CN101014767A - 风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

由于将发电机转子支承于主轴上，所以，必须将主轴设计得较长，存在重量变大而且组装性变差的问题。风力发电装置由于为将风车、发电机等大重量物保持于预定高度的塔上的构造，所以，要求尽可能地使风力发电装置轻量化。本发明在主轴(10)的一端部支承轮毂(29)，在多端部支承发电机转子(12)，将主轴壳体(40)与发电机壳体(20)一体化，使固设于上述主轴(10)后部的发电机转子(12)成为朝后方开放的形状，从该后方开放部可装拆地固设主轴(10)和发电机转子(12)，在发电机壳体(20)的后方开放部至少配置俯仰角控制轴(37)的回转连接部(33)。

Description

风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种将风能转换成电能的风力发电装置，特别是涉及具有俯仰角(ピツチ)可变叶片的风力发电装置的技术。
背景技术
以前，已知这样的风力发电装置，该风力发电装置通过风车将风能转换成回转动力，将该回转动力传递到与风车连接的发电机，由发电机将传递的回转动力转换成电能。
在这样的风力发电装置中，例如具有由使用了齿轮机构的增速装置将风车的回转增速后进行发电的增速类型，及不使风车的回转增速地直接传递而进行发电的直接类型。后者与前者相比，需要大型(大直径)的发电机，但具有不需要复杂机构的增速装置这一优点。
另外，在风力发电装置中，存在具有俯仰角改变机构的类型，由俯仰角改变机构改变构成风车的叶片的俯仰角，对应于风速，将风车的转速调节到适合发电机的转速。
作为这样的直接类型而且具有俯仰角改变机构的风力发电装置，已知这样的装置，该装置将轮毂支承于主轴的前端，在该主轴上支承发电机转子(例如参照专利文献1和专利文献2)。
专利文献1：日本特开2002-31031号公报
专利文献2：日本特开2005-113823号公报
然而，在公开于专利文献1和专利文献2的发电机中，由于在主轴上支承发电机转子，所以，必须将主轴设置得较长，存在重量变大而且组装性差的问题。风力发电装置为在预定高度的塔上保持风车、发电机等重量物的构造，所以，要求尽可能地使风力发电装置轻量化。
发明内容
要解决的问题在于，实现将风车、发电机等重量物保持于预定高度的风力发电装置的轻量化和紧凑化。
在本发明的风力发电装置中，将旋转台设于塔上端，
在该旋转台上设置台架，
在该台架上设置撑条，
在该撑条上设置主轴壳体和发电机壳体，
在该主轴壳体与主轴间设置轴承；其中：
在主轴的一端部支承轮毂，在另一端部支承发电机转子。
另外，在本发明的风力发电装置中，上述主轴壳体与上述发电机壳体被设置成一体化。
另外，在本发明的风力发电装置中，使上述发电机壳体内的发电机转子形成为朝后方开放的形状，从该后方开放部可装拆地固定主轴与发电机转子。
另外，在本发明的风力发电装置中，在发电机壳体的后方开放部至少配置俯仰角控制轴的回转连接部。
即，在本发明的风力发电装置中，将旋转台设于塔上端，
在该旋转台上设置台架，
在该台架上设置撑条，
在该撑条上设置主轴壳体和发电机壳体，
在该主轴壳体与主轴间设置轴承；其中：
在主轴的一端部支承轮毂，在另一端部支承发电机转子，
因此，仅由主轴支承该发电机转子，所以，可缩短全长。结果，容易配置俯仰角控制用液压缸，可进一步实现全长的缩短化。
另外，由于将上述主轴壳体与上述发电机壳体设置成一体化，
所以，转子壳体与发电机壳体不能相对回转，不需要发电机壳体的安装脚等，可减少部件数量，可实现安装作业的简化和成本降低。
另外，由于使上述发电机壳体内的发电机转子形成为朝后方开放的形状，从该后方开放部可装拆地固定主轴与发电机转子，
因此，只要拆下安装板，即可从转子后方使发电机转子与主轴接触，在这样接触的状态下，作业者从后方将手伸到发电机转子中，将螺栓嵌入到上述安装用凸缘部，可将发电机转子固定于主轴。此外，还可实现风力发电装置的轻量化和紧凑化。
另外，由于在发电机壳体的后方开放部至少配置俯仰角控制轴的回转连接部，
所以，容易将该俯仰角控制机构的一部分配置到该发电机壳体内部，可缩短机舱全长。另外，由于为该发电机壳体后方开放的构造，所以，俯仰角控制用液压缸的安装、相关机构等的配置不受到制约，可实现安装作业的简化。
