CN102900608A - 多点啮合式变桨驱动装置以及应用该装置的风力发电机组 - Google Patents

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古雅琦
王海龙
李英昌
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Abstract

本发明是有关于一种多点啮合式变桨驱动装置以及应用该装置的风力发电机组，该装置包括变桨电机、变桨减速机、变桨输出齿轮组，其中：变桨输出齿轮组包括主动齿轮以及与主动齿轮啮合的两个从动齿轮；变桨减速机的输入端连接变桨电机的输出轴，输出端连接变桨输出齿轮组的主动齿轮。本发明变桨驱动装置的平行轮系输出齿轮组，具有较大的减速比调节范围，解决了风力发电机组低转速变桨问题；本发明采用了多点啮合的变桨驱动方式，提高了变桨轴承的承载能力，降低了变桨轴承的尺寸和重量，适用于风力发电机组变桨系统。

Description

多点啮合式变桨驱动装置以及应用该装置的风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种多点啮合式变桨驱动装置以及应用该装置的风力发电机组。
背景技术
目前国内各大风力发电机组制造商纷纷研发风力发电机组，尤其是功率在6MW及以上的风力发电机组。随着风力发电机组功率的不断提升，风机设计载荷的不断增加，将影响风力发电机组各个部件的选型，尤其影响风力发电机组的变桨系统的各个部件的选型。变桨系统在风力发电机中的作用是调节叶片的角度，控制风力发电机组获得风能的大小。当风速较大时，通过变桨系统减小叶片的迎风角，从而减少风力发电机组获得的风能，避免风力发电机组过载；当风速较小时，通过变桨系统增大叶片的迎风角，从而增加风力发电机组获得的风能，提高风力发电机组的发电效率。因此，变桨系统直接受风载作用的影响，其安全性和可靠性是保证风力发电机组稳定运行的关键，如果变桨系统一旦失效将造成风机飞车等严重事故。
风力发电机组的变桨系统由变桨驱动装置、变桨轴承、变桨电池柜和变桨控制系统组成。风力发电机组实时监测风速，当风速发生变化时，主控程序向变桨控制系统发出指令，变桨控制系统通过变桨电池柜为变桨驱动装置供电，变桨驱动装置的输出齿轮通过与变桨轴承的齿轮啮合传递转速和扭矩（变桨轴承的外环与轮毂连接，变桨轴承的内环与叶片连接），最终实现叶片角度的调整。
现有功率在6MW以下风力发电机组，变桨系统由一个变桨驱动装置提供驱动力矩，变桨驱动装置的输出齿轮与变桨轴承采用单点啮合方式。随着机型的增大，如果仍然采用单变桨系统、单驱动的方式将产生诸多难以解决的问题，例如：风机载荷增大将导致变桨轴承的直径显著增大，现有功率为6MW风力发电机组的变桨轴承直径已达到2米以上，根据风力发电机组风载荷与功率呈指数增长的规律，功率在10MW及以上风力发电机组变桨系统的变桨轴承直径将达5米以上，如此庞大的变桨轴承将大大增加风力发电机组的成本以及部件的加工制造难度，甚至可能造成某些部件难以加工。对于风力发电机组，受启动力矩等影响，变桨速度需要减慢，这就要求变桨驱动装置具有更大的减速比，用以满足所需要的变桨速度。此外，如果采用两个以上的变桨驱动，将面临驱动同步性和可靠性的问题。
由此可见，现有技术中风力发电机组的变桨系统，在结构、使用上仍存在明显的缺陷和不足，而亟待加以进一步改进。因此，如何创设一种变桨驱动装置，使其扩大变桨驱动的减速比调节范围，提高变桨轴承的承载能力，降低变桨轴承的尺寸，从而解决功率6MW及以上大机型风力发电机组变桨系统的驱动问题，实属当前重要的研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多点啮合式变桨驱动装置以及应用该装置的风力发电机组，使其实现变桨驱动装置与变桨轴承的多点啮合，提高变桨轴承的承载能力，扩大变桨驱动的减速比调节范围，减小变桨轴承的尺寸和重量，降低风力发电机组的制造成本，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种多点啮合式变桨驱动装置，包括变桨电机、变桨减速机、变桨输出齿轮组，其中：变桨输出齿轮组包括主动齿轮以及与主动齿轮啮合的两个从动齿轮；变桨减速机的输入端连接变桨电机的输出轴，输出端连接变桨输出齿轮组的主动齿轮。
所述的变桨电机采用三相交流电机。
所述的变桨减速机采用行星轮系式机械传动机构。
