CN104481812A - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机。该风力发电机包括：叶轮部，叶轮部包括风叶主轴和设置在风叶主轴上并可带动风叶主轴转动的多个叶片；恒速样板齿轴，恒速样板齿轴相对风叶主轴可转动地设置；转速差采集部，转速差采集部包括输入结构和输出结构，输入结构连接在恒速样板齿轴和风叶主轴之间，并采集恒速样板齿轴和风叶主轴之间的转速差，输出结构与叶片连接，并根据输入结构采集的转速差驱动叶片转动。该风力发电机可以自动变桨。

Description

风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电设备领域，具体而言，涉及一种风力发电机。

背景技术

在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。目前只有定桨距风机的制造技术和刚刚投入应用的兆瓦级永磁直驱同步发电机技术，在风机的大型化、变桨距控制、主动失速控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待进一步研究和应用。风力发电技术已经愈加成熟，风力发电控制技术也更加完善，总之风力发电前景广阔，我国对风力发电的研究也会更加深入。

风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连将转矩传递到发电机的传动轴此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。

风力发电的特点（1）可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。（2）建设周期短一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。（3）装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。（4）可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。（5）造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。（6）运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。（7）实际占地面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。（8）发电方式多样化风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性。（9）单机容量小由于风能密度低决定了单台风力发电机组容量不可能很大，与现在的火力发电机组和核电机组无法相比。另外风况是不稳定的，有时无风有时又有破坏性的大风，这都是风力发电必须解决的实际问题。

目前，风电机组自动变桨系统大体可分为三种，即液压变桨系统、电动变桨系统和离心式被动变桨系统，其中液压变桨系统因其易漏油，控制器昂贵，液压油受温度影响大，需要定期换油和过滤器等诸多缺陷，目前市场中已经很少使用，电动变桨系统与液压变桨系统相比具有一定优点，目前占据主要市场，但因其造价太高，过于复杂，对元器件要求极为苛刻，而且怕雷电，需要经常维护等，所以它也不是完美的方案，之所以占据主要市场也是风电行业无奈之举，而离心式被动变桨系统因其自身构造原因，只能用在中小型风电机中，且表现不太理想。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种风力发电机，以解决现有技术中的风力发电机适应风力变化造价高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种风力发电机，该风力发电机包括：叶轮部，叶轮部包括风叶主轴和设置在风叶主轴上并可带动风叶主轴转动的多个叶片；恒速样板齿轴，恒速样板齿轴相对风叶主轴可转动地设置；转速差采集部，转速差采集部包括输入结构和输出结构，输入结构连接在恒速样板齿轴和风叶主轴之间，并采集恒速样板齿轴和风叶主轴之间的转速差，输出结构与叶片连接，并根据输入结构采集的转速差驱动叶片转动。

进一步地，输入结构包括：变桨齿轮，变桨齿轮设置在风叶主轴上，并随风叶主轴转动；恒速齿轮，恒速齿轮与恒速样板齿轴同轴设置，且同步转动，变桨齿轮与恒速齿轮啮合，并可在恒速齿轮驱动下转动，输出结构随变桨齿轮转动，且带动叶片转动。

进一步地，叶片包括叶片轴和设置在叶片轴的第一端的片体，输出结构包括：叶轴齿轮，叶轴齿轮设置在叶片轴的第二端；变桨蜗杆，变桨蜗杆与变桨齿轮同轴设置，随变桨齿轮转动，并与叶轴齿轮啮合。

进一步地，恒速样板齿轴包括轴体，恒速齿轮设置在轴体的第一端，风力发电机还包括恒速样板驱动器，恒速样板驱动器与恒速样板齿轴的第二端连接并驱动恒速样板齿轴转动。

进一步地，变桨蜗杆与变桨齿轮固定连接形成变桨传动轴。

进一步地，风叶主轴包括连接轴和设置在连接轴的第一端的风叶连接头，变桨传动轴和叶片均设置在风叶连接头上，连接轴上设置有第一通孔，恒速样板齿轴穿设在第一通孔内。

进一步地，风叶连接头包括U型结构，U型结构为多个，且沿轴向均匀分布，U型结构的两个侧壁上设置有变桨传动轴安装孔，U型结构的底壁上设置有风叶安装孔。

进一步地，其中一个叶片上还设置有万向节齿轮，风力发电机还包括保护齿轴和行程开关，保护齿轴与万向节齿轮啮合，并在万向节齿轮的驱动下移动，行程开关控制恒速样板驱动器通断，保护齿轴移动至与行程开关接触时，恒速样板驱动器断开。

进一步地，至少一个U型结构的开口处设置有L型挡板，对应的叶片上设置有万向节齿轮，万向节齿轮的远离叶片的一端设置在L型挡板的朝向风叶连接头内延伸的横段上。

进一步地，U型结构的底壁的外表面设置有止挡凸起，叶片轴上设置有与止挡凸起配合的止挡片，叶片转动至止挡片与止挡凸起接触的位置时，保护齿轴触碰行程开关。

进一步地，U型结构的底壁上还可移动地设置有刹车推杆，风力发电机还包括摩擦部，摩擦部包括设置在风叶主轴上的摩擦盘，并与风叶主轴同步转动，叶片转动时，触碰并推动刹车推杆移动，刹车推杆推动摩擦盘摩擦减速。

