CN108386318A - 风力发电机组 - Google Patents

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CN108386318A CN201810403606.8A CN201810403606A CN108386318A CN 108386318 A CN108386318 A CN 108386318A CN 201810403606 A CN201810403606 A CN 201810403606A CN 108386318 A CN108386318 A CN 108386318A
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Abstract

本发明提供一种风力发电机组，包括风力发电机和轮毂以及弯矩调节构件，风力发电机的转轴通过弯矩调节构件连接到轮毂，弯矩调节构件包括沿转轴的圆周方向均匀布置在转轴和轮毂之间的至少两个连杆单元，每个连杆单元包括连杆，连杆的第一端连接到转轴和轮毂中的一者，连杆的第二端连接到转轴和轮毂中的另一者，其第一端能够绕与转轴的轴线平行的轴转动，其第二端能够绕沿转轴的径向方向形成的轴转动。根据本发明的风力发电机组，使轮毂和转轴之间的刚性连接具有柔性，降低弯矩对发电机的影响，从而使发电机的气隙均匀稳定，发电效率提高，为风力发电机组的正常运行提供可靠保障。

Description

风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种具有连杆结构的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组大多采用直驱永磁发电机，直驱永磁发电机是风力发电机的一种重要的发电机型式，直驱永磁发电机的定子和转子之间的气隙关系到发电机的经济型并影响风力发电机的性能。
具体而言，叶轮受风载产生的旋转的力矩(即，扭矩)提供给发电机使其旋转产生电量。然而，由于叶轮通常直接安装在风力发电机的转子的侧面，转子同轴旋转，而叶轮在轴向方向具有预定长度，叶轮的重力等因素使得其发生形变，并且由其形变产生的轴向方向的力和弯矩被传递到转子，使得发电机的转子产生形变，定子与转子气隙变小且不均匀，影响发电机的性能和效率。
因此，在设计风力发电机时，为了保持转子与定子之间的气隙，需要预留气隙余量，但气隙的增大会导致发电机的尺寸和重量增加，尤其是其中的有效材料重量增大，直接关系到发电机的经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括弯矩调节构件，该弯矩调节构件能够只传递扭矩而不传递轴向方向的力和弯矩，从而减小甚至消除叶轮的重力对气隙的影响，使得定子和转子之间的气隙均匀稳定，风力发电机能够更好地运行。
根据本发明的一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括风力发电机和轮毂，并且还包括弯矩调节构件，风力发电机的转轴通过弯矩调节构件连接到所述轮毂，弯矩调节构件包括至少两个连杆单元，至少两个连杆单元沿转轴的圆周方向均匀布置在转轴和轮毂之间，每个连杆单元包括连杆，连杆的第一端连接到转轴和轮毂中的一者，连杆的第二端连接到转轴和轮毂中的另一者，连杆的第一端能够绕与转轴的轴线平行的轴转动，连杆的第二端能够绕沿转轴的径向方向形成的轴转动。
每个连杆单元还包括连杆支架和连杆转轴，轮毂上设置有第一连杆支架及安装在第一连杆支架上的第一连杆转轴，转轴上设置有第二连杆支架以及安装在第二连杆支架上的第二连杆转轴；连杆的第一端和连杆的第二端中的一者套设在第一连杆转轴上，连杆的第一端和连杆的第二端中的另一者套设在第二连杆转轴上。
连杆可为刚性构件，在第一连杆转轴和第二连杆转轴与连杆之间分别设置有弹性套环，弹性套环在连杆发生转动时产生弹性形变。
连杆可包括第一连杆部分和第二连杆部分，连杆的第一端形成在第一连杆部分的第一端，连杆的第二端形成在第二连杆部分的第一端，第一连杆部分的第二端和第二连杆部分的第二端通过紧固构件彼此连接。
第一连杆部分和第二连杆部分之间可设置有调整垫片。
连杆可具有与转轴的圆周弧度相同的弧度。
连杆可包括第一连杆部分和第二连杆部分，连杆的第一端形成在第一连杆部分的第一端，连杆的第二端形成在第二连杆部分的第一端，第一连杆部分的第二端与第二连杆部分的第二端能够相互滑动地连接。