附图说明
图1为示出适用本发明的风力发电装置1的一实施例的正面图。
图2为示出风力发电装置1的机舱5内部的构造的侧面截面图。
图3为示出主轴10周边的放大侧面截面图。
符号的说明
1   风力发电装置
10  主轴
12  发电机转子
13  定子
20  发电机壳体
29  轮毂
33  杆轴承部(回转连接部)
37  俯仰角控制轴
40  主轴壳体
具体实施方式
下面，说明发明的实施形式。
图1为示出适用本发明的风力发电装置1的一实施例的正面图，图2为示出风力发电装置1的机舱5内部的构造的侧面截面图，图3为示出主轴10周边的放大侧面截面图。
下面根据图1、图2说明风力发电装置1的概略构成。
本实施例的风力发电装置1由风车2将风能转换成回转动力，由主轴10将该回转动力传递到与该风车2直接连接的发电机11，由该发电机11将传递的回转动力转换成电能。风力发电装置1由风车2、主轴10、发电机11、机舱5、及塔7等构成，该风车2将风能转换成回转动力，该主轴10为该风车2的回转轴，该发电机11将风车2的回转动力转换成电能，该机舱5收容主轴10和发电机11，该塔7将该机舱5保持于预定高度。
风车2由多片(在本实施例的图1中为3片)叶片3·3·3构成，该叶片3·3·3安装于主轴10。叶片3由树脂(例如纤维强化塑料)等轻质的材质构成。在风力发电装置1上，将俯仰角改变装置30连接于叶片3的安装基部，由该俯仰角改变装置30可改变叶片3的俯仰角。该俯仰角改变装置30在后面说明。
另外，在风力发电装置1上具有旋转装置60，由该旋转装置60使机舱5旋转，使风车2朝着与风向相向的方向。旋转装置60配置于塔7的上端，可由液压马达62旋转地支承旋转台52。旋转台52在其上面配置有台架6。
在台架6上设置有支承主轴壳体40的撑条50、用于使作为执行机构的液压缸34和液压马达62作动的图中未示出的液压单元、及机舱5等，该液压缸34和液压马达62为俯仰角改变装置30的驱动装置。上述执行机构不限于液压缸34，也可为电动缸、气缸、螺线管等，只要为直动型的执行机构(アクチュエ一タ)即可。另外，上述液压马达62也可为电动机。
下面使用图2和图3说明机舱5内部的构造。
在机舱5的内部，除了主轴10、发电机11外，还收容有主轴壳体40、发电机壳体20等。另外，在主轴10上，在前方(在图2中为左方向)固定地设置用于收容俯仰角改变装置30的壳体(由于成为后述的叶片3·3·3的轮毂，所以，以下称轮毂)29，在后方固定设置周围具有永久磁铁14等的发电机转子12。在俯仰角改变装置30连接叶片3，可如后述那样控制俯仰角。
机舱5由前部机舱5b和后部机舱5c构成；该前部机舱5b与叶片3·3·3一起回转；该后部机舱5c通过撑条51等固定地设置于旋转台52，不与叶片3一起回转。
主轴10后方的发电机转子12如图2所示那样，从后方由发电机壳体20覆盖，在该发电机壳体20的前方覆盖上述主轴10地配置主轴壳体40。
主轴10形成为大致圆筒形，在前部形成凸缘部，由螺栓等固定地设置于轮毂29的后面。在主轴壳体40上安装加强用的肋24·24，在发电机壳体20的外周突设多个散热用的翅片25·25...。
在主轴壳体40的后部设有大宽度的凸缘部40b，该凸缘部40b的外周直径与配置于后方的发电机壳体20的直径大致相同地形成。在主轴壳体40后部的凸缘部40b的更外周形成用于嵌入螺栓等的安装用凸缘部40c，在发电机壳体20的前部也形成安装用凸缘部20b，由螺栓等相互固定该凸缘部40c·20b，从而将主轴壳体40与发电机壳体20一体化地固定设置。
主轴壳体40由撑条50·50从左右夹住固定设置，该撑条50·50由螺栓固定于台架6上。主轴壳体40的支承构成可为从左右夹住那样的构成，也可为载置到撑条50·50上固定的方法。或者，撑条50·50也可与主轴壳体40成为一体。
在发电机壳体20后部形成凸缘部20c，由螺栓等固定该凸缘部20c与形成于安装板21周围的凸缘部21b，从而由安装板21堵塞发电机壳体20内的空间后部。安装板21大致形成为圆盘状，可贯通后述的液压缸34地在中央部形成缸贯通孔21c。
