CN114060214A - 偏航装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏航装置。所述偏航装置包括：动力耦合齿轮和动力输入组件，动力耦合齿轮连接于动力输入组件；偏航控制机构包括第一偏航控制组件和第二偏航控制组件，第一偏航控制组件的主动齿轮与动力输入组件的从动齿轮啮合，第二偏航控制组件的主动齿轮与第一偏航控制组件的主动齿轮啮合；偏航动力输出组件包括偏航降速齿轮和弹性缓冲组件，分设于偏航动力传递主轴的两端，偏航降速齿轮连接于第一和第二偏航组件的轴套齿轮；偏航驱动组件由柱齿轮和偏航导轨条组成，柱齿轮的柱齿与偏航导轨条的柱齿孔啮合。本发明能够简化偏航系统，降低使用本系统的风机成本和提高可靠性。

Description

偏航装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种偏航装置。

背景技术

在发电领域，经常需要对风力发电设备进行偏航操作，保证风力发电设备的叶片对准迎风的方向，以此来提高发电量。但是现行风力发电设备采用电机驱动偏航，电机本身的体积较大，占据较大空间。而且电机容易过载，电机过载就会导致电机控制接触器跳闸，需要人工进入塔顶机舱合上接触器才能让设备重新启用。实际作业使用非常繁琐，产品成本很高，可靠性并不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种偏航装置，旨在降低产品重量和成本，提高可靠性。

为实现上述目的，本发明提出一种偏航装置，所述偏航装置用于风力发电，所述偏航装置包括：

动力输入机构，所述动力输入机构包括动力耦合齿轮和动力输入组件，所述动力耦合齿轮连接于所述动力输入组件；

偏航控制机构，所述偏航控制机构包括第一偏航控制组件和第二偏航控制组件，所述第一偏航控制组件的主动齿轮与所述动力输入组件的从动齿轮啮合，所述第二偏航控制组件的主动齿轮与所述第一偏航控制组件的主动齿轮啮合；

偏航动力输出组件，所述偏航动力输出组件包括偏航降速齿轮、偏航动力传递主轴和弹性缓冲组件，所述偏航降速齿轮和所述弹性缓冲组件分设于所述偏航动力传递主轴的两端，所述偏航降速齿轮与所述第一偏航控制组件的轴套齿轮和所述第二偏航控制组件的轴套齿轮啮合；和

偏航驱动组件，所述偏航驱动组件包括柱齿轮和偏航导轨条组成，柱齿轮的柱齿与所述偏航导轨条的柱齿孔啮合。

在其中一实施例中，所述第一偏航控制组件包括第一齿轮、第一转轴和第一轴套离合器，所述第一齿轮和所述第一轴套离合器设于所述第一转轴，所述第一齿轮和所述动力输入组件的从动齿轮连接；

所述第二偏航控制组件包括第二齿轮、第二转轴和第二轴套离合器，所述第二齿轮和所述第二轴套离合器设于所述第二转轴，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

在其中一实施例中，所述动力输入组件包括主动齿轮、从动齿轮和主轴，所述主动齿轮和所述从动齿轮均套设于所述主轴，所述主动齿轮和所述动力耦合齿轮啮合，所述从动齿轮与所述第一齿轮啮合。

在其中一实施例中，所述第一轴套离合器包括第一定离合片、第一动离合片、第一轴套齿轮以及第一轴套离合控制器，所述第一轴套齿轮转动套设于所述第一转轴，所述第一定离合片固定嵌套于所述第一转轴，所述第一动离合片与第一轴套齿轮弹性连接，第一轴套离合控制器转动套设于所述第一转轴；

所述第二轴套离合器包括第二定离合片、第二动离合片、第二轴套齿轮以及第二轴套离合控制器，所述第二轴套齿轮转动套设于所述第二转轴，所述第二定离合片固定嵌套于所述第二转轴，所述第二动离合片与第二轴套齿轮弹性连接，第二轴套离合控制器转动套设于所述第二转轴。

