CN201851272U - 用于风力发电机的叶片的间距控制的组件及风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于风力发电机的叶片的间距控制的组件(15)及风力发电机，用于控制风力发电机(10)的叶片(16A、16B、16C)的间距。组件(15)具有与多个致动系统(60A、60B、60C)相关的中空中央轮毂(15A)，这些致动系统作用于叶片(16A、16B、16C)上，以便以最大程度地利用风的方式定位叶片(16A、16B、16C)。并且组件(15)的特征在于，每个致动系统(60A、60B、60C)均具有用于相应叶片(16A、16B、16C)的相应电动机(45A、45B、45C)；以及介于每个电动机(45A、45B、45C)与相应叶片(16A、16B、16C)之间的相应中央行星减速齿轮(50A、50B、50C)。

Description

用于风力发电机的叶片的间距控制的组件及风力发电机 
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机叶片间距控制组件。 
背景技术
如所知的，风力发电机包括： 
-塔架(pylon)；以及 
-机舱(nacelle)，该机舱安装于塔架上，容纳有风力发电机的主要部件，包括超速传动装置、发电机、变换器(inverter)、以及控制和调整部件，并在机舱的前部装配有将风能转换成机械能的普通的三叶片转子。 
转子连接至发电机的主轴，并且除了三个叶片之外，转子还包括叶片间距控制组件，该叶片间距控制组件又包括用作附着叶片的结构件的中空中央轮毂。每个叶片均通过中央轴承连接至中空中央轮毂，该中央轴承容许叶片围绕其轴线旋转，以调整叶片轮廓相对于风向的入射角，从而最有利地利用风能。 
实际上，如所知的，对于每种风速而言，在风能向机械能的转换方面，为了获得最大效率，叶片围绕其轴线的旋转是必要的。 
当前用于支承叶片的轴承是中央轴承，该中央轴承除了支承叶片之外，还由于包括之间具有滚动体(球或辊子)的两个环(一个固定，另一个随叶片旋转)而容许叶片的旋转。 
固定的环与中空中央轮毂是一体的；而旋转的环与叶片是一体的，并具有与安装至电机减速器的小齿轮啮合的齿，该电机减速器由电机供给动力并固定至与轮毂成一体的附件。 
在这种情形下，电机减速器位于沿着固定中央轴承的圆形基座的周边的一点处，由此小齿轮与中央轴承的齿啮合。 
电机减速器的运作使带齿的环旋转，且由此使叶片旋转给定角度。 
叶片围绕其轴线的旋转通过与风速计(发电机配备有该风速计)持续记录的风的特性成比例的信号来控制；并且该信号由配备有专用软件的电子中央控制单元处理并操纵变换器，该变换器控制使叶片旋转的电动机。 
然而，已经发现这类传统的风力发电机叶片间距控制组件存在问题，该问题由大直径的带齿中央轴承的椭圆化而使该带齿中央轴承因此不能与小齿轮很好地啮合所造成。而且，由于取决于所涉及的部件(尤其是中央轴承)的制造公差以及小齿轮-轴承中心距离，难以确定啮合间隙(用于确保正确的叶片调整并防止振动的关键因素)。小齿轮-轴承中心距离取决于形成在中空中央轮毂中的基座的公差，考虑到所涉及的部件的大尺寸，该公差总是相当大。 
由于所涉及的材料以及形成、机加工和热处理所述齿的成本，这类叶片间距控制组件的带齿中央轴承是制造的昂贵部分。 
要注意的另一重点在于，所述齿沿着中央轴承的整个周边形成，尽管实际仅用到这些齿的四分之一。换言之，中央轴承的实际旋转角度为90°，然而出于结构的原因，所述齿覆盖360°的角度，即覆盖整个周边，以避免带齿部分与其他无齿部分之间的应力。 
这类组件还存在必须对中央轴承和小齿轮齿进行润滑的问题，这是因为带齿连接(toothed connection)是“开放式的”，即没有容纳于外壳内，该润滑通常使用润滑油来进行。 
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种设计成消除或至少部分消除上述缺陷的风力发电机叶片间距控制组件，并且同时该风力发电机叶片间距控制组件是便宜且容易制造的。 
根据本实用新型，提供一种用于风力发电机的叶片的间距控制的组件； 
