CN101696675B

CN101696675B - 一种无助力变桨距水平轴风力发电机

Info

Publication number: CN101696675B
Application number: CN2009101932996A
Authority: CN
Inventors: 赵伟强
Original assignee: GUANGZHOU HONGYING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Hy Energy Technology Ltd corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: CN101696675A

Abstract

一种无助力变桨距水平轴风力发电机，包括发电机组、轮毂、桨叶及桨叶柄；轮毂上设有二个以上的轴承座；桨叶柄通过轴承设置在轴承座上；桨叶连接在桨叶柄的一端部上；轮毂能在花键轴上轴向运动；花键轴上设有一齿条座，齿条座上设有齿条；桨叶柄与安装桨叶相对的一端设有齿轮；齿轮与齿条相啮合；齿条座的一侧面与轮毂断面之间设有弹簧。本结构，当实际风速大于风力发电机所设定的风速后，作用在桨叶和轮毂上的力推动桨叶和轮毂克服弹簧的弹力沿花键轴轴线方向运动，在齿条和齿轮的作用下带动桨叶柄和桨叶旋转，改变桨叶的桨距角，提高了风力发电机的抗风能力，且变桨距精度高，结构简单。

Description

一种无助力变桨距水平轴风力发电机

技术领域

本发明涉及一种变桨距风力发电机，特别是水平轴风力发电机上的无助力变桨距结构。

背景技术

利用自然风进行风力发电是人类对可再生能源的充分利用，具有安装方便灵活、无污染、保护环境的特点，越来越受到人们的重视。但是，在风力发电机领域中，特别是中小型风力发电机中，由于风速过大从而造成发电机损毁这一问题一直是较难解决的技术问题。在授权公告号为CN201265487Y申请日为2008.5.29的专利文件中公开了一种飞杆同步变桨距机构包括启动弹簧，同步拉杆，调速弹簧，同步导向，风轮毂、叶片法兰、飞杆、叶片轴、同步盘，同步变桨距机构由三个变桨单元组成，每个变桨单元由同步拉杆、叶片法兰、飞杆、叶片轴组成，各变桨单元的同步拉杆的一端固定在可以沿着同步导向的轴向滑动同步盘上；变桨单元固定在风轮毂上。上述结构是通过飞杆离心力的变化来改变叶片的攻角，但作用在风力发电机上的风速无时都不在变化，并且，从风速变化到产生与风速相对应的离心力需要一定的时间，因此，叶片的攻角就得不到及时的改变，因此，很难保证在某一风速下使风力发电机产生最佳功率。在授权公告号为CN201103517Y申请日为2007.9.29的专利文件中披露了一种风力发电机变桨调速装置包括发电机外壳，安装在发电机外壳中的主轴、安装在主轴顶端的桨叶，主轴的两端与外壳之间安装有轴承，主轴的中段固定安装有转子，在转子四周的外壳的内壁上固定安装有定子，主轴为空心轴，其外壳以外的前端固定连接轮毂，轮毂上等角度地安装有两只以上的轴承座，轴承座中安装桨叶柄，桨叶固定安装在桨叶柄的顶端；主轴的空腔中安装有可滑动的推杆，推杆的前端伸出主轴以外，并通过轴承安装有推杆盘，推杆盘通过拐臂连接到桨叶柄上；推杆的后端伸出外壳以外，并套装有压缩弹簧，压缩弹簧的两端各安装一弹簧座，其中一个弹簧座与推杆固定连接，另一弹簧座与主轴的延长端固定连接；推杆的末端连接有风板连杆，风板连杆铰接在与外壳固定连接的支撑点上，风板连杆的顶端固定安装有风板。这种结构是风板在风力作用下克服压缩弹簧的弹力使推杆通过拐臂促使桨叶旋转，此结构的风力发电机工作时，风板受到一推力，同时，桨叶和轮毂也受到与风板推力相同方向的推力，当风速超过风力发电机所能承受的最大风速时，通过风板作用在推杆上的力与叶片和轮毂上所受到的由风所产生的推力相反，使得两个方向上的有一部分出现了相抵消的现象，这样，桨叶自身的实际转角相对于理论转角要小，这样，无法将风速的大小与桨叶的理论转角对应起来，不能准确反映风速对风力发电机功率的影响，即当风速达到风力发电机所能设定的风速时，由于存在力的抵消，因此桨叶不会发生转角，但风力发电机的功率已经达到最大承受功率，这样，就很容易损毁机组；另外，此结构的变桨装置一部分是设置在轮毂上，另一部分设置在机壳内，其中推杆必须要穿过发电机组，因此，结构复杂，制造和安装困难。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种变桨距角精确，结构简单的无助力变桨距水平轴轴风力发电机。

