CN101981311A - 风力发电装置的间距驱动装置以及风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置的间距驱动装置及风力发电装置，能够以简单的结构防止间距驱动装置的可靠性受损。其具有：翼根部相对于旋翼头(4)能够围绕轴线中心(O)转动安装的风车旋转翼(6)；围绕轴线中心(O)驱动风车旋转翼(6)转动而变更间距角的间距驱动装置(11)，间距驱动装置(11)由作为线性致动器的电动工作缸(12)构成。

Description

风力发电装置的间距驱动装置以及风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置的间距驱动装置及风力发电装置。

背景技术

用于风力发电装置的风车中已知有风车旋转翼的间距角固定的风车和间距角可变的风车。

作为变更上述的风车旋转翼的间距角的机构例如专利文献1所示，已知将油压缸的杆部的直线移动转换为绕风车旋转翼的轴线的旋转的机构。

另外，例如专利文献2所示提出有在翼旋绕轮的周围设置齿轮，通过电动马达使与该齿轮啮合的小齿轮旋转，使翼旋绕轮旋转，转换为绕风车旋转翼的轴线的旋转的机构的方案。

这种情况下，还提出代替使用齿轮而使用传送带的方案。

专利文献1：日本特开2003-148321号公报

专利文献2：日本特开2003-56448号公报

但是，如专利文献1所示在使用油压缸的结构中，油压缸的控制油从通常配置在导流罩中的油压泵经由主轴、加速器内而向旋翼头侧供给。由于在主轴、加速器内设置油压配管，所以它们的结构变得复杂。

在风力发电装置的现场，将组装时分体组装的导流罩和旋翼头合体。这是，将导流罩侧的油压配管和旋翼头侧的油压配管连接。该连接作业中当杂质混入油压配管内时，例如油压系统的密封受损等，会损害间距驱动机构的长期间可靠性。

另外，在连接作业中漏油会对周围的环境造成影响。

因此，油压配管的连接作业需要细心注意。

在专利文献2所示的齿轮式的间距驱动机构中，设于旋绕轮上的齿轮与小齿轮始终啮合。例如，反复进行间距角的微小调整的情况下，伴随微小动作的接触局部集中，所以齿面的油膜切断会导致产生微振磨损损伤。因此，会损害间距驱动机构的长期间可靠性。

另外，在带式的情况下，为了作用张力，传送带配置在风车旋转翼的外侧，所以系统会变成大型结构。并且，由于传送带的寿命短，所以需要频繁进行更换。因此，若不进行充分的维修作业，会损害间距驱动机构的长期间可靠性。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种能够以简单的结构防止间距驱动装置的可靠性受损的风力发电装置的间距驱动装置以及风力发电装置。

为了实现上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的第一方式提供一种风力发电装置的间距驱动装置，所述间距驱动装置使翼根部相对于旋翼头能够围绕翼长方向转动安装的风车旋转翼运动，其中，具有驱动部件，该驱动部件具有围绕所述翼长方向驱动该风车旋转翼转动而变更间距角的线性致动器。

根据本方式，通过由线性致动器构成的驱动部件围绕轴线驱动风车旋转翼转动而调整风车旋转翼的间距角。

由于线性致动器由电气驱动，所以其电气配线与油压配管比较，结构简单，并且没有杂质混入和漏油等风险。另外，由于不存在伴随微小动作的接触部分，所以可以不考虑微振磨损损伤。另外，由于不存在传送带这样寿命短的部件，所以能够省略频繁复杂的维修作业。