进一步地，风力发电机还包括主轴外壳支架，主轴外壳支架上设置有活动挡块，摩擦盘为防逆齿轮，防逆齿轮设置在主轴外壳支架上，并与活动挡块接触，防逆齿轮套设在风叶主轴上，刹车推杆推动防逆齿轮沿风叶主轴的轴向移动并与主轴外壳支架摩擦。

进一步地，叶片包括叶片轴和设置在叶片轴的第一端的片体，输出结构包括：叶轴齿轮，叶轴齿轮设置在叶片轴的第二端；伞形齿轮，伞形齿轮与变桨齿轮同轴设置，随变桨齿轮转动，并与叶轴齿轮啮合。

进一步地，叶片包括叶片轴和设置在叶片轴的第一端的片体，输出结构包括：叶轴齿轮，叶轴齿轮设置在叶片轴的第二端；万向变桨齿轮组件，万向变桨齿轮组件包括万向节和传动齿轮，万向节连接在变桨齿轮上，并随变桨齿轮转动，传动齿轮与万向节连接，随万向节转动，并与叶轴齿轮啮合，驱动叶轴齿轮转动。

进一步地，风力发电机还包括空心轴增速器，恒速样板齿轴穿过空心轴增速器，并与恒速样板驱动器连接，风叶主轴与空心轴增速器连接。

进一步地，风叶主轴上设置有插接结构，插接结构与空心轴增速器连接，并带动空心轴增速器转动，空心轴增速器具有输出轴。

进一步地，活动挡块的外周面包括依次首尾相连的第一平面段、第一弧面段和第二弧面段，第一弧面段为圆弧面段，第二弧面段连接在第一弧面段与第一平面段之间，且第二弧面段与第一平面段相交形成活动挡块的止挡端，止挡端与防逆齿轮的齿配合。

应用本发明的技术方案，风力发电机造价低廉、结构简单、设计合理、科学实用、结实耐用，将风力发电传统中最为昂贵的设备省略掉，使其生产和使用更为方便，适合大范围的推广和应用。该种风力发电机稳定性好，由于采用最为简捷的结构，减少部分零部件，有效的降低了故障发生率，提高了工作效率，节约了大量的维护费用。变桨效果好，由于变桨及时高效，进而机组转速稳定，发电平稳，给并网创造良好条件，尤其在紧急停车自动顺桨功能上表现更为突出，在完全失电的状态下，不需备用电源，即可自动顺桨停车。具有安全限速作用，保证了本系统风电机组的安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的风力发电机的立体示意图；

图2示出了根据本发明的另一实施例的风力发电机的立体示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的风力发电机的恒速样板轴的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的风力发电机的变桨传动轴的示意图；

图5示出了根据本发明的另一实施例的风力发电机的变桨传动轴的示意图；

图6示出了根据本发明的另一实施例的风力发电机的变桨传动轴的示意图；

图7示出了根据本发明的实施例的风力发电机的风叶主轴的结构示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的风力发电机的主轴外壳支架的结构示意图；

图9示出了根据本发明的实施例的风力发电机的活动挡块的结构示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的风力发电机的空心轴增速器的结构示意图；

图11示出了根据本发明的实施例的风力发电机的恒速样板驱动器的结构示意图；

图12示出了根据本发明的实施例的风力发电机的防逆齿轮的结构示意图；

图13示出了根据本发明的实施例的风力发电机的叶片的结构示意图；

图14示出了根据本发明的实施例的风力发电机的叶轴齿轮的结构示意图；

图15示出了根据本发明的实施例的风力发电机的行程开关底座的结构示意图；

图16示出了根据本发明的实施例的风力发电机的保护齿轴的结构示意图；

图17示出了根据本发明的实施例的风力发电机的万向节齿轮的结构示意图；以及

图18示出了根据本发明的实施例的风力发电机的局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、恒速样板齿轴；2、变桨传动轴；3、叶轴齿轮；4、风叶主轴；5、防逆齿轮；6、主轴外壳支架；7、空心轴增速器；8、恒速样板驱动器；9、叶片；10、螺栓；11、插头；12、恒速齿轮；13、变桨齿轮；14、万向节；15、传动齿轮；16、伞形齿轮；17、风叶连接头；18、变桨传动轴安装孔；19、风叶安装孔；20、插接螺栓；21、刹车推杆；22、推杆导管；23、止挡凸起；24、套筒；25、底座；26、第一安装孔；27、齿轮凹槽；28、活动挡块；281、第一平面段；282、第一弧面段；283、第二弧面段；29、输出轴；30、插接孔；31、固定孔；32、插孔；33、电机；34、惯性储能重盘；35、第二安装孔；36、止挡片；37、行程开关底座；38、L型挡板；39、行程开关；40、保护齿轴；41、万向节齿轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至18所示，风力发电机包括恒速样板齿轴1、变桨传动轴2、叶轴齿轮3、风叶主轴4、防逆齿轮5、主轴外壳支架6、恒速样板驱动器8、叶片9和行程开关39等。