为达到上述目的，一种无助力变桨距水平轴风力发电机，包括发电机组、轮毂、桨叶及桨叶柄；所述轮毂上设有二个以上的轴承座；桨叶柄通过轴承设置在轴承座上；所述的桨叶连接在桨叶柄的一端部上；所述的轮毂上设有与发电机组转子同轴且与转子连接的花键轴，所述的轮毂能在花键轴上轴向运动；所述的花键轴上设有一齿条座，齿条座上设有与桨叶数量相等的齿条；所述的桨叶柄与安装桨叶相对的一端设有齿轮；所述的齿轮与齿条相啮合；所述的轮毂由轮毂架、前端盖和后端盖构成，在齿条座和前端盖之间设有弹簧；当实际风速大于风力发电机所设定的风速后，作用在桨叶和轮毂上的力推动桨叶和轮毂克服弹簧的弹力沿花键轴轴线方向运动，在齿条和齿轮的作用下带动桨叶柄和桨叶旋转，改变桨叶的桨距角。

上述结构，由于是采用齿轮和齿条转动使直线运动转变为桨叶柄和桨叶的旋转运动，以改变轮毂的转速，提高风力发电机的抗风能力，由风速作用在桨叶和轮毂上的力使轮毂的直线运动能及时的转变成为桨叶柄和桨叶的旋转运动，这样，风速的大小能准确、及时的与发电机的实际功率相对应，灵敏度高，由于齿条共用一个齿条座，这样，能使桨叶和桨叶柄同步旋转相同的角度，因此，变桨距角的精度高；由于此结构的变桨距结构仅由花键轴、齿条座、齿条和齿轮构成，组成的构件少，且全部安装在轮毂内，因此，结构简单，制造和安装容易；设置弹簧对轮毂和桨叶具有抗冲击能够，起到保护轮毂和桨叶的作用。

作为改进，所述的轮毂前端面内侧设有前花键套，轮毂后端面的内侧设有后花键套；所述的前花键套和后花键套滑动设置在花键轴上。

设置前花键套和后花键套一方面用于限制轮毂的直线运动距离，防止轮毂滑出花键轴，另一方面通过控制轮毂的运动距离间接的控制桨叶桨距角的变化范围。

附图说明

图1为本发明的结构视图；

图2为变桨距轮毂结构示意图；

图3为正常工作时状态图；

图4为变桨时工作状态图；

图5为花键轴的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

如图1至图3所示的无助力变桨距水平轴风力发电机，包括塔柱1、发电机组2、轮毂3、桨叶4、桨叶柄5、花键轴6、齿条座7、齿条8、齿轮9、前花键套10、后花键套11、弹簧12。发电机组2安装在塔柱1上。所述的轮毂3由轮毂架31、前端盖32和后端盖33构成，前端盖32通过螺钉固定在轮毂架31的前端部上，后端盖33通过螺钉固定在轮毂架31的后端部上，轮毂3内有一空腔34，在轮毂架31上均匀的设置了三个轴承座，轴承座上设有轴承，所述的桨叶柄5安装在轴承上，且一端伸入到空腔34内；所述的桨叶4安装在桨叶柄5的一端；齿轮9安装在桨叶柄5伸入空腔34的一端，当然，齿轮9还可以和桨叶柄5制造成一体；所述的花键轴6穿过空腔34设在前端盖32和后端盖33上，花键轴6的轴心与发电机组2的转子轴线同心，且花键轴6安装在转子上；所述的齿条座7固定安装在花键轴6的中部，且位于空腔34内；所述的齿条8安装在齿条座7上，当然，齿条8也可以和齿条座7制造成一体，齿条8的数量为三个；所述的前花键套10安装在前端盖32的内侧面上，后花键套11安装在后端盖33的内侧面上，前花键套10和后花键套11套设在花键轴6上；所述的轮毂3、前花键套10和后花键套11能够在花键轴6上花键轴6的轴线方向上运动；所述的弹簧12设在前端盖32和齿条座7之间。