由此，能够防止间距驱动装置的长期间可靠性受损。

在上述的方式中，所述线性致动器可以采用具有柱状体的主体和从该主体在其轴线方向上出没的杆部的结构。

像这样，由于线性致动器具有柱状体的主体和从主体在其轴线方向上出没的杆部，所以能够做与油压缸大致相同的动作。

因此，能够通过例如将主体安装在作为固定侧的旋翼头侧，将杆部的前端安装在风车旋转翼侧的与油压缸相同的结构来构成间距驱动装置。

在上述的结构中，所述线性致动器可以相对于所述风车旋转翼设置两套。

像这样，相对于风车旋转翼使用两套的线性致动器动作，所以杆部的行程变短，能够使用轻量的线性致动器来确保规定的间距角度控制范围。

在上述方式中，所述线性致动器可以具有配置在规定路径上的轨道和沿着该轨道移动的引导器。

在作为固定侧的旋翼头侧以及风车旋转翼侧的任一侧安装轨道，在另一侧安装引导器。

引导器安装在固定侧的情况下，引导器不移动，所以变为轨道侧移动。

在上述结构中，优选所述轨道设置成构成以所述风车旋转翼的轴线中心为中心的圆的一部分的方式。

像这样，轨道构成以风车旋转翼的轴线中心为中心的圆的一部分，所以引导器的移动位置与旋转角度的关系对应。因此，容易进行风车旋转翼的间距角度的控制。

在上述的结构中，优选所述轨道设置在从所述风车旋转翼的轴线中心离开的位置上。

当离开轴线中心时曲率半径变大，所以轨道的曲率变小。当曲率变小时，轨道的弯曲变小，所以能够提高线性致动器的可靠性。

因此，轨道优选设置在从风车旋转翼的轴线中心离开的位置上。

在上述的方式中，可以在所述旋翼头内设有通过放电来使所述线性致动器动作的紧急用电源。

例如，主电源停电的情况下，紧急停止风力发电装置。

这种情况下，虽然线性致动器不由主电源动作，但是电源放电能够使线性致动器动作。由此，能够调整风车旋转翼的间距角，能够将风车旋转翼定位在顺桨位置上，所以能够安全停止风力发电装置。

本发明的第二方式提供一种风力发电装置，其特征在于，具有：接受风力的多个风车旋转翼；将该风车旋转翼能够围绕所述风车旋转翼的轴线转动地支承并由所述风车旋转翼驱动旋转的旋翼头；上述的间距驱动装置；通过所述旋翼头的旋转而进行发电的发电设备。

根据本方式，通过使用上述第一方式的间距驱动装置，能够以简单的结构防止间距驱动装置的可靠性受损，从而能够防止作为风力发电装置的可靠性受损。

根据本发明，通过由电气驱动的线性致动器构成的驱动部件围绕轴线驱动风车旋转翼旋转，停止风车旋转翼的间距角，能够形成简单的结构。

像油压系统这样没有杂质混入及漏油等风险。另外，像齿轮式这样不存在伴随微小动作的接触部分，所以可以不考虑微振磨损损伤。另外，由于不存在传送带这样寿命短的部件，所以能够省略频繁复杂的维修作业。

由此，能够防止间距驱动装置的长期间可靠性受损。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置的整体概略结构的侧面图。

图2是说明图1的一个间距驱动装置以及风车旋转翼的位置关系的示意图。

图3是表示本发明的第一实施方式的间距驱动装置的动作电路的概略结构的方块图。

图4是表示本发明的第一实施方式的间距驱动装置的变形例的示意图。

图5是表示本发明的第一实施方式的间距驱动装置的再一变形例的示意图。

图6是表示本发明的第二实施方式的间距驱动装置的示意图。

图7是图6的X-X剖面图。

图8是表示本发明的第二实施方式的线性电动机的立体图。

图9是表示本发明的第二实施方式的间距驱动装置的变形例的示意图。

图10是表示本发明的第二实施方式的间距驱动装置的再一变形例的示意图。

附图标记说明

1风力发电装置

4旋翼头

6风车旋转翼

7发电设备

11、31间距驱动装置

12、12A、12B线性致动器

13工作缸

14、14A、14B杆部

32线性电动机

33轨道

34引导器

O轴线中心

具体实施方式

关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。

〔第一实施方式〕

关于本发明的第一实施方式的风力发电装置，根据图1～图5进行说明。

图1是表示本实施方式的风力发电装置1的整体概略结构的侧面图。

风力发电装置1如图1所示，是进行风力发电的装置。在风力发电装置1中设有：立设于基台B上的支柱2、设置在支柱2的上端的导流罩3、能够绕大致水平的轴线旋转而设置在导流罩3上的旋翼头4、覆盖旋翼头4的头部密舱5、绕旋翼头4的旋转轴线以放射状安装的多张风车旋转翼6、通过旋翼头4的旋转进行发电的发电设备7。