在其中一实施例中，所述第一齿轮和所述第二齿轮分设于所述偏航动力传递主轴的径向两侧且径向距离相等，所述第一轴套齿轮和所述第二轴套齿轮与所述偏航降速齿轮啮合。

在其中一实施例中，所述第一轴套离合控制器或所述第二轴套离合控制器通电后，动力耦合到所述偏航降速齿轮，并将动力传递到所述弹性缓冲组件输出需要的偏航动力，实现预设的偏航动作。

在其中一实施例中，所述弹性缓冲组件包括动力输出从动齿轮、随动轴、随动齿轮、柱齿轮轴和柱齿轮，所述动力输出从动齿轮设于所述偏航动力传递主轴，所述随动齿轮设于所述随动轴，所述随动轴通过两端轴连杆与所述偏航动力传递主轴连接，通过两根轴连杆与所述柱齿轮轴连接，所述柱齿轮套接于柱齿轮轴上，柱齿轮轴和偏航动力传递主轴通过柱齿轮两侧的弹性联轴器连接，所述动力输出从动齿轮与所述随动齿轮啮合，所述随动齿轮和所述柱齿轮的渐开线齿轮啮合。

在其中一实施例中，所述偏航装置包括偏航导轨条，所述偏航导轨条的表面开设有柱齿孔；所述柱齿轮上的柱形齿与所述柱齿孔耦合，所述柱形齿沿所述柱齿轮一侧径向均匀排列。

在其中一实施例中，所述的柱齿轮轴中心位置与动力传动轴中心位置垂直对齐，所述柱齿轴两端套接于轴承，且轴承活动嵌入箱壁的长圆形槽中，所述柱形齿轮的圆周面与所述偏航导轨条弹性紧密接触。

在其中一实施例中，所述偏航装置还包括偏航驱动机构、刹车盘和若干刹车件；

所述刹车盘和所述偏航导轨条设于所述偏航驱动机构，若干所述刹车件等间距的设于所述刹车盘的周边。

本发明技术方案中，通过风力带动动力耦合齿轮转动。动力耦合齿轮带动动力输入组件输入动力。控制偏航的第一偏航控制组件的第一齿轮和动力输入组件的从动齿轮连接，第二偏航控制组件的第二齿轮和第一齿轮连接，由此风力带动风力传动轴的传动力依次传递至动力耦合齿轮、动力输入组件、第一齿轮、第二齿轮，带动第一轴和第二轴沿相反方向等速转动。不需要偏航时，第一和第二轴套离合器不通电，偏航电磁刹车不通电，偏航动力只传递到第一轴和第二轴上，没有偏航动力，偏航轴被偏航电磁刹车锁死，风机机头方向固定。当风向发生变化需要偏航时，控制系统依据风向计算给第一或第二偏航控制器通电，同时松开部分偏航电磁刹车，通电的偏航控制器主轴与轴套齿轮啮合，动力从轴传递到轴套齿轮上，再传递到输出主轴上，经弹性缓冲装置传递到偏航驱动的导轨条上，带动风机在水平方向上转动，到达预定位置后，松开轴套离合器，合上偏航电磁刹车，完成偏航；通过上述可知，本发明的技术方案中，带动偏航的传动力来自风能，不用另外设置电机驱动偏航；继而能够节省空间，降低重量，减少成本，同时也不会存在电机过载的问题，减少人工手动重启的步骤，提高使用的便捷性和产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明偏航装置的部分组件的结构示意图；

