盘520，使第一齿盘520和第二齿盘530反向转动，其中需要在第一齿盘上加工内齿，并在转轴510的前端设有外齿，通过一个行星齿轮传动，从而使第一齿盘520的转动方向与转轴510的转动方向相反，而第二齿盘530在转轴510的带动下转动，从而使第一齿盘520和第二齿盘530实现反向转动。基于本领域技术人员的理解，也可以对第二齿盘530设计相应的行星齿轮驱动结构540，使第二齿盘530的转动方向与转轴510的转动方向相反，而第一齿盘520在转轴510的带动下转动，从而使第一齿盘520和第二齿盘530实现反向转动。
本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，还包括桥架组件200，套接在转轴510上，包括同轴设置的桥架550和桥架外滚轮560，其中桥架550与第一齿盘520接触，桥架外滚轮560与第二齿盘530接触，通过桥架外滚轮560使第一齿盘520和第二齿盘530之间自由地反向转动，不受反向转动的约束。
本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，桥架550与转轴510之间设有桥架内滚轮570。由于转轴510与第一齿盘520的转动方向相反，所以设置桥架内齿轮570，使第一齿盘520和转轴510之间自由地反向转动，不受反向转动的约束。
本实施例提供的风力发电机组变桨驱动机构，转轴510的后端通过离合器580与驱动电机连接，在需要变桨时，离合器580吸合带动转轴510驱动第一齿盘520和第二齿盘530反向转动，在不需要变桨时，离合器580脱离，此时只有转轴510随着桥架组件200转动。
本发明实施例还提供一种风力发电机组变桨方法，包括：
通过齿盘同时驱动多个叶片100的连接轴110上的滚齿，以控制多个叶片100变桨。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨方法，通过齿盘可以同时控制多个叶片同步变桨，结构简单，省略了风力发电机组轮毂的结构，使风力发电机组的叶片机构更合理，变桨效果更好，提高风力发电机组的使用寿命。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨方法，齿盘包括安装于转轴510上的第一齿盘520和第二齿盘530；并对应地，由转轴510控制第一齿盘520和第二齿盘530反向转动，以控制叶片100的连接轴110转动，进而控制叶片100变桨。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨方法，转轴510通过行星齿轮机构540驱动第一齿盘520，使第一齿盘520相对于转轴510反向转动，而第二齿盘530在转轴510的带动下与转轴510同步转动，从而使第一齿盘520和第二齿盘530反向转动。
本发明实施例还提供一种风力发电机组，包括以上实施例提供的变桨驱动机构500、叶片100和机舱300，在机舱300内设有发电机(图中未示出)，叶片100的根部与连接轴110连接，连接轴110通过滚动连接装置与机舱300的前端滚动连接，使叶片100通过连接轴110将载荷直接传递到机舱300上，并且叶片100在转动的过程中，连接轴110通过滚动连接装置与机舱300滚动连接，其中的滚动连接装置例如可以是一个整体的推力轴承，也可以是针对每个叶片设计的支撑滚轮120，发电机置于机舱300内，可以通过叶片100的连接轴110驱动发电机发电。
本发明实施例提供的风力发电机组，通过齿盘可以同时控制多个叶片同步变桨，结构简单，省略了风力发电机组轮毂的结构，使风力发电机组的叶片机构更合理，变桨效果更好，提高风力发电机组的使用寿命，传动效果更稳定。
本实施例提供的风力发电机组，机舱300的前端为圆筒形状，以针对推力轴承，或者针对支撑滚轮120设计环形轨道310。
本实施例提供的风力发电机组，还包括传动块400，安装在发电机的转子的前端，叶片100驱动传动块400，进而通过传动块400驱动发电机的转子转动，使发电机发电。本实施例可以不需要单独设计低速轴，而使用叶片100驱动传动块400带动发电机的转子转动，进而使发电机发电。
本实施例提供的风力发电机组，传动块400为环形形状，并且对应每个叶片100设置一个凹槽410，叶片100的连接轴110穿过凹槽410，通过叶片100的连接轴110驱动凹槽410，进而使传动块400带动发电机的转子转动，使发电机发电。
本实施例提供的风力发电机组，叶片100上设有滚动支撑部件130，滚动支撑部件130位于凹槽410中，叶片100通过滚动支撑部件130与凹槽410接触。风力发电机组在风力作用下发电的过程中，还需要根据风力的大小控制叶片100的变桨角度，叶片100在变桨的过程中自身要绕着连接轴110转动，在连接轴110上设计滚动支撑部件130，使连接轴110在叶片100变桨转动的过程中不会与凹槽410之间产生滑动摩擦，通过滚动支撑部件130的滚动摩擦代替滑动摩擦，使叶片100变桨更容易控制，并且减少变桨过程中的摩擦阻力。滚动支撑部件130可以选用轴承类结构。
本实施例提供的风力发电机组，滚动连接装置为支撑滚轮120，每个叶片100的连接轴110上安装一个支撑滚轮120，支撑滚轮沿着机舱300的前端做圆周运动。支撑滚轮120可以使连接轴110与机舱300之间的相对运动为滚动摩擦，使机舱300位叶片100提供载荷支撑作用的同时，降低了机舱300和叶片100之间的传动阻力。
本实施例提供的风力发电机组，机舱300的前端设有环形轨道310，支撑滚轮120通过连杆121与环形轨道310滑动连接。环形轨道310余连杆121对应设计，连杆121能够沿着环形轨道310做圆周运动，并且可以在连杆上设计限位结构，避免连杆121脱离环形轨道310。
本实施例提供的风力发电机组，环形轨道310的截面为T形槽，连杆121的端部连接在T形槽中，对应地，在连杆121的端部设置为与T形槽配合的T形块，从而避免在叶片承受侧风作用时，叶片100自机舱300分开。在不承受侧风作用时，T形块与T形槽之间是间隙配合，所以不会增加叶片100与机舱300之间的阻力。
本实施例提供的风力发电机组，滚动连接装置为推力轴承(图中未示出)，全部叶片100均连接到推力轴承。推力轴承的一个端环与机舱300连接，另一端环是自由端，全部叶片100分别与推力轴承的另一端环固定连接，从而使推力轴承能够承载全部叶片100的载荷。