支柱2如图1所示形成从基台B向上方(图1的上方)延伸的柱状的结构，例如形成在上下方向连结多个组件的结构。

在柱状2的最上部设置有导流罩3。柱状2由多个组件构成的情况下，在设于最上部的组件之上设置有导流罩3。

导流罩3如图1所示能够旋转地支承旋翼头4，并且在内部收纳通过旋翼头4的旋转而进行发电的发电设备7。

在旋翼头4上绕其旋转轴线以放射状安装多张风车旋转翼6，其周围由头部密舱5覆盖。

由此，当风车旋转翼6从旋翼头4的旋转轴线方向受到风时，风车旋转翼6上产生使旋翼头4绕旋转轴线旋转的力，驱动旋翼头4旋转。

另外，在本实施方式中，说明适用于设置有三张风车旋转翼6的实施例的情况，但是风车旋转翼6的个数不限于三张，也可以适用于两张的情况或多于三张的情况，不作特别限定。

图2是说明一个间距驱动装置11以及风车旋转翼6的位置关系的示意图。

在旋翼头4上与各风车旋转翼6一对一对应地设置有围绕风车旋转翼6的轴线中心O旋转风车旋转翼6，变更风车旋转翼6的间距角的间距驱动装置11。

风车旋转翼6其构成翼根侧的基部21通过设于旋翼头4上的旋绕轮轴承23转动自如地支承。在此使用的滑动轴承例如适用滚动轴承。

基部21形成圆筒形状，在旋翼头4侧设置圆形的端面22，并且在整周上设置向半径方向朝外突出形成的凸缘状的刷部(未图示)。该刷部通过设于旋翼头4侧的旋绕轮轴承23转动自如地支承，所以风车旋转翼6的整体相对于旋翼头4转动自如。

在间距驱动装置11上设有线性致动器12。线性致动器12由工作缸(主体)13、从工作缸13在其轴线方向上出没的杆部14构成。另外，线性致动器12是利用线性电动机的动作原理(电磁力)，对对象物给予直线运动的驱动装置，其结构是直线状展开圆筒状的旋转式电动机。

在间距驱动装置11上设置有配置于旋翼头4和工作缸13之间的工作缸轴承15和配置在风车旋转翼6的端面22和杆部14之间的杆部轴承16。

工作缸13是圆筒状的中空部件，例如在内部沿长度方向排列多个圆筒状的电磁线圈(省略图示)。杆部14设置有永久磁体，配置在由线圈形成的空间的内部。杆部14通过调整工作缸13的电磁线圈的磁极而从工作缸13出没。

另外，使杆部14出没的机构不限于此，也可以使用其他适当的机构。

像这样，由于线性致动器12具有工作缸13和从工作缸13在其轴线方向上出没的杆部14，所以做与油压缸大致相同的动作。

因此，例如通过例如将工作缸13安装在作为固定侧的旋翼头4侧，将杆部14的前端安装在风车旋转翼侧的与油压缸相同的结构能够构成间距驱动装置11。

图3是表示间距驱动装置11的动作电路24的概略的方块图。

在动作电路24上设有：设于旋翼头4内，控制各个对应的线性致动器12的动作的多个控制器25；设于旋翼头4内，对各控制器25供给电力的多个电池(电源)26；设置在导流罩3内的主电源27；设置在导流罩3内，控制整体的动作的PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)28；从主电源27向各控制器25供给电力的主电路29。

主电路29以容许旋翼头4相对于导流罩3的旋转的方式由回转接头30连接。

主电路29以对各控制器25供给电力的方式在旋翼头4内分歧。

也可以代替电池26而使用电容器。

由于线性致动器26由电气驱动，所以其电气配线与油压配管相比，结构简单。而且，由于没有由于配管的连接作业，所以没有杂质混入以及漏油等风险。另外，由于不存在伴随微小动作的接触部分，所以可以不考虑微振磨损损伤。另外，由于不存在传送带这样的寿命短的部件，所以能够省略频繁复杂的维修作业。

