CN203670114U - 一种新型风力发电机的轮毂 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的一种新型风力发电机的轮毂属于风力发电装置技术领域，由叶片、轮毂、支撑轴、传动轴、限制装置、轮毂位置控制装置、风力测速系统和智能控制系统组成，轮毂分为内外两个环形结构，内轮毂与外轮毂之间用滚珠轴承连接，外轮毂设有一个由12根支柱构成的伞形轮毂尖端，轮毂尖端的基座连接轮毂主体；内轮毂与支撑轴连接，内轮毂的内腔为球形表面，支撑轴与内轮毂的接触面是同半径的配合球面，在接触面的边缘处设有润滑油舱，支撑轴与内轮毂配合面为球形，平均分布应力，减少结构负荷，提高使用可靠性；利于利用三维方向的风能，提高风力发电的效益。

Description

一种新型风力发电机的轮毂

技术领域

本实用新型属于风力发电装置技术领域，尤其涉及一种新型风力发电机的轮毂，具体的说就是一种风力发电机叶片和转轴的连接结构。 

背景技术

能源、环境问题已经成为我国可持续发展的关键问题，而发展风力发电则是有效保护环境又能提供清洁能源的主要措施，目前我国风电装机容量已经跃居世界第一，风电清洁、无污染，大力发展风电带来的社会效益和经济效益都十分可观。在风力发电机组中，轮毂是核心构件，其不仅承担着与驱动链的连接，而且需将风轮的扭矩传递给驱动链，同时要承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。轮毂在大型风力发电机传动系统中连接叶片和主轴，承受复杂的交变载荷，这对轮毂强度提出很高的要求。一般，风力发电机组的轮毂在整个风力发电机组的重量中占15％左右，由此可看出轮毂在风电机组设计和制造过程中的重要。为了满足强度要求，有些轮毂设计得非常笨重而且巨大，轮毂过重增加了制造成本，同时转动惯量过大增加了系统控制难度。轮毂结构优化是风机创新设计的必经之路，而轮毂因不断承受高压力、高负荷而成为关键。 

传统风力发电机的轮毂所连接的叶片平面和转轴线之间的空间位置必须是垂直的。优点是结构简单，传动装置简单可靠。传统风力发电机缺点：1.不能充分利用斜向的风能。2.风力斜向时，纵向上不垂直叶轮平面，以下斜向风能，特指纵向方向上不垂直叶轮方向的风能。这种风能，水平偏航不能解决其利用问题，轮毂转轴要承受斜向风带来的斜向力矩，产生难以消除的 内部应力破坏结构。3.基于传统轮毂结构的迎风控制系统，通常不涉及与叶片平面非纵向垂直方向的风能利用。如果利用非水平方向风能，必须调整整个机舱的位置。耗能大，且对结构要求高。4.大型风力发电机为了克服强大的斜向风所带来的复杂交变负荷，其轮毂笨重且巨大，转动惯量很大不利于控制。 

发明内容

本实用新型充分利用三维方向风能而设计，提供一种新型风力发电机的轮毂，允许风机叶片三维偏移，从而达到利用斜向风能的目的。 

为了实现上述目的，所采用的技术方案是：一种新型风力发电机的轮毂，由叶片、轮毂、支撑轴、传动轴、限制装置、轮毂位置控制装置、风力测速系统和智能控制系统组成，轮毂分为内外两个环形结构，内轮毂与外轮毂之间用滚珠轴承连接，外轮毂设有一个由12根支柱构成的伞形轮毂尖端，轮毂尖端的基座连接轮毂主体；内轮毂与支撑轴连接，内轮毂的内腔为球形表面，支撑轴与内轮毂的接触面是同半径的配合球面，在接触面的边缘处设有润滑油舱，通过两球面的配合叶片在限制范围内三维移动，形成类似“关节腔”的结构，支撑轴与轮毂的接触面，符合配合制，在边缘处有润滑油舱，随着轮毂移动，在表面润滑；所述支撑轴的内部中空，支撑轴内设有与万向轴连接的传动轴，所述轮毂尖端连接万向轴，外轮毂的转动，由轮毂尖端带动万向轴传递给支撑轴内部的转轴，从而带动发电机发电。 

所述限制装置包括刚性限制装置和柔性限制装置，刚性限制装置设在支撑轴与轮毂最大位移交接处，圆环分布于对称两侧，阻挡轮毂脱轴，柔性限制机构位于刚性限制机构与轮毂相对面。 

所述刚性限制装置采用橡胶和刚性金属中的一种，其作用方式是通过固体材料的接触传递弹力，阻止轮毂移动。所述柔性限制结构采用电磁铁和弹簧中的一种，作用方式是利用弹力，电磁力，电磁铁可以作为空间的调整机构，当轮毂接近允许的极限位置时，柔性限制装置开始作用，当轮毂达到极限允许位置时，刚性限制装置开始作用。共同限制轮毂机构。 

所述轮毂位置控制装置包括拉索和电磁铁，拉索在轮毂两侧环形布置，一端固定在轮毂上，另一端固定在支撑轴的拉索盘上，拉索由步进电机带动；在需要偏转的方向上拉索收紧，反方向的拉索松开。电磁铁环形安装在轮毂表面与支撑轴表面的相应位置，由自动控制系统智能控制通过的电流，产生作用力，辅助调整轮毂位置。 