由于这样将上述主轴壳体40与上述发电机壳体20一体化，所以，该主轴壳体40与该发电机壳体20不能相对回转，不需要发电机壳体20的安装脚等，可减少部件数量，实现安装作业的简化和成本降低。
发电机11由发电机转子12和定子13构成，该发电机转子12由螺栓等固定于主轴10后部，该定子13在该发电机转子12的外侧隔开预定间隔相向配置。在发电机转子12的前部，将大宽度的凸缘部12b设于内周。在该凸缘部12b的更内周形成用于贯通螺栓55的安装用凸缘部12c，在主轴10的后部形成安装用凸缘部10b。通过用螺栓55等相互固定该安装用凸缘部10b·12c，从而将主轴10与发电机转子12设置成一体化。这样，发电机转子12的形状成为后方开放的短筒状。
为此，如拆卸安装板21，则从主轴10的后方使发电机转子12与主轴接触，在这样接触的状态下，作业者可从后方将手伸入到发电机转子12中，将螺栓嵌入到上述安装用凸缘部10b·12c，将发电机转子12固定于主轴10。
由于这样使上述发电机壳体20内的发电机转子12成为后方开放的形状，可从该后方开放部装拆地固定主轴10与发电机转子12，所以，如仅拆下安装板21，则使发电机转子12从主轴10后方接触于主轴，在这样接触的状态下，作业者可从后方将手伸到发电机转子12中，将螺栓嵌入到上述安装用凸缘部10b·12c中，将发电机转子12固定于主轴10。此外，还可实现风力发电装置1的轻量化和紧凑化。
在发电机转子12的周围固定永久磁铁14，固定于发电机壳体20内周的定子13由线圈构成，发电机11成为永久磁铁型的同步发电机的构成。此外，也可为鼠笼式或绕组式感应发电体。
通过这样增大发电机转子12的直径，从而不需要由使用了齿轮机构等复杂机构的增速装置进行增速地实施发电，可直接传递风车2的回转而进行发电。也可由线圈构成发电机转子12，代替在发电机转子12固定永久磁铁14的构成。
上述主轴壳体40在主轴10的外周与主轴10隔开预定间隔地配置，主轴10由主轴壳体40覆盖。如上述那样，发电机转子12不能相对主轴10回转，由风车2的回转与主轴10一起回转。
另一方面，由于定子13固定于发电机壳体20的内面，该发电机壳体20固定于主轴壳体40，该主轴壳体40由固定于台架6的撑条50支承，所以，即使风车2、主轴10、发电机转子12回转，定子13也不回转。
这样，发电机壳体20将安装在主轴10上的发电机转子12覆盖进行安装，主轴壳体40覆盖主轴10地安装着，主轴10与发电机转子12可相对主轴壳体40和发电机壳体20回转地构成。
如上述那样，发电机壳体20、定子13、安装板21整体上关于发电机转子12的回转轴(轴心)成为对称的形状。但是，只要安装于发电机壳体20的定子13关于主轴10的轴心对称即可，发电机壳体20的形状自身并不需要对称。
在安装板21的中央部贯通用于控制俯仰角改变装置30的液压缸34，该液压缸34由螺栓等固定于安装板21。该液压缸34固定于安装板21，所以，即使主轴10、发电机转子12回转，液压缸34也不回转。
在以上那样的构成中，主轴10和发电机转子12贯通主轴壳体40和发电机壳体20地安装，同时，在该主轴壳体40的前后(轴心方向)两侧通过前部轴承15和后部轴承16支承。这样，通过轴承15·16支承主轴10，所以，主轴10和发电机转子12可相对主轴壳体40和发电机壳体20回转。
由于这样构成，所以，当风车2受到风的作用时，主轴10回转。这样，固定于主轴10的发电机转子12相对固定于发电机壳体20的定子13回转，在发电机转子12与定子13间进行发电。即，由风车2从风能转换的回转动力传递到主轴10，该回转动力由发电机11转换成电能。
下面，参照图3说明主轴10内部的构造。
在本实施例中，不由使用齿轮机构的增速装置等增速地将风车2的回转传递到主轴10进行发电。为此，发电机11成为低速类型，直径大，所以，主轴10、发电机转子12的直径与具有增速装置的场合相比较大。这样，通过使主轴10、发电机转子12大直径化，从而即使减小主轴10、发电机转子12的壁厚，也可保持其强度。由该主轴10的薄壁化和上述主轴10的缩短，可实现主轴10的轻量化。另外，如以下那样有效地利用通过主轴10的缩短形成的、处于主轴10后方而且处于发电机壳体20内的空间。