该组件包括与多个致动系统相关的中空中央轮毂，这些致动系统作用于叶片上，以便以最大程度地利用风的方式定位这些叶片； 
其中，每个致动系统均包括用于相应叶片的相应电动机；介于每个电动机与相应叶片之间的相应中央行星减速齿轮；并且 
每个叶片均与相应电动机相关，该相应电动机的输出轴机械地连接至相应中央行星减速齿轮的恒星齿轮； 
本组件的特征在于，每个叶片的致动系统均与第一对和第二对轮辐(spoke)相关；第一对轮辐将中央行星减速齿轮固定于中空中央轮毂；而第二对轮辐将中央行星减速齿轮的行星架机械地连接于固定相应叶片的轴套的内壁。 
进一步地，所述致动系统由电子装置(CC)控制。 
本实用新型还提供一种风力发电机，包括：塔架；机舱，装配于塔架的顶端，该机舱包括用于控制风力发电机的叶片的间距的组 件；轴，与所述组件成一体并用于向发电机提供动力；以及用于记录风的参数的装置及用于处理所述风的参数的电子装置(CC)。所述风力发电机的特征在于，所述组件是如上所述的组件。 
附图说明
将参考附图以实例的方式描述本实用新型的非限定性实施例，附图中： 
图1示出了装配有根据本实用新型的叶片间距控制组件的风力发电机的三维视图； 
图2示出了形成图1风力发电机的一部分的机舱的主要部件的三维视图； 
图3示出了构成叶片间距控制组件的一部分的中空中央轮毂的部分；以及 
图4示出了根据本实用新型的叶片间距控制组件的一部分的横截面。 
具体实施方式
图1中的标号10整体上指代风力发电机，如下所述，其特征在于作为本实用新型主要目的的叶片间距控制组件。 
以已知的方式，风力发电机10包括固定于地面(GR)的塔架11，且该塔架的顶端11A上装配有机舱12。 
如图2中更详细地示出，机舱12容纳于椭圆形壳体13中，该壳体具有基本为圆柱形的底部轴环(collar)14。 
塔架11的顶端11A插入到底部轴环14内；并且底部轴环14与塔架11的顶端11A之间的轴承(未示出)容许机舱12围绕塔架11的基本对称的竖直纵向轴线(X)(图1、图2)旋转。 
如下所述，机舱12容纳各机械构件。 
在图2中的右侧，叶片间距控制组件15包括装配有间隔120°的三个叶片16A、16B、16C(图2中仅示出了叶片16A和16C)的大致为球形的中空中央轮毂15A(还可参见图3)。 
中空中央轮毂15A由壳体13的第一部分13A覆盖。如以下更详细解释的，风在叶片16A、16B、16C上的作用使得中空中央轮毂15A和壳体13的第一部分13A围绕壳体13的基本对称的纵向轴线(Y)旋转(图2)。 
如图2和图3中所示，轴20与中空中央轮毂15A成一体并从中空中央轮毂延伸，以驱动位于壳体13后部的发电机21。 
通常，超速传动装置21A恰好位于发电机21的上游。 
天线22从壳体13伸出，并且配备有用于收集关于组件15上的风的速度和方向的信息的风速计13，以便控制叶片16A、16B、16C的间距。 
出于以下详细描述的目的，由风速计23收集的风的数据传送至机舱12中的电子装置(CC)。所述电子装置(CC)可以是电子中央控制单元。 
轴20、发电机21、以及电子中央控制单元容纳于壳体13的第二部分13B内。 
如以下更详细描述的，叶片16A、16B、16C上的风使得壳体13的第一部分13A相对于第二部分13B旋转。 
如所述的，组件15包括中空中央轮毂15A(图3)，该中空中央轮毂又包括三个主开口18A、18B、18C，从这三个主开口伸出三个轴套30A、30B、30C，每个轴套均装配有相应的叶片16A、16B、16C并具有相应的基本对称的旋转轴线(Z1)、(Z2)、(Z3)。 
以下论述参考轴套30A和相应的叶片16A，但是也应用于其他两个轴套30B、30C以及相应的叶片16B、16C。 
轴套30A围绕相应的轴线(Z1)自由旋转，并支承在插入主开口18A内的相应轴承40A上(图3、图4)。 
如图3和图4中所示，轴套30A与相应的电动机45A相关，该电动机的输出轴机械地连接至相应的中央行星减速齿轮50A的恒星齿轮。 
显然，在不背离本实用新型范围的前提下，中央行星减速齿轮可以具有旋转本体或以不同的方式设计，只要实现相同功能即可。例如，可以采用具有固定本体和旋转输出轴的任何其他类型的行星减速齿轮。 