在第一连杆部分的第二端与第二连杆部分的第二端之间可设置有用于容纳液体的弹性腔体，弹性腔体在第一连杆部分和第二连杆部分发生相对移动时膨胀或收缩。
第一连杆部分的第二端可形成有腔室，第二连杆部分的第二端可形成有挡片，以使第二连杆部分呈T字形，挡片位于腔室中并且能够在腔室中滑动，挡片将腔室沿连杆的长度方向分为第一部分和第二部分，第一部分和第二部分中分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体和第二弹性腔体，第一弹性腔体和第二弹性腔体在第一连杆部分和第二连杆部分相互滑动时相反地膨胀和收缩。
第一连杆部分的第二端可形成有腔室，第二连杆部分的第二端可形成有挡片，并且第二连杆部分上还设置有与挡片平行的挡环，挡片位于腔室中，挡环位于腔室的外侧，腔室的位于挡片和挡环之间的壁，与挡片和挡环之间分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体和第二弹性腔体，第一弹性腔体和第二弹性腔体在第一连杆部分和第二连杆部分相互滑动时相反地膨胀和收缩。
第一弹性腔体和第二弹性腔体可分别连接到第一分流阀和第二分流阀，第一分流阀和第二分流阀可分别连接到第一液体注入泵和第二液体注入泵，使得所述至少两个连杆单元中的每个中的第一弹性腔体彼此连通以及使得每个中的第二弹性腔体彼此连通。
根据本发明的风力发电机组，通过在风力发电机的转轴和轮毂之间设置弯矩调节构件，能够防止或减小由于叶轮的重力产生的轴向方向的力和径向方向的弯矩传递到转轴，实现纯扭矩的传递。同时，通过消除或减少弯矩的影响，进一步减小因弯矩的作用对转子与定子之间的气隙的改变，并使气隙均匀稳定，使风力发电机正常运行，实现发电机在有限的半径下发电效率的提高。同时，使轮毂和转轴之间的刚性连接具有柔性，降低弯矩对发电机的影响，为风力发电机组的正常运行提供可靠保障。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1是根据本发明的风力发电机组的剖切示意图；
图2是沿图1的A-A线截取的剖视图；
图3是示出图1中所示的风力发电机组的轴系的示意图；
图4是沿图3的B-B线截取的剖视图；
图5是根据本发明的第一实施例的弯矩调节构件的连杆单元的示意图；
图6是图5中的C部分的放大图；
图7是根据本发明的第二实施例的弯矩调节构件的示意图；
图8是根据本发明的第三实施例的弯矩调节构件的示意图。
附图标号说明：
1-轮毂；4-定轴；5-转轴；6,8,9-轴承；7-第一连杆支架；2-第二连杆支架；10-连杆单元；13-连杆；11-连杆的第一端；12-连杆的第二端；15-定子支架；16-转子支架；18-调整垫片；19-紧固构件；20-法兰盘；21-第一连杆部分；22-第二连杆部分；23-腔室；25,25'-第一弹性腔体；26,26'-第二弹性腔体；28-第一液体注入泵；38-第二液体注入泵；29-第一分流阀；39-第二分流阀；30-液压管路；34-挡片；36-挡环；71-第一连杆转轴；72-第二连杆转轴；75-弹性套环。
具体实施方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
如图1所示，风力发电机组包括风力发电机和轮毂1以及弯矩调节构件。风力发电机的转轴5通过弯矩调节构件连接到轮毂1。然而，风力发电机组还包括如本领域技术人员熟知的塔筒、叶片、机舱等其他结构和部件，在此不再赘述。
下面参照图1至图4对根据本发明的实施例的弯矩调节构件进行详细描述。
弯矩调节构件可包括至少两个连杆单元10。本发明的附图中均示出了包括三个连杆单元10的情况，但不限于此，也可包括两个或者多于三个的连杆单元10，只要连杆单元10沿转轴5的圆周方向均匀布置在转轴5与轮毂1之间即可。
另外，图1和图3中示出了风力发电机为内转子外定子的情况，定子支架15安装在定轴4上，转子支架16安装在转轴5上，转轴5通过轴承6安装在定轴4上并绕定轴4旋转，轮毂1通过轴承8和9安装在定轴4上并通过弯矩调节构件与转轴5一起绕定轴4旋转。然而，风力发电机也可为外转子内定子的情况，在这种情况下，弯矩调节构件同样可安装在转轴5与轮毂1之间，且弯矩调节构件的结构和工作原理相同。因此，在下文中，将以风力发电机为内转子外定子的情况为例对弯矩调节构件进行介绍。