本实用新型的优点是：支撑轴与内轮毂配合面为球形，平均分布应力，减少结构负荷，提高使用可靠性；利于利用三维方向的风能，提高风力发电的效益，消除风力发电机受斜风时的内部应力，减少了斜风带来的负荷，利于减少结构疲劳，延长使用寿命，可以降低对轮毂的结构强度要求，减轻轮毂的重量和体积，节省材料和花费，并利于控制系统作用。设置柔性限制装置，减少轮毂与支撑轴的直接碰撞，提高稳定性，延长使用寿命。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为本实用新型的部分剖面图。 

图中所示：1叶片；2轮毂；3轮毂尖端；4刚性限制装置，5支撑轴；6万向轴；7拉索；8柔性限制装置。 

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步说明： 

如图1、2所示，一种新型风力发电机的轮毂，由叶片1、轮毂2、支撑轴5、传动轴、限制装置、轮毂位置控制装置、风力测速系统和智能控制系统组成，轮毂2分为内外两个环形结构，内轮毂与外轮毂之间用滚珠轴承连接，外轮毂设有一个由12根支柱构成的伞形轮毂尖端3，轮毂尖端3的基座连接轮毂主体；内轮毂与支撑轴5连接，内轮毂的内腔为球形表面，支撑轴5与内轮毂的接触面是同半径的配合球面，在接触面的边缘处设有润滑油舱，通过两球面的配合叶片1在限制范围内三维移动，形成类似“关节腔”的结构，支撑轴5与轮毂的接触面，符合配合制，在边缘处有润滑油舱，随着轮毂移动，在表面润滑；所述支撑轴5的内部中空，支撑轴内设有与万向轴6连接的传动轴，所述轮毂尖端3连接万向轴6，外轮毂的转动，由轮毂尖端3带动万向轴6传递给支撑轴内部的转轴，从而带动发电机发电。 

所述限制装置包括刚性限制装置和柔性限制装置8，刚性限制装置4设在支撑轴与轮毂最大位移交接处，圆环分布于对称两侧，阻挡轮毂脱轴，柔性限制机构位于刚性限制机构与轮毂相对面。 

所述刚性限制装置4采用橡胶和刚性金属中的一种，其作用方式是通过固体材料的接触传递弹力，阻止轮毂移动。所述柔性限制结构采用电磁铁和弹簧中的一种，作用方式是利用弹力，电磁力，电磁铁可以作为空间的调整机构，当轮毂接近允许的极限位置时，柔性限制装置8开始作用，当轮毂达到极限允许位置时，刚性限制装置4开始作用。共同限制轮毂机构。 

所述轮毂位置控制装置设有拉索7和电磁铁，拉索7在轮毂两侧环形布置， 一端固定在轮毂上，另一端固定在支撑轴的拉索7盘上，拉索7由步进电机带动；在需要偏转的方向上拉索7收紧，反方向的拉索7松开。电磁铁环形安装在轮毂表面与支撑轴表面的相应位置，由自动控制系统智能控制通过的电流，产生作用力，辅助调整轮毂位置。水平风时，叶片1保持垂直状态工作，叶片1带动外轮毂旋转，带动轮毂尖端3从而带动万向轴6，拖动电机，内轮毂和支撑轴不旋转。斜向风时，由自动测风系统测得最佳风向，通过拉索7、电磁铁作用进行调整，迎合最佳风向。偏航调整时，由自动测风系统测得最佳风向，通过拉索7、电磁铁作用进行调整。到达极限状态时，由限制机构进行限制，防止脱轴事故。 

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。 

Claims (4)

1.一种新型风力发电机的轮毂，由叶片、轮毂、支撑轴、传动轴、限制装置、轮毂位置控制装置、风力测速系统和智能控制系统组成，特征是轮毂分为内外两个环形结构，内轮毂与外轮毂之间用滚珠轴承连接，外轮毂设有一个由12根支柱构成的伞形轮毂尖端，轮毂尖端的基座连接轮毂主体；内轮毂与支撑轴连接，内轮毂的内腔为球形表面，支撑轴与内轮毂的接触面是同半径的配合球面，在接触面的边缘处设有润滑油舱，通过两球面的配合叶片在限制范围内三维移动，形成类似“关节腔”结构；所述支撑轴的内部中空，支撑轴内设有与万向轴连接的传动轴，所述轮毂尖端连接万向轴。 

2.根据权利要求1所述的一种新型风力发电机的轮毂，其特征是所述限制装置包括刚性限制装置和柔性限制装置，刚性限制装置设在支撑轴与轮毂最大位移交接处，圆环分布于对称两侧，阻挡轮毂脱轴，柔性限制机构位于刚性限制机构与轮毂相对面。 

3.根据权利要求2所述的一种新型风力发电机的轮毂，其特征是所述刚性限制装置采用橡胶和刚性金属中的一种；所述柔性限制结构采用电磁铁和弹簧中的一种。 

4.根据权利要求1所述的一种新型风力发电机的轮毂，其特征是所述轮毂位置控制装置包括拉索和电磁铁，拉索在轮毂两侧环形布置，一端固定在轮毂上，另一端固定在支撑轴的拉索盘上，拉索由步进电机带动。 

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