图2是本发明图2中第一偏航控制组件的结构示意图；

图3是本发明图2中第二偏航控制组件的结构示意图；

图4是本发明图2中偏航驱动组件的结构示意；

图5是本发明图5中弹性缓冲组件的结构示意；

图6是本发明图6中柱齿轮的结构示意图；

图7是本发明偏航导轨条和柱齿轮的结构示意图；

图8是本发明图8中偏航导轨条的结构示意图；

图9是本发明偏航驱动机构的结构示意图；

图10是本发明刹车盘和刹车件的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“应做广义理解，例如，“轮毂套”可以是轮毂套连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在相关技术中，现行风力发电设备因在集成设计方面考虑不足，没有将相关设备有机结合，只是将各种功能单元集合在一起，导致发电机体积较大，占据较大空间。另外，偏航需要的扭矩较大，必须通过电机降速获得大的扭矩，偏航速度慢，偏航过程中因余压不能动态调整，当偏航阻力较大时，或者驱动电机不同步时，容易产生电机过载，导致电机控制接触器跳闸，必须有维护人员进入塔顶机舱合上接触器才能让设备重新启用。实际作业使用非常繁琐。

为了解决上述问题，参阅图1-图4所示，本实施例提供一种偏航装置，偏航装置用于风力发电。偏航装置包括：动力输入机构、偏航控制机构20、偏航动力输出组件和偏航驱动组件30。

动力输入机构包括动力耦合齿轮110和动力输入组件230，动力耦合齿轮110连接于动力输入组件230；动力耦合齿轮110和动力输入组件主动齿轮231啮合。

偏航控制机构20包括第一偏航控制组件210和第二偏航控制组件220，第一偏航控制组件210的主动齿轮与动力输入组件的从动齿轮232啮合，第二偏航控制组件的主动轮与第一偏航控制组件210的主动齿轮啮合；

偏航动力输出组件包括偏航降速齿轮310、偏航动力传递主轴320和弹性缓冲组件330，偏航降速齿轮310和弹性缓冲组件330分设于偏航动力传递主轴320的两端，偏航降速齿轮310连接于偏航控制机构20；

偏航驱动组件30包括柱齿轮331和偏航导轨条340组成，柱齿轮331的柱齿3311与偏航导轨条340的柱齿孔341啮合。

动力输入机构用于输入偏航动力，偏航控制机构20连接于动力输入机构，受发电机主控制器控制，将输入动力依据偏航需要将动力从第一或第二轴套齿轮传递到偏航驱动组件30，动力带动驱动机构40并配合偏航刹车60的动作完成预定的偏航。

动力输入机构包括风力传动轴、动力耦合齿轮110和动力输入组件230，动力耦合齿轮110套设于风力传动轴；风力传动轴连接风机叶片，风吹动叶片转动，从而带动风力传动轴转动。动力耦合齿轮110套设在风力传动轴上，在风力传动轴转动的同时，动力耦合齿轮110同步转动。动力耦合齿轮110与动力输入组件230的主动齿轮231啮合，动力输入组件230由主动齿轮231、从动齿轮232、动力传动轴233组成，主动齿轮231和被动齿轮232均固定在动力传动轴233上，主动齿轮231与被动齿轮相同模数，但齿数比大于1。

偏航控制机构20包括第一偏航控制组件210和第二偏航控制组件220，第一偏航控制组件210的第一齿轮211与动力输入组件230的被动齿轮232耦合，第二偏航控制组件220均的第二齿轮221与第二偏航控制组件220的第一齿轮耦合。

本实施例的第一偏航控制组件210由第一齿轮211、第一主轴212和第一轴套离合器213。本实施例的第二偏航控制组件220由第二齿轮221、第二主轴222和第二轴套离合器223组成。来自动力输入装置10的动力带动第一齿轮转动再带动第二齿轮转动，两个齿轮分别通过键销固定在第一主轴和第二主轴上，因此两个主轴在动力的作用下等速反向转动，动力是否继续传递由套接在主轴上的轴套离合器决定。