每个连杆单元10均包括连杆13，连杆13的第一端11连接到转轴5和轮毂1中的一者，连杆13的第二端12连接到转轴5和轮毂1中的另一者，例如，如图2所示，连杆13的第一端11可连接到轮毂1，连杆13的第二端12可连接到转轴5，其中，连杆13的第一端11能够绕与转轴5的轴线平行的轴转动，以防止沿径向方向产生的弯矩传递到转轴5，连杆13的第二端12能够绕沿转轴5的径向方向形成的轴转动，以防止沿轴向方向的力传递到转轴5。可以知道，连杆13的第一端11连接轮毂1或转轴5，只要可以实现连杆13的第一端11绕与转轴5的轴线平行的轴转动即可，对应地，连杆13的第二端12连接转轴5或轮毂1，只要能够实现连杆13的第二端12绕沿转轴5的径向方向形成的轴转动即可。
此外，每个连杆单元10还包括连杆支架和连杆转轴，如图2和图5所示，具体地包括设置在轮毂1上的第一连杆支架7、安装在第一连杆支架7上的第一连杆转轴71、设置在转轴5上的第二连杆支架2以及安装在第二连杆支架2上的第二连杆转轴72。连杆13的第一端11和连杆13的第二端12中的一者可以套设在第一连杆转轴71上连接至轮毂1，连杆13的第一端11和连杆13的第二端12中的另一者可以套设在第二连杆转轴72上连接至转轴5。例如，如图2和图5所示，连杆13的第一端11套设在第一连杆转轴71上，连杆13的第二端12套设在第二连杆转轴72上。其中，第一连杆转轴71与定轴4(和转轴5)的轴线平行，第二连杆转轴72沿定轴4(和转轴5)的径向方向形成。
这样，当由于包括轮毂1的叶轮的重力相对于转轴5产生沿轴向的方向的力和沿径向方向的弯矩时，分别使得连杆13的第二端12绕第二连杆转轴72旋转且连杆13的第一端11绕第一连杆转轴71旋转，防止这两个方向的力传递到转轴5，从而使得转轴5仅承受扭矩。
具体地，连杆支架和连杆转轴可具有龙门支架的形式，即，连杆支架可包括两个板状支撑板，每个支撑板上可形成用于安装连杆转轴的孔，连杆转轴固定地安装在两个支撑板上，连杆13的第一端11和第二端12分别套设在位于两个支撑板之间的连杆转轴的外侧，从而可分别绕连杆转轴旋转。然而，连杆支架和连杆转轴的结构不限于此，主要能够使连杆13的第一端11和第二端12绕连杆转轴旋转即可。
下面参照图5和图6描述根据本发明的第一示例性实施例的弯矩调节构件的结构。
如图5所示，连杆13为刚性构件，连杆13的第一端11与第一连杆转轴71以及连杆13的第二端12与第二连杆转轴72之间分别设置有弹性套环75，当连杆13相对于第一连杆转轴71和第二连杆转轴72发生相对转动时，弹性套环75发生形变，防止连杆13无法转动，同时，设置弹性套环75还能使至少两个连杆单元10之间的受力平衡。弹性套环75可以为橡胶材料，并且可通过计算的形变量而具有预定的厚度。
为防止由于加工误差导致连杆13不便于安装，连杆13可包括第一连杆部分21和第二连杆部分22，连杆13的第一端11可形成在第一连杆部分21的第一端，连杆13的第二端12可形成在第二连杆部分22的第一端，第一连杆部分21的第二端和第二连杆部分22的第二端可通过紧固构件19彼此连接。如图6所示，第一连杆部分21的第二端和第二连杆部分22的第二端分别形成有法兰盘20，法兰盘20上形成有连接孔，紧固构件19穿过两个法兰盘20的连接孔连接第一连杆部分21和第二连杆部分22。
另外，第一连杆部分21和第二连杆部分22之间也可设置有调整垫片18，以进一步调整加工误差。调整垫片18的厚度可跟实际需求调整，调整垫片18的材质可以是钢或树脂等，但没有具体限制。
此外，为更好地实现消除轴向方向的力和弯矩的效果，连杆13可具有与转轴5的圆周弧度大体相同的弧度，即，连杆13可在其长度方向上弯曲，并在安装后保持与转轴5的圆周方向一致，使得至少两个连杆单元10中的每个连杆13位于半径相同的圆的外周上。
图7和图8是根据另外的示例性实施例的弯矩调节构件的结构示意图。根据图7和图8的实施例，连杆13也可包括第一连杆部分21和第二连杆部分22，连杆13的第一端11形成在第一连杆部分21的第一端，连杆13的第二端12形成在第二连杆部分22的第一端，第一连杆部分21的第二端与第二连杆部分22的第二端彼此可相互滑动地连接。当连杆13的第一端11和第二端12分别绕第一连杆转轴71和第二连杆转轴72旋转时，第一连杆部分21的第二端和第二连杆部分22的第二端发生相对滑动。
为防止第一连杆部分21和第二连杆部分22之间由于相对滑动而发生碰撞，进而导致连杆13损坏，可在第一连杆部分21的第二端与第二连杆部分22的第二端之间设置有用于容纳液体的弹性腔体，该弹性腔体在第一连杆部分21和第二连杆部分22发生相对移动时膨胀或收缩。