结合参见图13和14，叶片9包括叶片轴，叶片9绕叶片轴转动，以改变迎风角度，也即变桨。叶片轴的第二端设置有叶轴齿轮3，叶片轴上设置有止挡片36。

结合参见图3，恒速样板齿轴1为中空结构，其包括轴体，轴体上设置有贯通的轴孔，恒速样板齿轴1的轴体的第一端设置有恒速齿轮12，恒速样板齿轴1的轴体的第二端设置有插头11，插头11为圆柱结构，插头11的外侧均匀设有6个凸棱，恒速样板齿轴1通过插头11与恒速样板驱动器8构成插拔结构。恒速齿轮12与轴体可以为一体结构，或单独加工后通过焊接或其它形式连接。需要说明的是插头11外周的凸棱个数可以根据需要选择，与其配合的结构相应具有相同个数的凹槽，保证两者之间可以稳定传动即可。

结合参见图4，该变桨传动轴2为蜗轮蜗杆式，变桨传动轴2包括同心设置的变桨螺杆和变桨齿轮13。变桨传动轴2可转动地设置在风叶主轴4上，并随风叶主轴4转动。

恒速样板齿轴1通过恒速齿轮12与变桨传动轴2的变桨齿轮13啮合，变桨传动轴2的变桨蜗杆与叶片9的端部的叶轴齿轮3啮合，以此实现恒速样板齿轴1与叶片9的连接传动。由于叶轴齿轮3随风叶主轴4转动，恒速齿轮12随恒速样板齿轴1转动，而且叶轴齿轮3与恒速齿轮12啮合，这样就形成了转速差采集部的输入结构，当两者产生转速差时，叶轴齿轮3就会绕恒速齿轮12公转，同时绕自身轴线自转。若两者转速一致，则两者间无相对运动，叶轴齿轮3也无自转。

结合参见图7，风叶主轴4包括连接轴和设置在连接轴的第一端的风叶连接头17。

连接轴的第一端的端面上固定连接有该风叶连接头17，连接轴的第一端的端部周壁上设置有配合凸起，连接轴的第二端的端面上设置有插接螺栓20，形成插拔结构，插接螺栓20沿连接轴轴向延伸。连接轴上设置有沿轴向贯穿的第一通孔，恒速样板齿轴1穿过第一通孔。

在本实施例中，插接螺栓20为周向均匀间隔设置的6个。插接螺栓20的个数也可以根据需要选择。

风叶连接头17包括U型结构，U型结构为多个，且沿轴向均匀分布，U型结构的两个侧壁上设置有变桨传动轴安装孔18，变桨传动轴2通过变桨传动轴安装孔18安装在U型结构上，U型结构的底壁上设置有风叶安装孔19，叶片9通过风叶安装孔19安装至风叶主轴4上，且叶轴齿轮3位于U型结构内。

在本实施例中，风叶连接头17为三个，且沿周向均匀分布，三个风叶连接头17之间夹角为120°。

优选地，至少一个U型结构的开口处设置有L型挡板38，L型挡板38包括竖段和横段，竖段固定连接在U型结构的不与连接轴接触的一侧侧壁上，L型挡板38的横段朝向风叶连接头17内延伸。L型挡板38给万向节齿轮41一端一个支撑，防止万向节齿轮41转动时产生晃动。

优选地，U型结构的底壁上设置有止挡凸起23和刹车推杆21。止挡凸起23和刹车推杆21均与叶片轴上的止挡片36配合。止挡片36与止挡凸起23的配合，防止了叶片9开浆过大，保证了叶片9一直处于顺桨的状态。为了保证刹车推杆21的移动轨迹，U型结构的底壁上设置推杆导管22，刹车推杆21设置在推杆导管22的孔内，并沿孔的轴向移动。

在本实施例中，推杆导管22内设置的是具有弹性的刹车推杆21。止挡凸起23为具有弹性的挡块。

结合参见图8，主轴外壳支架6包括底座25、套筒24、第一安装孔26、齿轮凹槽27和活动挡块28。其中，底座25作为安装基体，其上设置有第一安装孔26。套筒24固定设置在底座25上，风叶主轴4穿过套筒24。套筒24为阶梯型套筒，其的靠近叶片9的一端的通孔的孔径较大，形成齿轮凹槽27，防逆齿轮5放置在齿轮凹槽27内。活动挡块28可转动地设置在与齿轮凹槽27对于的套筒24的周壁上。套筒24的周壁上设置有贯穿其的开口，活动挡块28的外周面包括圆弧面段，圆弧面段的第一端连接有第一收窄面段，圆弧面段的第二端连接有第二收窄面段，第一收窄面段和第二收窄面段逐渐靠近并相交形成活动挡块28的止挡端，止挡端与防逆齿轮5的齿配合。