本实施例的技术方案中，使用的轴套离合器是相同的，第一轴套离合器213由第一定离合片2131、第一动离合片2132、第一轴套齿轮2133、第一离合控制器组成，第一定离合片2131固定在第一转轴212上，第一动离合片2132与第一轴套齿轮2133弹性连接并活动套接在第一转轴212上，第一动离合片2132与第一轴套齿轮2133弹性连接是为了在离合器合上时静止载荷对转动主轴的冲击，活动套接在主轴的目的是为了让动离合片能完成合上和分离并在分离时能自由转动；离合片的合上通过离合控制器通电后产生的推力推动动离合片与定离合片紧密接触，把轴上动力传递给轴套齿轮；离合器的分离通过离合控制器断电失去推力实现。第二轴套离合器223由第二定离合片2231、第二动离合片2232、第二轴套齿轮2233、第二离合控制器组成，工作原理与第一轴套离合器213相同。

风机主控系统发现风机机头方向与风向差距较大时，需要启动偏航系统让机头对准风向，首先判断偏航方向，向右或向左哪个方向偏航时间最短，选定方向后依据系统设计，选择第一或第二偏航控制器合上，从而第一或第二偏航控制器通电，动力从第一或第二轴套齿轮输出，输出动力耦合到偏航驱动组件30的降速齿轮310。

参阅图5至图10所示，本实施例的技术方案中，偏航驱动组件30包含降速齿轮310、动力输出轴320、弹性缓冲组件330，弹性缓冲组件330的使用是为了消除设计过程、装配制造过程和运行过程中积累的输出柱齿轮和偏航导轨条柱齿孔之间的耦合偏差，保障动力传递时不出现机械冲突和欠耦合，机械冲突会导致结构材料失效，欠耦合则会导致动力传递失效。本实施例的弹性缓冲组件330由动力输出从动齿轮332、随动齿轮333及其随动轴、柱齿轮331及柱齿轮轴、连接动力输出轴和随动轴的两个刚性轴连轴器、连接随动轴和柱齿轮轴的两个刚性轴连轴器，连接动力输出轴和柱齿轮轴的两个弹性联轴器334，另外柱齿轮轴两侧安装轴承，轴承嵌入到与输出动力轴垂直对齐的长圆形槽中，柱齿轮可上下移动，消除各种机械误差后紧压偏航导轨条，避免机械冲突和欠耦合，动力可有效通过偏航驱动机构40的柱形齿3311传递到偏航导轨条340上的柱齿孔341，本实施例的柱齿孔341通过计算可实现柱齿孔341和柱形齿331的精密耦合。

在上述实施例中，风力驱动的转动轴的动力通过受控的离合控制传递到偏航导轨的柱齿孔341，产生了需要的偏航动力，但为了实现偏航操作，还需要偏航刹车释放对偏航轴的约束，即释放刹车，本实施例使用18个电磁刹车60安装在刹车盘上，其上的刹车盘50连接在电磁刹车60上，电磁刹车通电后释放刹车。偏航动力加载到柱齿孔前，刹车不能全部释放，释放刹车时需要对称释放，防止产生刹车偏心力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种偏航装置，其特征在于，所述偏航装置用于风力发电，所述偏航装置包括：

动力输入机构，所述动力输入机构包括动力耦合齿轮和动力输入组件，所述动力耦合齿轮连接于所述动力输入组件；

偏航控制机构，所述偏航控制机构包括第一偏航控制组件和第二偏航控制组件，所述第一偏航控制组件的主动齿轮与所述动力输入组件的从动齿轮啮合，所述第二偏航控制组件的主动齿轮与所述第一偏航控制组件的主动轮啮合；

偏航动力输出组件，所述偏航动力输出组件包括偏航降速齿轮、偏航动力传递主轴和弹性缓冲组件，所述偏航降速齿轮和所述弹性缓冲组件分设于所述偏航动力传递主轴的两端，所述偏航降速齿轮与所述第一偏航控制组件的轴套齿轮和所述第二偏航控制组件的轴套齿轮啮合；和