更具体地，两对轮辐61A和62A连接至轴套30A的致动系统60A(包括直接连接至中央行星减速齿轮50A的电动机45A)。 
如图4中更详细示出的，轮辐61A用于将减速齿轮50A固定至中空中央轮毂15A，而轮辐62A用于将中央行星减速齿轮50A的旋转本体机械地连接至轴套30A的内壁。 
作为两对轮辐61A、62A的可替换方案，中央行星减速齿轮50A可通过不同几何形状的任何其他等效系统固定至中空中央轮毂15A 和叶片16A的轴套30A，只要实现相同的功能即可，例如刚性或柔性的紧固盘。 
轮辐61A、62A(或任何其他等效系统)的端部可刚性地或者以简化安装并修正叶片16A的旋转轴线(Z1)与行星减速齿轮的装配轴线(未示出)对齐时的任何误差的方式固定至中空中央轮毂15A和轴套30A。 
中央行星减速齿轮50A的减速级的数量以及级之间的减速比根据电动机45A、轴套30A以及与轴套30A成一体的叶片16A的特性来选择。 
叶片16A(以及与该叶片成一体的相应轴套30A)围绕轴线(Z1)旋转如下： 
[A]风的数据由风速计23即时记录； 
[B]风的数据被传送至电子中央控制单元以便处理； 
[C]电子中央控制单元将相关信号传输至电动机45A的动力单元(变换器)，该电动机启动并使轮辐62A(经由中央行星减速齿轮50A)、轴套30A、且由此使叶片16A旋转。 
由于中央行星减速齿轮50A，叶片16A围绕旋转轴线(Z1)的旋转必须使叶片16A的轮廓定位成最大程度地利用风，如所述的，风的参数由风速计23预先记录并由电子中央控制单元处理。 
根据本实用新型的风力发电机叶片间距控制组件的主要优点在于，每个叶片的间距控制系统均包括由相应电动机供给动力的可靠的中央行星减速齿轮，由此消除了由枢轴的椭圆化(以及因此枢轴齿与小齿轮的不良啮合)所造成的任何误差，并且不需要润滑枢轴齿。 

Claims (3)

1.一种用于风力发电机(10)的叶片(16A、16B、16C)的间距控制的组件(15)；
所述组件(15)包括与多个致动系统(60A、60B、60C)相关的中空中央轮毂(15A)，所述致动系统作用于所述叶片(16A、16B、16C)上，以便以最大程度地利用风的方式定位所述叶片(16A、16B、16C)；
其中，每个致动系统(60A、60B、60C)均包括用于相应叶片(16A、16B、16C)的相应电动机(45A、45B、45C)；介于每个电动机(45A、45B、45C)与所述相应叶片(16A、16B、16C)之间的相应中央行星减速齿轮(50A、50B、50C)；并且
每个叶片(16A、16B、16C)均与相应电动机(45A、45B、45C)相关，所述相应电动机的输出轴机械地连接至相应中央行星减速齿轮(50A、50B、50C)的恒星齿轮；
所述组件(15)的特征在于，每个叶片(16A、16B、16C)的致动系统(60A、60B、60C)均与第一对和第二对轮辐(61A、62A)相关；所述第一对轮辐(61A)将所述中央行星减速齿轮(50A、50B、50C)固定至所述中空中央轮毂(15A)；而所述第二对轮辐(62A)将所述中央行星减速齿轮(50A、50B、50C)的行星架机械地连接至固定相应叶片(16A、16B、16C)的轴套(30A、30B、30C)的内壁。
2.根据权利要求1所述的组件(15)，其特征在于，所述致动系统(60A、60B、60C)由电子装置(CC)控制。 
3.一种风力发电机(10)，包括：
塔架(11)；
机舱(12)，装配于所述塔架(11)的顶端(11A)；所述机舱(12)包括用于控制所述风力发电机的叶片(16A、16B、16C)的间距的组件(15)；
轴(20)，与所述组件(15)成一体并用于向发电机(21)提供动力；以及
用于记录风的参数的装置(23)，及用于处理所述风的参数的电子装置(CC)；
所述风力发电机(10)的特征在于，所述组件(15)是根据权利要求1所述的组件(15)。 
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