由此，能够防止间距驱动装置11的长期间可靠性受损。

在工作缸13上设置有作为从其圆筒面沿风车旋转翼6的轴线方向、即z轴线方向延伸的圆筒状的部件的一对枢轴17。

工作缸13与杆部14一起相对于与风车旋转翼6的端面22大致平行的面、即X-Y平面大致平行地延伸配置。

工作缸轴承15是能够绕风车旋转翼6的轴线、即沿Z轴线延伸的轴线转动地支承工作缸13的一对枢轴17的轴承。

在杆部14的前端配置有杆部轴承16。在端面22上从该轴线中心O空开间隔地立设支柱18。杆部轴承16能够转动地安装在支柱18上，吸收绕Z轴线的转动。

另外，杆部轴承16也可以作为球面轴承构成，另外，能够吸收绕图中的X轴线以及Y轴线的转动。

作为发电设备7例如图1所示能够例举设有传达旋翼头4的旋转驱动力而进行发电的发电机、将由发电机发电的电力转换为规定的电压的变压器的结构。

接着，关于由上述的结构构成的风力发电装置1的发电方法说明其概略情况。

在风力发电装置1中，风车旋转翼6从旋翼头4的旋转轴线方向受到的风的力被转换为绕旋转轴旋转旋翼头4的动力。

该旋翼头4的旋转传递给发电设备7，由发电机发电后，由变压器转换为规定的电压，由逆变器转换为规定的频率的交流电压。

在此，至少进行发电期间，为了使风力有效地作用于风车旋转翼6，通过在水平面上适当旋转导流罩3，从而使旋翼头4朝向风向。

接着，关于间距驱动装置11对风车旋转翼6的间距角的控制进行说明。

间距驱动装置11，如图2所示，从工作缸13拉出或拉入杆部14，从而绕轴线中心转动风车旋转翼6，从而使其间距角变更。

电力从主电源27经由主电源29向控制器25供给。控制器25使用该电力调整工作缸13内的电磁线圈的极性，使杆部14在其轴线方向上移动，将杆部14从工作缸13拉出或拉入。

例如杆部14被从工作缸13拉出的情况下，杆部14的端部固定在从风车旋转翼6的轴线中心O离开的位置上，所以风车旋转翼6受到绕轴线旋转的力。

风车旋转翼6绕轴线中心O旋转，则如图2双点划线所示，杆部14的前端位置在端面22内移动，所以工作缸13以及杆部14通过工作缸轴承15绕枢轴17的轴线转动。

同时，在杆部轴承16中，杆部14和风车旋转翼6也绕与z轴大致平行的轴线相对转动。

另一方面，即使杆部14被拉入工作缸13的情况下，也与上述的情况同样地，风车旋转翼6绕轴线转动，工作缸13以及杆部14由杆部轴承15绕枢轴的轴线转动。

例如，当主电源27停电，则线性致动器12不动作，不能进行风车旋转翼6的间距角的调整。

该状态下，由于因风力导致风车旋转翼6等受损、以及发电效率下降，所以为了进行检查修理，紧急停止风力发电装置1。

这种情况下，控制器25使电池26放电，使线性致动器12动作，调整风车旋转翼6的间距角，将风车旋转翼6定位在顺桨位置上。

像这样，由于即使因停电等不能使用主电源27，也能够由电池26的电力使线性致动器12动作，将风车旋转翼6定位在顺桨位置上，所以能够安全地停止风力发电装置1。

另外，在本实施方式中，对一根风车旋转翼6使用一套线性致动器12构成间距驱动装置11，但是例如图4以及图5所示也能够采用对一根风车旋转翼6使用两套线性致动器12的变形例。

即、在图4所示的变形例中，线性致动器12A、12B夹着轴线中心O与图示的情况下的X轴大致平行，或者以构成八字的位置作为基本位置(图4的状态)，以与上述的实施方式相同的方式设置。