如上述那样，轮毂29、主轴10、发电机转子12成为在内部具有空间的阶梯圆筒状。在该空间内，收容构成俯仰角改变装置30的液压缸34、臂31、连杆32、杆轴承部33、俯仰角控制轴37等，从而可有效地利用该主轴10内部、主轴10后方的空间。主轴10的前端面由螺栓等可自由装拆地构成圆盘53，从而可在加工·组装和维护时开口。
在固设于主轴10前方的轮毂29，安装多片叶片3·3·3。为此，在轮毂29形成用于安装叶片3·3·3的多个(与叶片3的片数相等的数量)的开口部29b·29b...。在该开口部29b插入连接主轴10与叶片3的柄4，该柄4通过轴承41可回转地支承于主轴10。叶片3连接到柄4的一端侧(从主轴10朝外方突出的一侧)。
由于这样将柄4可回转地安装于主轴10，所以，叶片3可相对主轴10回转。这样，通过使柄4回转，从而可改变叶片3的俯仰角。
这样的叶片3的俯仰角的改变可由俯仰角改变装置30进行。俯仰角改变装置30用于改变叶片3的俯仰角，对应于风速由发电机11将风车2的转速调节成优选的转速，在该俯仰角改变装置30上具有臂31、连杆32、杆轴承部33、液压缸34、俯仰角控制轴37等。在这里，俯仰角改变装置30借助液压单元而作动。
下面说明由俯仰角改变装置30进行的叶片3的俯仰角的改变。
在上述柄4的一端侧(轮毂29侧)，臂31的一端侧连接固定到从柄4的回转轴心偏心的位置，该臂31的另一端侧枢接于连杆32的一端侧。另外，连杆32的另一端侧可自由回转地枢支于俯仰角控制轴37的前端部37b。也可在连杆32安装松紧螺旋扣(タ一ンバツクル)等，使得长度可调节。
俯仰角控制轴37在液压缸34的杆34a的延长线上通过杆轴承部33可朝与杆34a相同的方向延伸地配置。杆轴承部33由推力轴承等构成，该杆轴承部33安装于杆34a的前端部。这样，俯仰角控制轴37可相对杆34a回转、可朝俯仰角控制轴37的轴心方向移动地安装着。
液压缸34沿该主轴10的轴心配置。即，在同一轴心上配置定子13、发电机转子12、主轴10、液压缸34、俯仰角控制轴37。
该液压缸34的后部固定在上述安装板21上，通过该安装板21安装于发电机壳体20。因此，即使风车2回转，液压缸34和杆34a也不回转。而俯仰角控制轴37、连杆32、臂31随风车2的回转而回转。
在这样的构成中，当液压缸34伸缩时，与此相随，杆轴承部33沿液压缸34的轴向(主轴10的轴心方向)移动。这样，俯仰角控制轴37移动，臂31随枢支于俯仰角控制轴37的前端部37b的连杆32一起回转。结果，叶片3以柄4的轴心为轴与柄4一起回转。在主轴10的内面，由控制轴导向件36·38支承俯仰角控制轴37，该控制轴导向件36·38对俯仰角控制轴37的移动进行引导地设置。
在以上那样的机舱5内部，主轴10、发电机转子12、臂31、连杆32、俯仰角控制轴37随风车2的回转一起回转。另一方面，即使风车2回转，主轴壳体40、发电机壳体20、定子13、安装板21、液压缸34、及杆34a也不回转。
由于这样在发电机壳体20的后方开放部至少配置俯仰角控制轴37的回转连接部33，所以，
机舱5的全长可缩短。另外，由于为开放后方的构造，所以，俯仰角控制用液压缸34的安装、相关机构等配置不受制约，可实现安装作业的简化。
产业上利用的可能性
本发明实现将风车、发电机等大重量的物品保持于预定高度的风力发电装置的轻量化和紧凑化。

Claims (4)

1.一种风力发电装置，
将旋转台设于塔上端，
在该旋转台上设有台架，
在该台架上设有撑条，
在该撑条上设有主轴壳体和发电机壳体，
在该主轴壳体与主轴间设有轴承；其特征在于：
在主轴的一端部支承轮毂，在另一端部支承发电机转子。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：上述主轴壳体与上述发电机壳体被设置成一体。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：使固定于上述主轴后部的发电机转子形成为朝后方开放的形状，从该后方开放部可装拆地固定主轴与发电机转子。
4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于：在发电机壳体的后方开放部至少配置有俯仰角控制轴的回转连接部。
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