所述的变桨减速机包括减速机本体和变桨驱动安装基座。
所述的减速机本体的外壳与变桨驱动安装基座为整体铸件。
此外，本发明还提供了一种应用上述变桨驱动装置的风力发电机组，所述的变桨驱动装置安装在风力发电机组的轮毂内，变桨驱动装置的两个从动齿轮分别与轮毂上的变桨轴承啮合。
采用以上设计后，本发明与现有技术比较有以下有益效果：
1、本发明变桨驱动装置的平行轮系输出齿轮组，具有较大的减速比调节范围，解决了风力发电机组低转速变桨的问题，特别适用于大型风力发电机组；
2、本发明采用了多点啮合的变桨驱动方式，提高了变桨轴承的承载能力，降低了变桨轴承的尺寸和重量，适用于风力发电机组的变桨系统，保证了风机运行的平稳性，降低了风机启动或制动时对风机的冲击，提高了风力发电机组变桨系统的可靠性，降低了由于齿轮弯曲破坏或接触点蚀对风机的危害。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明变桨驱动装置的结构示意图。
图2是本发明变桨驱动装置安装于轮毂的结构示意图。
图3是图2中的A-A剖面结构示意图。
图4是图2中的B-B剖面结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1-4所示，本发明一种多点啮合式变桨驱动装置，包括变桨电机21、变桨减速机22和变桨输出齿轮组23。
变桨减速机22的输入端与变桨电机21的输出轴连接，输出端通过变桨输出齿轮组23与变桨轴承2齿轮啮合。
变桨输出齿轮组23包括一个变桨输出齿轮组的主动齿轮31，两个变桨输出齿轮组的从动齿轮32。主动齿轮31驱动两个从动齿轮32，两个从动齿轮32分别与变桨轴承2啮合，为叶片变桨提供驱动力矩和转速。
本发明通过采用输出齿轮组方式，实现了变桨驱动装置1与变桨轴承2的多点啮合，从而有效减少作用于变桨轴承上的单点载荷，提高了变桨轴承的承载能力和使用寿命，扩大了变桨驱动的减速比调节范围，减小了变桨轴承的尺寸和重量，降低了加工难度以及风力发电机组制造成本，解决了风力发电机组变桨系统的设计难题。
其中，变桨电机21采用三相交流电机，通过该电机输出的转矩和转速能够调节，从而适应风力发电机组叶片变桨时对不同转速的需求，为变桨驱动装置提供动力源以及为叶片变桨提供动力。
变桨减速机22包括减速机本体41和变桨驱动安装基座42。变桨减速机本体41采用具有一定减速比的行星轮系式机械传动机构，其输入端与变桨电机21的输出轴连接，将变桨电机的高转速降低至风力发电机组变桨所需的低转速，同时将变桨电机的小驱动力矩转化为能够驱动叶片变桨的大驱动力矩。减速机本体41的外壳与变桨驱动安装基座42可采用整体铸件。
此外，本发明还提供了一种应用本发明变桨驱动装置的风力发电机组，变桨驱动装置的变桨驱动安装基座42和螺栓与风力发电机组轮毂3固定连接。变桨驱动安装基座42为用于将变桨驱动装置与轮毂3通过螺栓连接的部件，同时具有为两个变桨输出齿轮组的从动齿轮32提供支撑的作用。变桨驱动装置的两个从动齿轮分别与轮毂上的变桨轴承啮合，从而实现多点啮合。
本发明一种多点啮合式变桨驱动装置，尤其适用于功率在6MW及以上的风力发电机组的变桨系统，该变桨驱动装置是变桨系统的组成部分，通过螺栓安装在风机轮毂内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多点啮合式变桨驱动装置，其特征在于包括变桨电机、变桨减速机、变桨输出齿轮组，其中：
变桨输出齿轮组包括主动齿轮以及与主动齿轮啮合的两个从动齿轮；
变桨减速机的输入端连接变桨电机的输出轴，输出端连接变桨输出齿轮组的主动齿轮。
2.根据权利要求1所述的多点啮合式变桨驱动装置，其特征在于：
所述的变桨电机采用三相交流电机。
3.根据权利要求1所述的多点啮合式变桨驱动装置，其特征在于：
所述的变桨减速机采用行星轮系式机械传动机构。
4.根据权利要求1所述的多点啮合式变桨驱动装置，其特征在于：
所述的变桨减速机包括减速机本体和变桨驱动安装基座。
5.根据权利要求4所述的多点啮合式变桨驱动装置，其特征在于：
所述的减速机本体的外壳与变桨驱动安装基座为整体铸件。
6.一种应用权利要求1-5中任一项所述的变桨驱动装置的风力发电机组，其特征在于所述的变桨驱动装置安装在风力发电机组的轮毂内，变桨驱动装置的两个从动齿轮分别与轮毂上的变桨轴承啮合。
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