偏航驱动组件，所述偏航驱动组件包括柱齿轮和偏航导轨条组成，柱齿轮的柱齿与所述偏航导轨条的柱齿孔啮合。

2.如权利要求1所述的偏航装置，其特征在于，所述第一偏航控制组件包括第一齿轮、第一转轴和第一轴套离合器，所述第一齿轮和所述第一轴套离合器设于所述第一转轴，所述第一齿轮和所述动力输入组件的从动齿轮连接；

所述第二偏航控制组件包括第二齿轮、第二转轴和第二轴套离合器，所述第二齿轮和所述第二轴套离合器设于所述第二转轴，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

3.如权利要求2所述的偏航装置，其特征在于，所述动力输入组件包括主动齿轮、从动齿轮和主轴，所述主动齿轮和所述从动齿轮均套设于所述主轴，所述主动齿轮和所述动力耦合齿轮啮合，所述从动齿轮与所述第一齿轮啮合。

4.如权利要求2所述的偏航装置，其特征在于，所述第一轴套离合器包括第一定离合片、第一动离合片、第一轴套齿轮以及第一轴套离合控制器，所述第一轴套齿轮转动套设于所述第一转轴，所述第一定离合片固定嵌套于所述第一转轴，所述第一动离合片与第一轴套齿轮弹性连接，第一轴套离合控制器转动套设于所述第一转轴；

所述第二轴套离合器包括第二定离合片、第二动离合片、第二轴套齿轮以及第二轴套离合控制器，所述第二轴套齿轮转动套设于所述第二转轴，所述第二定离合片固定嵌套于所述第二转轴，所述第二动离合片与第二轴套齿轮弹性连接，第二轴套离合控制器转动套设于所述第二转轴。

5.如权利要求4所述的偏航装置，其特征在于，所述第一齿轮和所述第二齿轮分设于所述偏航动力传递主轴的径向两侧且径向距离相等，所述第一轴套齿轮和所述第二轴套齿轮与所述偏航降速齿轮啮合。

6.如权利要求5所述的偏航装置，其特征在于，所述第一轴套离合控制器或所述第二轴套离合控制器通电后，动力耦合到所述偏航降速齿轮，并将动力传递到所述弹性缓冲组件输出需要的偏航动力，实现预设的偏航动作。

7.如权利要求1所述的偏航装置，其特征在于，所述弹性缓冲组件包括动力输出从动齿轮、随动轴、随动齿轮、柱齿轮轴和柱齿轮，所述从动齿轮固定于所述偏航动力传递主轴的一端，所述随动齿轮设于所述随动轴，所述随动轴通过两端轴连杆与所述偏航动力传递主轴连接，通过两根轴连杆与所述柱齿轮轴连接，所述柱齿轮套接于柱齿轮轴上，柱齿轮轴和偏航动力传递主轴通过柱齿轮两侧的弹性联轴器连接，所述从动齿轮与所述随动齿轮啮合，所述随动齿轮和所述柱齿轮的渐开线齿轮啮合。

8.如权利要求7所述的偏航装置，其特征在于，所述偏航装置包括偏航导轨条，所述偏航导轨条的表面开设有柱齿孔；所述柱齿轮上的柱形齿与所述柱齿孔耦合，所述柱形齿沿所述柱齿轮一侧径向均匀排列。

9.如权利7所述的偏航装置，其特征在于，所述的柱齿轮轴中心位置与动力传动轴中心位置垂直对齐，所述柱齿轴两端套接于轴承，且轴承活动嵌入箱壁的长圆形槽中，所述柱形齿轮的圆周面与所述偏航导轨条弹性紧密接触。

10.如权利要求7所述的偏航装置，其特征在于，所述偏航装置还包括偏航驱动机构、刹车盘和若干刹车件；

所述刹车盘和所述偏航导轨条设于所述偏航驱动机构，若干所述刹车件等间距的设于所述刹车盘的周边。

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