在本实施例中，套筒24的对应齿轮凹槽27的侧壁上设有3个具有弹性的活动挡块28。活动挡块28的外周面包括依次首尾相连的第一平面段281、第一弧面段282和第二弧面段283，第一弧面段282为圆弧面段，第二弧面段283连接在第一弧面段282与第一平面段281之间，且第二弧面段283与第一平面段281相交形成活动挡块28的止挡端，止挡端与防逆齿轮5的齿配合。活动挡块28的数量可以根据需要选择。

结合参见图12，防逆齿轮5的内孔上设置多个键槽，其通过内孔与连接轴的第一端的端部的配合凸起配合，实现防逆齿轮5与风叶主轴4的同步转动。防逆齿轮5的外周设置有防逆齿，防逆齿与活动挡块28配合，防止风叶主轴4反向转动，提高运行安全性。

结合参见图15，风力发电机还包括行程开关底座37，行程开关39设置在行程开关底座37上。

结合参见图16，风力发电机还包括保护齿轴40。保护齿轴40通过恒速样板齿轴1上的轴孔设置在恒速样板齿轴1上。保护齿轴40上设置有沿轴向依次设置的多个啮合齿，相邻两个啮合齿之间形成啮合槽。保护齿轴40可以移动至与行程开关39接触。

结合参见图1和11，恒速样板驱动器8上设置有电机33。恒速样板驱动器8通过其上的第二安装孔35安装固定。恒速样板驱动器8上具有用于与恒速样板齿轴1的插头11配合的插孔32。恒速样板驱动器8为减速机，插孔32为圆柱结构，其外侧均匀设有6个凹棱，插孔32与插头11配合在一起。

优选地，电机33上设置惯性储能重盘34，以储存能量。电机33为变频调速电机。

结合参见图1和18，风力发电机工作时，恒速样板驱动器8由电机33提供动力，恒速样板驱动器8接到来自于风速传感器的开机指令后，恒速样板驱动器8由慢至快逐渐达到设定转速。恒速样板齿轴1受恒速样板驱动器8驱动而转动，由于恒速齿轮12与变桨齿轮13之间构成了转速差采集部的输入结构，当恒速样板齿轴1启动时，恒速齿轮12与变桨齿轮13之间存在转速差，通过恒速齿轮12和变桨齿轮13感测到转速差，输出结构的变桨蜗杆随变桨齿轮13转动，使叶片9受驱动由完全顺桨向开桨方向转动，叶片9开桨后，在风力作用下会带动风叶主轴4旋转，实现风能转换为机械能。

若风速适当则风叶主轴4与恒速样板齿轴1同步旋转，叶片9保持一定的角度不变。

若风力过大，则风叶主轴4转速必将超越恒速样板齿轴1转速，导致变桨传动轴2的变桨齿轮13与恒速样板齿轴1的恒速齿轮12发生相对运动，变桨齿轮13相对恒速齿轮12转动，同时会绕变桨传动轴2的轴线转动，使变桨传动轴2转动，变桨传动轴2的变桨蜗杆带动叶轴齿轮3转动，使叶片9朝着顺桨方向转动。以此使叶片9阻力加大，则转速下降，直至变桨传动轴2与恒速样板齿轴1的转速相同。若风力变小，则变桨传动轴2的变桨齿轮13与恒速样板齿轴1产生相反的运动，使叶片9向着开桨方向运动，使其转速增高。

当风速过小低于额定风速，会造成叶片9开桨过大，为了能够时叶片9顺桨，在叶片9的底部设置万向节齿轮41。结合参见图17，万向节齿轮41上设置有万向节。万向节齿轮41的另一端连接在L型挡板38的横段上。保护齿轴40与万向节齿轮41啮合。叶片9开桨过大时，叶片9转动至止挡片36与止挡凸起23接触的位置，保护齿轴40与行程开关39接触，使恒速样板驱动器8断电进入自动顺桨状态。

在正常工作状态下如遇紧急情况，恒速样板驱动器8主动断电或意外失电，则恒速样板齿轴1失去动力，并由快至慢逐渐减速至停车，由于恒速样板驱动器8为大比数蜗轮蜗杆减速机，其优良的自锁功能会让恒速样板齿轴1不轻易受外力作用产生转速改变，因此在恒速样板齿轴1由快至慢直至停车的过程中必将滞后于风叶主轴4，进而变桨传动轴2与恒速样板齿轴1之间就会产生相对运动，造成叶片9朝着顺桨的方向旋转，当叶片9转动到接近完全顺桨时，止挡片36推动刹车推杆21，使主轴外壳支架6与防逆齿轮5产生摩擦，降低防逆齿轮5转速，同时防逆齿轮5带动风叶主轴4，从而降低风叶主轴4转速，由于惯性储能重盘34储存的惯性，促使电机33缓慢停车，从而实现柔性顺桨，避免恒速样板驱动器8损坏，同时避免发生飞车现象的发生。