线性致动器12A的杆部14A具有从最收缩的位置A1到最拉伸的位置B1进行伸缩的行程。同样地，线性致动器12B的杆部14B具有从最收缩的位置A2到最拉伸的位置B2进行伸缩的行程。

在图4所示的结构例中，一线性致动器12A(12B)的活塞杆14A(14B)位于最收缩的A1(A2)的情况下，另一线性致动器12B(12A)的活塞杆14B(14A)位于最拉伸的B2(B1)的位置。

并且，通过使线性致动器12A、12B的电动机在分别相反的朝向上旋转，在线性致动器12A(12B)侧，杆部14A(14B)拉伸(收缩)，从而如图中假象线所示，杆部14的前端位置移动，绘制从点A1(B2)到点B1(A2)朝外膨出的圆弧状的轨迹。

其结果，线性致动器12A(12B)压入风车旋转翼6，并且另一方的线性致动器12B(12A)拉入风车旋转翼6，从而风车旋转翼6按顺时针(逆时针)旋转。

像这样，间距驱动装置11对风车旋转翼6使用两套的线性致动器12A、12B使风车旋转翼6旋绕，所以即使采用缩短了杆部14A、14B的行程的线性致动器12A、12B，也能够例如与以往同样地得到大致90度的间距角度控制范围。

即、若端面22的直径、控制角度α等各条件与图1所示相同，则关于从构成转动中心的轴线中心O到连结点P1、P2的距离(构成圆弧状的轨迹的半径)，比使用一套线性致动器12的情况设定得小。因此，能够缩短线性致动器12A、12B所必要的行程。

另外，行程短的线性致动器12A、12B由于电动工作缸自身小型化，所以重量也会减少而轻量化。因此，能够实现将线性致动器12A、12B收纳在旋翼头4的内部的设置，不需要以往必要的电动工作缸用的贯通孔等，另外，工作缸轴承等也简化，所以能够使旋翼头4的整体形状以及结构单纯化。这样的旋翼头4的单纯化在机械加工的工时降低等成本方面上是有利的。

另外，可以将线性致动器12A、12B的一方例如线性致动器12A左右相反，杆部14A的前端部固定在旋翼头4上。这种情况下，工作缸13A的前端连结在端面22上。

另外，在图5所示的变形例中，线性致动器12A、12B相对于轴线中心O点对称设置。

将线性致动器12A、12B如此设置，也能够起到与图4所示同样的作业效果。

另外，在图5所示的结构中，线性致动器12A、12B的杆部14A、14B的动作、即伸缩同步，所以能够使线性致动器12A、12B的动作控制更单纯化。

〔第二实施方式〕

接着，关于本发明的第二实施方式的风力发电装置1，使用图6～图8进行说明。

本实施方式，由于间距驱动装置31的结构与第一实施方式不同，所以在此关于该不同的部分作主要说明，关于与前述的第一实施方式相同的部分，省略重复的说明。

另外，与第一实施方式相同的部件使用相同的附图标记。

在本实施方式中，在间距驱动装置31上设置线性电动机(驱动部件、线性致动器)32。线性电动机32由线圈沿长度方向排列而成的轨道33和具有磁体的引导器34构成。

对轨道33的线圈供给电力的动作电路，具有与第一实施方式相同的结构、即、紧急用电池或电容器。

轨道32如图6以及图7所示，以构成以风车旋转翼6的轴线中心O为中心的圆的一部分的方式弯曲。轨道33通过多个空开间隔固定在旋翼头4上的托架35保持。即、轨道33固定安装在旋翼头4上。

连接轨道33的两端部和轴线中心O的线所成的角度例如为95度。这是为了，在设计成即使在翼弦与风向一致也产生扬起力的风车旋转翼6的情况下，为了不产生扬起力而增大间距角的调整范围。