如图7所示，第一连杆部分21的第二端形成有腔室24，第二连杆部分22的第二端形成有挡片34，第二连杆部分22整体呈T字形，挡片34位于腔室24中并且能够在腔室24中滑动。挡片34将腔室24沿连杆13的长度方向分为第一部分和第二部分，第一部分和第二部分中分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体25和第二弹性腔体26，第一弹性腔体25和第二弹性腔体26在第一连杆部分21和第二连杆部分22相互滑动时由于挡片34的移动而相反地膨胀和收缩。第一弹性腔体25可具有与第一部分的形状相对应的形状，第二弹性腔体26可具有围绕的第二连杆部分22的环形形状。
为确保多个连杆单元10受力相同，每个连杆单元10中的第一弹性腔体25和第二弹性腔体26分别通过液压管路30连接到第一分流阀29和第二分流阀39，第一分流阀29和第二分流阀39分别连接到第一液体注入泵28和第二液体注入泵38，从而使得每个连杆单元10中的第一弹性腔体25彼此连通，以及使得每个连杆单元10中的第二弹性腔体26彼此连通。由于每个连杆单元10中的第一弹性腔体25彼此连通且第二弹性腔体26彼此连通，因此在第一连杆部分21和第二连杆部分22发生相对滑动时，产生的冲击载荷可均匀地分摊至每个第一弹性腔体25或第二弹性腔体26中，实现压力补偿，从而能够使三个弯矩调节构件的驱动力相同，并且能够减小冲击载荷。
图8中的实施例与图7的实施例相似，下面仅针对二者的区别进行介绍。第一连杆部分21的第二端形成有腔室24，第二连杆部分22的第二端形成有挡片34，并且第二连杆部分22上还设置有与挡片34平行的挡环36，挡片34位于腔室24中，挡环36位于腔室24的外侧，腔室24的位于挡片34和挡环36之间的壁与挡片34和挡环36之间分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体25'和第二弹性腔体26'，第一弹性腔体25'和第二弹性腔体26'在第一连杆部分21和第二连杆部分22相互滑动时相对于腔室24的位于挡片34和挡环36之间的壁而相反地膨胀和压缩。在图8的实施例中，第一弹性腔体25'和第二弹性腔体26'均具有围绕的第二连杆部分22的环形形状。
另外，在图7和图8的实施例中，在连杆13的第一端11与第一连杆转轴71以及连杆13的第二端12与第二连杆转轴72之间也可分别设置弹性套环75，以进一步使至少两个连杆单元10之间的受力平衡。
根据本发明的风力发电机组，通过在风力发电机的转轴和轮毂之间设置弯矩调节构件，能够防止或减小由于叶轮的重力产生的轴向方向的力和径向方向的弯矩传递到转轴，实现纯扭矩的传递。同时，通过消除或减少弯矩的影响，进一步减小因弯矩的作用对转子与定子之间的气隙的改变，并使气隙均匀稳定，使风力发电机正常运行，实现发电机在有限的半径下发电效率的提高。同时，使轮毂和转轴之间的刚性连接具有柔性，降低弯矩对发电机的影响，为风力发电机组的正常运行提供可靠保障。
虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (11)

1.一种风力发电机组，包括风力发电机和轮毂(1)，其特征在于，还包括弯矩调节构件，所述风力发电机的转轴(5)通过所述弯矩调节构件连接到所述轮毂(1)，
所述弯矩调节构件包括至少两个连杆单元(10)，至少两个所述连杆单元(10)沿所述转轴(5)的圆周方向均匀布置在所述转轴(5)和所述轮毂(1)之间，
其中，每个所述连杆单元(10)包括连杆(13)，所述连杆(13)的第一端(11)连接到所述转轴(5)和所述轮毂(1)中的一者，所述连杆(13)的第二端(12)连接到所述转轴(5)和所述轮毂(1)中的另一者，其中，所述连杆(13)的第一端(11)能够绕与所述转轴(5)的轴线平行的轴转动，所述连杆(13)的第二端(12)能够绕沿所述转轴(5)的径向方向形成的轴转动。
2.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，每个所述连杆单元(10)还包括连杆支架和连杆转轴，所述轮毂(1)上设置有第一连杆支架(7)及安装在所述第一连杆支架(7)上的第一连杆转轴(71)，所述转轴(5)上设置有第二连杆支架(2)以及安装在所述第二连杆支架(2)上的第二连杆转轴(72)；所述连杆(13)的第一端(11)和所述连杆(13)的第二端(12)中的一者套设在所述第一连杆转轴(71)上，所述连杆(13)的第一端(11)和所述连杆(13)的第二端(12)中的另一者套设在所述第二连杆转轴(72)上。