为了保证系统安全，当无风状态下，恒速样板驱动器8的电机33按程序反向旋转，使叶片9完全顺桨，从而保证系统的安全，当风反向吹动叶片9时，活动挡块28阻止了防逆齿轮5的逆向转动，从而防止了叶片9逆转现象的发生，同时防止叶片9受空气乱流影响摇摆不定。

当恒速样板驱动器8保持恒定转速，风叶主轴4在很小的波动范围内进行恒速旋转，而不受风力大小的影响，进而增速机输出轴29把稳定转速的扭矩传递给发电机。

其中一个叶片9底部设有万向节齿轮41，恒速样板齿轴1的一端穿过风叶主轴4与恒速样板驱动器8相连接，恒速样板齿轴1内部设有保护齿轴40，保护齿轴40的端部设置有多个沿轴向依次设置的啮合齿，啮合齿与万向节齿轮41相咬合，当万向节齿轮41绕垂直于保护齿轴40的轴向的转轴转动时，万向节齿轮41推动保护齿轴40沿轴向移动，保护齿轴40的另一端穿过恒速样板齿轴1与行程开关39相对应，风叶主轴4依次穿过防逆齿轮5和主轴外壳支架6与恒速样板驱动器8相连接，主轴外壳支架6和恒速样板驱动器8通过螺栓10固定在风力发电底座上，行程开关39设置在行程开关底座37上。

在恒速样板驱动器8的朝向行程开关39的侧壁上可以设置另一行程开关，在保护齿轴40上固定设置一与保护齿轴40平行的支杆，当叶片9完全顺桨时，保护齿轴40触碰至恒速样板驱动器8上的行程开关，行程开关将恒速样板驱动器8断电。

根据本发明的另一实施例，风力发电机还包括空心轴增速器7。结合参见图10，空心轴增速器7的一侧设置有插接孔30，该插接孔30与插接螺栓20配合。空心轴增速器7的另一侧设置有增速机输出轴29。空心轴增速器7的底座上设置有固定孔31。恒速样板齿轴1依次穿过风叶主轴4、空心轴增速器7与恒速样板驱动器8相连接，风叶主轴4依次穿过防逆齿轮5和主轴外壳支架6与空心轴增速器7相连接。

根据本发明的第二实施例，恒速样板齿轴1的第二端设有插头11，插头11为圆柱结构，其外侧均匀设有8个凸棱，与恒速样板驱动器8一侧构成插拔结构。

结合参见图5，变桨传动轴2为万向节式变桨传动齿轴，变桨传动轴2包括变桨齿轮13、与变桨齿轮13连接的万向节14和与万向节14连接的传动齿轮15。其中，万向节14与变桨齿轮13通过传动杆连接，变桨齿轮13转动时带动万向节14转动。万向节14与传动齿轮15之间通过另一个万向节连接，且万向节14转动时通过该另一个万向节和传动杆传动至传动齿轮15，使传动齿轮15转动。传动齿轮15与叶轴齿轮3啮合，使叶轴齿轮3转动，以调节叶片9的角度。为了能够与传动齿轮15啮合，叶轴齿轮3的齿形和结构可以根据需要选择。

采用此种结构的变桨传动轴2可以实现小传动比传动，提高调节的及时性和精确性。

套筒24的对应齿轮凹槽27的侧壁上设置有5个具有弹性的活动挡块28。

恒速样板驱动器8为减速机，恒速样板驱动器8一侧设有插孔32，插孔32为圆柱结构，其外侧均匀设有8个凹棱，插孔32与插头11配合在一起，恒速样板驱动器8的一侧设有电机33。

电机33为变频调速电机，电机33端部上设有惯性储能重盘34。

本实施例的其它结构与第一实施例的结构相同，连接方式也与第一实施例相同。

一种风力发电机的自动变桨系统的使用方法，按以下步骤完成：

恒速样板驱动器8由电机33提供动力，恒速样板驱动器8接到来自于风速传感器开机指令，恒速样板驱动器8由慢至快逐渐达到设定转速，叶片9受恒速样板驱动器8驱动由完全顺桨向开桨方向转动，同时风叶主轴4在风力的推动下开始旋转；

若风速适当则风叶主轴4与恒速样板齿轴1同步旋转，叶片9保持一定的角度不变；

若风力过大，则风叶主轴4转速必将超越恒速样板齿轴1的转速，导致转速差采集部检测到转速差，变桨传动轴2的变桨齿轮13与恒速样板齿轴1的恒速齿轮12发生相对运动，这一相对运动会产生扭矩，扭矩通过变桨蜗杆传给叶轴齿轮3，从而使叶片9朝着顺桨方向转动，因此叶片9阻力加大，则转速下降，直至转速差采集部的转速差降低，也即变桨传动轴2与恒速样板齿轴1的转速相同；

若风力变小则变桨传动轴2的变桨齿轮13与恒速样板齿轴1产生相反的运动，使叶片9向着开桨方向运动，使其转速增高；

当风速过小低于额定风速，造成叶片9开桨过大时，止挡片36接触到止挡凸起23，与此同时，恒速样板齿轴1内部的保护齿轴40会推动行程开关39，启动恒速样板驱动器8断电进入自动顺桨状态。