本实施例提供的风力发电机组，还包括导流罩600，导流罩扣接在机舱300的前端，以将滚动连接装置及桥架组件200容置于其中。导流罩600采用流线型设计，以降低导流罩600对气流的阻力。通常地，导流罩600的外表面采用回转体设计。
导流罩600为分瓣式结构，并通过拼接方式连接形成罩体。采用分瓣式结构的导流罩600，可以分切成多个分体结构，例如可以做成三个相同的分体结构，或者做成六个相同(或者对称)的分体结构，并在对应叶片100的位置预留安装孔，使加工制造和安装都变得简单可行。相比于整体式结构，采用分瓣式结构的导流罩600在实施的过程中更具有实用性。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (19)

1.一种风力发电机组变桨驱动机构，用于风力发电机组的叶片(100)，其特征在于，所述风力发电机组包括机舱(300)，所述叶片(100)的根部与连接轴(110)连接，所述连接轴(110)上设有滚齿(111)；所述变桨驱动机构(500)通过齿盘驱动所述滚齿(111)使所述叶片(100)同步变桨，所述连接轴(110)通过滚动连接装置与所述机舱(300)的前端滚动连接。
2.如权利要求1所述的风力发电机组变桨驱动机构，其特征在于，
所述变桨驱动机构(500)，包括转轴(510)、安装在所述转轴(510)上并且与所述滚齿(111)啮合的第一齿盘(520)和第二齿盘(530)、以及安装在所述转轴上的行星齿轮驱动结构(540)，所述行星齿轮驱动结构(540)驱动所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)中的一个，而通过所述转轴(510)直接驱动所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)中的另一个，使所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)反向转动。
3.如权利要求2所述的风力发电机组变桨驱动机构，其特征在于，
还包括桥架组件(200)，套接在所述转轴(510)上，包括同轴设置的桥架(550)和桥架外滚轮(560)。
4.如权利要求3所述的风力发电机组变桨驱动机构，其特征在于，
所述桥架(550)与所述转轴(510)之间设有桥架内滚轮(570)。
5.如权利要求2所述的风力发电机组变桨驱动机构，其特征在于，
所述转轴(510)的后端通过离合器(580)与驱动电机连接。
6.一种风力发电机组变桨方法，包括：通过齿盘同时驱动多个叶片(100)的连接轴(110)上的滚齿，以控制多个叶片(100)变桨，所述风力发电机组包括机舱(300)，所述连接轴(110)通过滚动连接装置与所述机舱(300)的前端滚动连接。
7.如权利要求6所述的风力发电机组变桨方法，其特征在于，
所述齿盘包括安装于转轴(510)上的第一齿盘(520)和第二齿盘(530)；并对应地，由所述转轴(510)控制所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)反向转动。
8.如权利要求7所述的风力发电机组变桨方法，其特征在于，
所述转轴(510)通过行星齿轮机构(540)驱动所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)中的一个，而通过所述转轴(510)直接驱动所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)中的另一个，使所述第一齿盘(520)和所述第二齿盘(530)反向转动。
9.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1至5任意一项所述的变桨驱动机构(500)、所述叶片(100)和机舱(300)，所述机舱(300)内设有发电机。
10.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，
所述机舱(300)的前端为圆筒形状。
11.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，
还包括传动块(400)，安装在所述发电机的转子的前端，所述叶片(100)驱动所述传动块(400)。
12.如权利要求11所述的风力发电机组，其特征在于，
所述传动块为环形形状，并且对应每个叶片(100)设置一个凹槽(410)，所述叶片(100)的连接轴(110)穿过所述凹槽(410)。
13.如权利要求12所述的风力发电机组，其特征在于，
所述叶片(100)上设有滚动支撑部件(130)，所述滚动支撑部件(130)位于所述凹槽(410)中，所述叶片(100)通过所述滚动支撑部件(130)与所述凹槽(410)接触。
14.如权利要求9-13任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括滚动连接装置，所述滚动连接装置为支撑滚轮(120)，每个所述叶片(100)的连接轴(110)上安装一个所述支撑滚轮(120)，所述支撑滚轮沿着所述机舱(300)的前端做圆周运动。
15.如权利要求14所述的风力发电机组，其特征在于，
所述机舱(300)的前端设有环形轨道(310)，所述支撑滚轮(120)通过连杆(121)与所述环形轨道(310)滑动连接。
16.如权利要求15所述的风力发电机组，其特征在于，
所述环形轨道(310)的截面为T形槽，所述连杆(121)的端部连接在所述T形槽中。
17.如权利要求14所述的风力发电机组，其特征在于，
所述滚动连接装置为推力轴承，全部叶片(100)均连接到所述推力轴承。
18.如权利要求14所述的风力发电机组，其特征在于，
还包括导流罩(600)以及桥架组件(200)，所述导流罩扣接在所述机舱(300)的前端，以将所述滚动连接装置及所述桥架组件(200)容置于其中。
19.如权利要求18所述的风力发电机组，其特征在于，
所述导流罩(600)为分瓣式结构，并通过拼接方式连接形成罩体。
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