3.如权利要求2所述的风力发电机组，其特征在于，所述连杆(13)为刚性构件，其中，在所述第一连杆转轴(71)和所述第二连杆转轴(72)与所述连杆(13)之间分别设置有弹性套环(75)，所述弹性套环(75)在所述连杆(13)发生转动时产生弹性形变。
4.如权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于，所述连杆(13)包括第一连杆部分(21)和第二连杆部分(22)，所述连杆(13)的第一端(11)形成在所述第一连杆部分(21)的第一端，所述连杆(13)的第二端(12)形成在所述第二连杆部分(22)的第一端，所述第一连杆部分(21)的第二端和所述第二连杆部分(22)的第二端通过紧固构件(19)彼此连接。
5.如权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述第一连杆部分(21)和所述第二连杆部分(22)之间设置有调整垫片(18)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述连杆(13)具有与所述转轴(5)的圆周弧度相同的弧度。
7.如权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于，所述连杆(13)包括第一连杆部分(21)和第二连杆部分(22)，所述连杆(13)的第一端(11)形成在所述第一连杆部分(21)的第一端，所述连杆(13)的第二端(12)形成在所述第二连杆部分(22)的第一端，所述第一连杆部分(21)的第二端与所述第二连杆部分(22)的第二端能够相互滑动地连接。
8.如权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，在所述第一连杆部分(21)的第二端与所述第二连杆部分(22)的第二端之间设置有用于容纳液体的弹性腔体，所述弹性腔体在所述第一连杆部分(21)和所述第二连杆部分(22)发生相对移动时膨胀或收缩。
9.如权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述第一连杆部分(21)的第二端形成有腔室(24)，所述第二连杆部分(22)的第二端形成有挡片(34)，以使所述第二连杆部分(22)呈T字形，所述挡片(34)位于所述腔室(24)中并且能够在所述腔室(24)中滑动，
其中，所述挡片(34)将所述腔室(24)沿所述连杆(13)的长度方向分为第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分中分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体(25)和第二弹性腔体(26)，所述第一弹性腔体(25)和所述第二弹性腔体(26)在所述第一连杆部分(21)和所述第二连杆部分(22)相互滑动时相反地膨胀和收缩。
10.如权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述第一连杆部分(21)的所述第二端形成有腔室(24)，所述第二连杆部分(22)的所述第二端形成有挡片(34)，并且所述第二连杆部分(22)上还设置有与所述挡片(34)平行的挡环(36)，所述挡片(34)位于所述腔室(24)中，所述挡环(36)位于所述腔室(24)的外侧，所述腔室(24)的位于所述挡片(34)和所述挡环(36)之间的壁，与所述挡片(34)和所述挡环(36)之间分别设置有用于存储液体的第一弹性腔体(25')和第二弹性腔体(26')，所述第一弹性腔体(25')和所述第二弹性腔体(26')在所述第一连杆部分(21)和所述第二连杆部分(22)相互滑动时相反地膨胀和收缩。
11.如权利要求9或10所述的风力发电机组，其特征在于，所述第一弹性腔体(25，25')和所述第二弹性腔体(26，26')分别连接到第一分流阀(29)和第二分流阀(39)，所述第一分流阀(29)和所述第二分流阀(39)分别连接到第一液体注入泵(28)和第二液体注入泵(38)，使得所述至少两个连杆单元(10)中的每个中的所述第一弹性腔体(25，25')彼此连通，以及使得每个中的所述第二弹性腔体(26，26')彼此连通。
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