当恒速样板驱动器8保持恒定转速，风叶主轴4在很小的波动范围内进行恒速旋转，而不受风力大小的影响，进而增速机输出轴29把稳定转速的扭矩传递给发电机；

在正常工作状态下如遇紧急情况，恒速样板驱动器8主动断电或意外失电，则恒速样板齿轴1失去动力，并由快至慢逐渐减速至停车，由于恒速样板驱动器8为大比数蜗轮蜗杆减速机，其优良的自锁功能会让恒速样板齿轴1不轻易受外力作用产生转速改变，因此在恒速样板齿轴1由快至慢直至停车的过程中必将滞后于风叶主轴4，进而变桨传动轴2与恒速样板齿轴1之间就会产生相对运动，造成叶片9朝着顺桨的方向旋转，当叶片9转动到接近完全顺桨时，止挡片36推动刹车推杆21，使主轴外壳支架6与防逆齿轮5产生摩擦，降低防逆齿轮5转速，同时防逆齿轮5带动风叶主轴4，从而降低风叶主轴4转速，由于惯性储能重盘34储存的惯性，促使电机33缓慢停车，从而实现柔性顺桨，避免恒速样板驱动器8损坏，同时避免发生飞车现象的发生，为了保证系统安全，当无风状态下，恒速样板驱动器8的电机33按程序反向旋转，使叶片9完全顺桨，从而保证安全。当风反向吹动叶片9时，活动挡块28阻止了防逆齿轮5的逆向转动，从而防止了叶片9逆转现象的发生，同时防止叶片9受空气乱流影响摇摆不定。

根据本发明的第三实施例，恒速样板齿轴1的第二端设置有插头11，插头11为圆柱结构，其外侧均匀设有10个凸棱，与恒速样板驱动器8一侧构成插拔结构。

变桨传动轴2的一端设置有变桨齿轮13，另一端设有伞形齿轮16，伞形齿轮16与变桨齿轮13同轴设置，并在变桨齿轮13的带动下转动。伞形齿轮16与叶轴齿轮3啮合，实现对叶片9的调节。为了保证伞形齿轮16和叶轴齿轮3之间的啮合和传动的可靠性，叶轴齿轮3的齿形可以根据需求选择。采用此种结构可以实现小传动比传动，提高调节的精确性和及时性。

套筒24的与齿轮凹槽27对应的侧壁上设有8个具有弹性的活动挡块28。

恒速样板驱动器8为减速机，恒速样板驱动器8一侧设有插孔32，插孔32为圆柱结构，其外周均匀设有10个凹棱，插孔32与插头11配合在一起。

第三实施例的其它结构与第一实施例的结构一致，且连接方式与第一实施例的连接结构一致。

该种风力发电机大大降低了生产成本，提高了产品质量，降低了维修成本，增加了其使用寿命，同时减少了危险事故的发生。

风力发电机包括叶轮部、恒速样板齿轴1和转速差采集部，叶轮部包括风叶主轴4和设置在风叶主轴4上并可带动风叶主轴4转动的多个叶片9；恒速样板齿轴1相对风叶主轴4可转动地设置；转速差采集部包括输入结构和输出结构，输入结构连接在恒速样板齿轴1和风叶主轴4之间，并采集恒速样板齿轴1和风叶主轴4之间的转速差，输出结构与叶片9连接，并根据输入结构采集的转速差驱动叶片9转动。采用转速差进行自动变桨，可以实现自动变桨，保证风力发电机安全性，且结构紧凑，便于加工生产成本低。

输入结构包括变桨齿轮13和恒速齿轮12，变桨齿轮13设置在风叶主轴4上，并随风叶主轴4转动；恒速齿轮12与恒速样板齿轴1同轴设置，且同步转动，变桨齿轮13与恒速齿轮12啮合，并可在恒速齿轮12驱动下转动，输出结构随变桨齿轮13转动，且带动叶片9转动。

叶片9包括叶片轴和设置在叶片轴的第一端的片体，输出结构包括叶轴齿轮3和变桨蜗杆，叶轴齿轮3设置在叶片轴的第二端；变桨蜗杆与变桨齿轮13同轴设置，随变桨齿轮13转动，并与叶轴齿轮3啮合。

其中，变桨齿轮13和变桨蜗杆一体，实现传动功能，且结构紧凑。

恒速样板齿轴1包括轴体，恒速齿轮12设置在连接轴的第一端，风力发电机还包括恒速样板驱动器8，恒速样板驱动器8与恒速样板齿轴1的第二端连接并驱动恒速样板齿轴1转动。通过恒速样板齿轴1与恒速样板驱动器8连接，保证恒速样板齿轴1的恒速转动。

风叶主轴4包括连接轴和设置在连接轴的第一端的风叶连接头17，变桨传动轴2和叶片9均设置在风叶连接头17上，连接轴上设置有第一通孔，恒速样板齿轴1穿设在第一通孔内。恒速样板齿轴1穿设在风叶主轴4内，此种设置方式可以保证两者能够相对运动，满足空间需求，且使得结构更加紧凑，而且能够保证传动过程中无相对干扰，故障率低。