在轨道33的内周面上设置有在宽度方向中间位置全长上将引导器34引导的突起部37。

引导器34能够移动地卡合在轨道33的突起部37上，并且由托架36固定在风车旋转翼6的端面22上。

线性电动机32通过调整排列在轨道33上的线圈的磁极而沿轨道33移动引导器34。

另外，移动引导器34的机构不限于线圈，也可以采用其他适当机构。

像这样，由于线性致动器32由电气驱动，所以其电气配线与油压配管相比，结构简单。而且，由于没有由于配管的连接作业，所以没有杂质混入以及漏油等风险。另外，由于不存在伴随微小动作的接触部分，所以可以不考虑微振磨损损伤。另外，由于不存在传送带这样的寿命短的部件，所以能够省略频繁复杂的维修作业。

由此，能够防止间距驱动装置31的长期间可靠性受损。

接着，关于由上述的结构构成的风力发电装置1的动作进行说明。

关于风力发电装置1的发电方法，由于与第一实施方式相同，所以在此省略重复说明。

接着，关于间距驱动装置31对风车旋转翼6的间距角的控制进行说明。

间距驱动装置31通过调整在轨道33上排列的线圈的磁极而沿轨道33移动引导器34。当引导器34移动，则端面22经由托架36相对于旋翼头4绕轴线中心O转动，所以能够变更风车旋转翼6的间距角。

这是，轨道33构成以风车旋转翼6的轴线中心O为中心的圆的一部分，所以引导器34的移动位置和风车旋转翼6的旋转角度的关系对应。因此，容易进行风车旋转翼6的间距角的控制。

另外，轨道33设于靠近端面22的外周面的位置、即从风车旋转翼6的轴线中心O离开的位置。

由此，由于轨道33的曲率半径变大，所以轨道33的曲率变小。当曲率变小时，轨道33的弯曲变小，所以能够提高线性致动器32的可靠性。

像这样，轨道33优选设置在从风车旋转翼6的轴线中心O在可能的范围内离开的位置上。

另外，在本实施方式中，表示适用于风车旋转翼6的基部21位于旋翼头4的内侧的情况，但是也同样适用于例如图9所示风车旋转翼6的基部21位于旋翼头4的外侧的情况。

另外，如图10所示也可以在旋绕轮23的内圈和外圈之间装入线性电动机32。

另外，在本实施方式中，轨道33安装在作为固定侧的旋翼头4上，引导器34固定在作为可动侧的风车旋转翼6侧，但是也可以相反安装。即、将轨道33安装在作为可动侧的风车旋转翼6侧，将引导器34安装在作为固定侧的旋翼头4上。

另外，在本实施方式中，线性电动机32设置一套，但是也可以设置多套。这样的话，旋转驱动力加和，所以同一条件下，各线性电动机32可以是小输出，所以能够提高可靠性。

另外，本发明不限于上述各实施方式，也能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行适当变更。

Claims (8)

1.一种风力发电装置的间距驱动装置，所述间距驱动装置使翼根部相对于旋翼头能够围绕翼长方向转动安装的风车旋转翼运动，其中，

所述间距驱动装置具有驱动部件，该驱动部件具有围绕所述翼长方向驱动所述风车旋转翼转动而变更间距角的线性致动器。

2.如权利要求1所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

所述线性致动器具有：柱状体的主体；从该主体在其轴线方向上出没的杆部。

3.如权利要求2所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

所述线性致动器相对于所述风车旋转翼设置两套。

4.如权利要求1所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

所述线性致动器具有：配置在规定路径上的轨道；沿着该轨道移动的引导器。

5.如权利要求4所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

所述轨道设置成构成以所述风车旋转翼的轴线中心为中心的圆的一部分。

6.如权利要求4或5所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

所述轨道设置在从所述风车旋转翼的轴线中心离开的位置上。

7.如权利要求1～6中任一项所述的风力发电装置的间距驱动装置，其中，

在所述旋翼头内设有通过放电来使所述线性致动器动作的紧急用电源。

8.一种风力发电装置，其特征在于，具有：

接受风力的多个风车旋转翼；

将该风车旋转翼能够围绕所述风车旋转翼的轴线转动地支承并由所述风车旋转翼驱动旋转的旋翼头；

权利要求1～7中任一项所述的间距驱动装置；

通过所述旋翼头的旋转而进行发电的发电设备。

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