其工作原理为：当风速小于风力发电机所设定的风速时，风力发电机的工作状态如图3所示作用在桨叶4和轮毂3上的推力不能克服弹簧12的弹力而不能运动，使得桨叶4在正常工作状态下工作，桨叶4的迎风面最大，发电机产生的功率大；当风速大于风力发电机所设定的风速时，风力发电机的工作状态如图4所示作用在桨叶4和轮毂3上的推力克服弹簧12的弹力在花键轴6的轴线方向上轮毂3沿花键轴6运动，轮毂3的运动带动桨叶柄5和桨叶4运动，同时，在齿条8和齿轮9的作用下三个桨叶柄5和桨叶4同时沿自身的轴线旋转，使桨距角发生变化，即桨叶4的迎风面减小，桨叶4的迎风面减小了，轮毂3的转速也跟随减小，以保护发电机不被损毁，提高风力发电机的抗风能力，当风速减小后，轮毂3在弹簧12的作用下复位，在齿轮和齿条的作用下使桨叶4复位到迎风面积大的状态下，以保证风力发电机有最佳的功率。

本发明的结构，由于是采用齿轮和齿条转动使直线运动转变为桨叶柄5和桨叶4的旋转运动，以改变轮毂3的转速，提高风力发电机的抗风能力，由风速作用在桨叶4和轮毂3上的力使轮毂3的直线运动能及时的转变成为桨叶柄5和桨叶4的旋转运动，这样，风速的大小能准确、及时的与发电机的实际功率相对应，灵敏度高，由于齿条8共用一个齿条座7，这样，能使桨叶4和桨叶柄5同步旋转相同的角度，因此，变桨距角的精度高；由于此结构的变桨距结构仅由花键轴6、齿条座7、齿条8和齿轮9构成，组成的构件少，且全部安装在轮毂3内，因此，结构简单，制造和安装容易。设置弹簧12对轮毂和桨叶具有抗冲击能够，起到保护轮毂和桨叶的作用。设置前花键套10和后花键套11一方面用于限制轮毂3的直线运动距离，另一方面通过控制轮毂3的运动距离间接的控制桨叶4桨距角的变化范围。

Claims

1.一种无助力变桨距水平轴风力发电机，包括发电机组、轮毂、桨叶及桨叶柄；所述轮毂上设有二个以上的轴承座；桨叶柄通过轴承设置在轴承座上；所述的桨叶连接在桨叶柄的一端部上；其特征在于：所述的轮毂上设有与发电机组转子同轴且与转子连接的花键轴，所述的轮毂能在花键轴上轴向运动；所述的花键轴上设有一齿条座，齿条座上设有与桨叶数量相等的齿条；所述的桨叶柄与安装桨叶相对的一端设有齿轮；所述的齿轮与齿条相啮合；所述的轮毂由轮毂架、前端盖和后端盖构成，在齿条座和前端盖之间设有弹簧；当实际风速大于风力发电机所设定的风速后，作用在桨叶和轮毂上的力推动桨叶和轮毂克服弹簧的弹力沿花键轴轴线方向运动，在齿条和齿轮的作用下带动桨叶柄和桨叶旋转，改变桨叶的桨距角。

2.根据权利要求1所述的无助力变桨距水平轴风力发电机，其特征在于：所述的轮毂前端面内侧设有前花键套，轮毂后端面的内侧设有后花键套；所述的前花键套和后花键套滑动设置在花键轴上。