风叶连接头17包括U型结构，U型结构为多个，且沿轴向均匀分布，U型结构的两个侧壁上设置有变桨传动轴安装孔18，U型结构的底壁上设置有风叶安装孔19。

其中一个叶片9上还设置有万向节齿轮41，风力发电机还包括保护齿轴40和行程开关39，保护齿轴40与万向节齿轮41啮合，并在万向节齿轮41的驱动下移动，行程开关39控制恒速样板驱动器8通断，保护齿轴40移动至与行程开关39接触时，恒速样板驱动器8断开。

至少一个U型结构的开口处设置有L型挡板38，对应的叶片9上设置有万向节齿轮41，万向节齿轮41的远离叶片9的一端设置在L型挡板38的朝向风叶连接头17内延伸的横段上。

U型结构的底壁的外表面设置有止挡凸起23，叶片轴上设置有与止挡凸起23配合的止挡片36，叶片9转动至止挡片36与止挡凸起23接触的位置时，保护齿轴40触碰行程开关39。

U型结构的底壁上还可移动地设置有刹车推杆21，风力发电机还包括摩擦部，摩擦部包括设置在风叶主轴4上的摩擦盘，并与风叶主轴4同步转动，叶片9转动时，触碰并推动刹车推杆21移动，刹车推杆21推动摩擦盘摩擦减速。止挡片36与刹车推杆21组合，有效保证停车过程中的安全性。

风力发电机还包括主轴外壳支架6，主轴外壳支架6上设置有活动挡块28，摩擦盘为防逆齿轮5，防逆齿轮5设置在主轴外壳支架6上，并与活动挡块28接触，防逆齿轮5套设在风叶主轴4上，刹车推杆21推动防逆齿轮5沿风叶主轴4的轴向移动并与主轴外壳支架6摩擦。防逆齿轮5可以防止逆转，保证风力发电机的安全性。

其中一个叶片轴上可以设置有万向节齿轮41，风力发电机还包括保护齿轴40和行程开关39，保护齿轴40与万向节齿轮41啮合，并在万向节齿轮41的驱动下移动，行程开关39控制恒速样板驱动器8通断，保护齿轴40移动至与行程开关39接触时，恒速样板驱动器8断开。

风力发电机还包括空心轴增速器7，恒速样板齿轴1穿过空心轴增速器7，并与恒速样板驱动器8连接，风叶主轴4与空心轴增速器7连接。

风叶主轴4上设置有插接结构，插接结构与空心轴增速器7连接，并带动空心轴增速器7转动，空心轴增速器7具有输出轴29。

活动挡块28的外周面包括圆弧面段，圆弧面段的第一端连接有第一收窄面段，圆弧面段的第二端连接有第二收窄面段，第一收窄面段和第二收窄面段逐渐靠近并相交形成活动挡块28的止挡端，止挡端与防逆齿轮5的齿配合。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该风力发电机可以实现自动变桨，保护风力发电机，防止损坏，且故障率低。该风力发电机结构简单、科学合理、造价低廉、稳定性好、变桨效果好，降低了故障率，提高工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种风力发电机，其特征在于，包括：

叶轮部，所述叶轮部包括风叶主轴（4）和设置在所述风叶主轴（4）上并可带动所述风叶主轴（4）转动的多个叶片（9）；

恒速样板齿轴（1），所述恒速样板齿轴（1）相对所述风叶主轴（4）可转动地设置；

转速差采集部，所述转速差采集部包括输入结构和输出结构，所述输入结构连接在所述恒速样板齿轴（1）和所述风叶主轴（4）之间，并采集所述恒速样板齿轴（1）和所述风叶主轴（4）之间的转速差，所述输出结构与所述叶片（9）连接，并根据所述输入结构采集的转速差驱动所述叶片（9）转动。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述输入结构包括：

变桨齿轮（13），所述变桨齿轮（13）设置在所述风叶主轴（4）上，并随所述风叶主轴（4）转动；

恒速齿轮（12），所述恒速齿轮（12）与所述恒速样板齿轴（1）同轴设置，且同步转动，所述变桨齿轮（13）与所述恒速齿轮（12）啮合，并可在所述恒速齿轮（12）驱动下转动，所述输出结构随所述变桨齿轮（13）转动，且带动所述叶片（9）转动。

3.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片（9）包括叶片轴和设置在所述叶片轴的第一端的片体，所述输出结构包括：

叶轴齿轮（3），所述叶轴齿轮（3）设置在所述叶片轴的第二端；

变桨蜗杆，所述变桨蜗杆与变桨齿轮（13）同轴设置，随所述变桨齿轮（13）转动，并与所述叶轴齿轮（3）啮合。

4.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述恒速样板齿轴（1）包括轴体，所述恒速齿轮（12）设置在所述轴体的第一端，所述风力发电机还包括恒速样板驱动器（8），所述恒速样板驱动器（8）与所述恒速样板齿轴（1）的第二端连接并驱动所述恒速样板齿轴（1）转动。

5.根据权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述变桨蜗杆与所述变桨齿轮（13）固定连接形成变桨传动轴（2）。

6.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述风叶主轴（4）包括连接轴和设置在所述连接轴的第一端的风叶连接头（17），所述变桨传动轴（2）和所述叶片（9）均设置在所述风叶连接头（17）上，所述连接轴上设置有第一通孔，所述恒速样板齿轴（1）穿设在所述第一通孔内。

7.根据权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，所述风叶连接头（17）包括U型结构，所述U型结构为多个，且沿轴向均匀分布，所述U型结构的两个侧壁上设置有变桨传动轴安装孔（18），所述U型结构的底壁上设置有风叶安装孔（19）。

8.根据权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，其中一个所述叶片（9）上还设置有万向节齿轮（41），所述风力发电机还包括保护齿轴（40）和行程开关（39），所述保护齿轴（40）与所述万向节齿轮（41）啮合，并在所述万向节齿轮（41）的驱动下移动，所述行程开关（39）控制所述恒速样板驱动器（8）通断，所述保护齿轴（40）移动至与所述行程开关（39）接触时，所述恒速样板驱动器（8）断开。

9.根据权利要求8的风力发电机，其特征在于，至少一个所述U型结构的开口处设置有L型挡板（38），对应的所述叶片（9）上设置有所述万向节齿轮（41），所述万向节齿轮（41）的远离所述叶片（9）的一端设置在所述L型挡板（38）的朝向所述风叶连接头（17）内延伸的横段上。

10.根据权利要求7或9的风力发电机，其特征在于，所述U型结构的底壁的外表面设置有止挡凸起（23），所述叶片轴上设置有与所述止挡凸起（23）配合的止挡片（36），所述叶片（9）转动至所述止挡片（36）与所述止挡凸起（23）接触的位置时，所述保护齿轴（40）触碰所述行程开关（39）。

11.根据权利要求7的风力发电机，其特征在于，所述U型结构的底壁上还可移动地设置有刹车推杆（21），所述风力发电机还包括摩擦部，所述摩擦部包括设置在所述风叶主轴（4）上的摩擦盘，并与所述风叶主轴（4）同步转动，所述叶片（9）转动时，触碰并推动所述刹车推杆（21）移动，所述刹车推杆（21）推动所述摩擦盘摩擦减速。

12.根据权利要求11的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括主轴外壳支架（6），所述主轴外壳支架（6）上设置有活动挡块（28），所述摩擦盘为防逆齿轮（5），所述防逆齿轮（5）设置在所述主轴外壳支架（6）上，并与所述活动挡块（28）接触，所述防逆齿轮（5）套设在所述风叶主轴（4）上，所述刹车推杆（21）推动所述防逆齿轮（5）沿所述风叶主轴（4）的轴向移动并与所述主轴外壳支架（6）摩擦。

13.根据权利要求2的风力发电机，其特征在于，所述叶片（9）包括叶片轴和设置在所述叶片轴的第一端的片体，所述输出结构包括：

叶轴齿轮（3），所述叶轴齿轮（3）设置在叶片轴的第二端；

伞形齿轮（16），所述伞形齿轮（16）与所述变桨齿轮（13）同轴设置，随所述变桨齿轮（13）转动，并与所述叶轴齿轮（3）啮合。

14.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片（9）包括叶片轴和设置在所述叶片轴的第一端的片体，所述输出结构包括：

叶轴齿轮（3），所述叶轴齿轮（3）设置在所述叶片轴的第二端；

万向变桨齿轮组件，所述万向变桨齿轮组件包括万向节（14）和传动齿轮（15），所述万向节（14）连接在所述变桨齿轮（13）上，并随所述变桨齿轮（13）转动，所述传动齿轮（15）与所述万向节（14）连接，随所述万向节（14）转动，并与所述叶轴齿轮（3）啮合，驱动所述叶轴齿轮（3）转动。

15.根据权利要求4的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括空心轴增速器（7），所述恒速样板齿轴（1）穿过所述空心轴增速器（7），并与所述恒速样板驱动器（8）连接，所述风叶主轴（4）与所述空心轴增速器（7）连接。

16.根据权利要求15的风力发电机，其特征在于，所述风叶主轴（4）上设置有插接结构，所述插接结构与所述空心轴增速器（7）连接，并带动所述空心轴增速器（7）转动，所述空心轴增速器（7）具有输出轴（29）。

17. 根据权利要求12的风力发电机，其特征在于，所述活动挡块（28）的外周面包括依次首尾相连的第一平面段（281）、第一弧面段（282）和第二弧面段（283），所述第一弧面段（282）为圆弧面段，所述第二弧面段（283）连接在所述第一弧面段（282）与所述第一平面段（281）之间，且所述第二弧面段（283）与所述第一平面段（281）相交形成所述活动挡块（28）的止挡端，所述止挡端与所述防逆齿轮（5）的齿配合。