CN205977541U - 教学用风力发电机变桨距机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种教学用风力发电机变桨距机构，涉及风力发电机组教学设备领域，包括变桨驱动电机、传动装置、若干均匀分布的桨叶动力轴、桨叶，传动装置的输入端、输出端分别与变桨驱动电机、桨叶动力轴联轴连接，每个桨叶动力轴均配合安装有桨叶轴承。在安装有桨叶轴承的外壳上设有若干正对传动装置的观察孔，观察孔分布于相邻的安装桨叶轴承的安装处之间。本实用新型可以通过观察孔可以直接观察风力发电机组内部，以便学生观察变桨工作过程和理解变桨控制原理，本实用新型其结构紧凑、安排合理，便于拆卸和安装适用于教学、研究等场合。

Description

教学用风力发电机变桨距机构

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组教学设备领域，尤其涉及其中一种教学用风力发电机变桨距机构。

背景技术

近几年我国风力发电机站的数量有所增加，这增加了风力发电机组生产、安装、运行与维护人员的需求。在现有的风力发电机的教学设备中，教学用风力发电机组装置往往将变桨控制系统、变桨机构、偏航系统、偏航机构和控制系统等多个系统结合在一起，该种装置的体积大、结构复杂，不便于观察其中单独某一个机构的工作情况。因此需要单独的教学用变桨机构，以供教学讲解使用和直接观察。现有实际应用的变桨距结构一般为液压推杆式、齿轮外圈式和齿轮内圈式，位于大齿轮外圈或内圈的齿轮将力矩传动给大齿轮并带动桨叶动力轴上的桨叶转动实现变桨。上述中液压推杆式由于体积较大，结构均较为复杂，不适于教学中演示和使用。变桨驱动电机驱动的齿轮内圈式和齿轮外圈式的机构部件多，并且每个桨叶上均设有一个驱动变桨驱动电机和齿轮传动组件，其安装难度大，同步控制的难度也打，也不适于教学并且制造成本昂贵。因此需要对实际应用中的变桨距结构做出适应性的调整，减少机构部件，降低材料成本和加工成本，以便教学和实训使用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、便于安装和拆卸的教学用的风力发电机的机械变桨距结构，解决了实际风力发电机组变桨距机械机构的实训教学功能不强，不便于反复拆装、调试等实训的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种教学用风力发电机变桨距机构，包括变桨驱动电机、传动装置、若干分布均匀的桨叶动力轴、与桨叶动力轴联轴连接的桨叶。传动装置的输入端、输出端分别与变桨驱动电机、桨叶动力轴联轴连接，每个桨叶动力轴均配合安装有桨叶轴承。桨叶动力轴在变桨驱动电机的驱动下带动连接在桨叶动力轴上的桨叶转动变桨。在安装有桨叶轴承的外壳上设有若干正对传动装置设置的观察孔。观察孔分布于相邻的安装桨叶轴承的安装处之间。

上述结构中，变桨驱动电机通过传动装置驱动桨叶动力轴转动，并带动连接在桨叶动力轴上的桨叶转动实现变桨。伺服电机反应快、位置精度精准，能够精确控制桨叶的转动角度，以保证教学用的变桨距机构中仍然保持高精度的变桨能力。而设置在相邻桨叶轴承座之间外壳上的观察孔分布均匀、适当，有利于学生观察外壳内的各部件的安装结构和工作过程，尤其是变桨驱动电机驱动与传动装置是如何带动桨叶动力轴转动进而带动桨叶转动实现变桨的。

作为优选，所述传动装置包括与纵向设置的变桨驱动电机的输出轴同轴固定连接的主动伞齿和与横向设置的桨叶动力轴同轴固定连接的被动伞齿，主动伞齿呈纵向分布，被动伞齿呈横向分布。与桨叶动力轴同轴固定连接的桨叶也呈横向分布；主动伞齿与被动伞齿相啮合。

上述结构中，主动伞齿的轴孔与变桨驱动电机输出轴同轴、可拆卸固定连接。被动伞齿的轴孔与桨叶动力轴同轴、可拆卸固定连接。每个桨叶均连接有一个被动伞齿，被动伞齿围绕主动伞齿均匀分布，被动伞齿的齿端与主动伞齿的齿端相啮合。本实用新型仅仅设置一个主动伞齿与多个被动伞齿进行传动，既简化了现有实际应用中的传动装置，使传动装置的结构更加简单、明了，还保证了多个桨叶之间变桨的同步性。

同时还将主动伞齿纵向设置，被动伞齿横向设置与主动伞齿啮合，充分利用了纵横交错的空间，将主动伞齿与被动伞齿展开，便于学生从观察孔中能直接观察到主动伞齿与被动伞齿的分布与传动关系。另外，由于其结构简单，空间上分布也较为宽裕，为学生们提供了足够的安装、拆卸空间，更便于学生动手拆装锻炼能力。

作为优选，所述变桨驱动电机为伺服电机，在被动伞齿附近设有与伺服电机相匹配的旋转编码器，旋转编码器与被动伞齿输出轴相关联。

上述结构中，由于被动伞齿输出轴与桨叶动力轴同轴转动，旋转编码器可以通过检测被动伞齿间接检测到桨叶的变桨角度，并将检测出桨叶旋转角度信号（变桨角度）送给电气控制系统，电气控制系统根据该信号控制变桨驱动电机的工作情况来准确控制桨叶的旋转角度。并且，旋转编码器能精确地检测到桨叶在变桨机构的变桨过程中旋转的变桨角度，从而准确控制桨叶的旋转角度，实现变桨距机构精确变桨。实现了在精简结构的同时，保证变桨距的变桨精度。另外，旋转编码器使用简单、安装与拆卸也十分方便，适用于需要重复拆卸以及安装的场合。

作为优选，所述设有安装孔与观察孔的外壳部分的横截面为多边形结构。上述多边形结构最优选为等边多边形结构。多边形结构，便于在生产过程中在其侧边上进行加工作业，以切割出用于安装轴承座的安装孔和上述中的观察孔。等边多边形的结构对称、稳定，受力均匀，在等边多边形上开孔设置桨叶，可使保证重心不轻易发生偏移，能桨叶旋转受风时保持整体稳定。同时其多边形的设计也便于在平面上放置平稳，不轻易晃动或滚动，便于学生在等边多边形的外壳上进行安装和拆卸。

作为优选，为便于拆卸和组装，所述固定连接或联轴连接采用轴、键及止退螺母、紧定螺钉或螺栓的其中一种进行可拆卸的固定。

可拆卸固定连接便于重复的拆卸和安装，适用于教学用的实训场合中。并且，紧定螺钉或螺栓的固定连接牢固、可靠，不会轻易脱落，避免学生在安装完变桨距机构后变桨距机构出现脱落、散落的情况，保证实训的安全性。

本实用新型的有益效果如下：一、本实用新型设置便于观察传动装置的观察孔，能在不拆卸变桨距机械机构的情况下，直接观察到变桨距机械机构的变桨过程，便于学员理解变桨距的基本工作原理，同时也便于教师教学，使教学具有开放性。

二、本实用新型中所有机械结构中的部件连接均采用螺栓、螺钉或紧固键进行的固定连接，便于学员对变桨距机构进行重复的拆卸和安装，同时也便于调试和维修，能有效提高学员的动手能力，将理论与实践完美结合，并使实训安全、方便、有效。

三、本实用新型设置一个主传动装置和若干个被传动装置，既精简结构、降低成本，并且采用主从传动方式，保证多个桨叶之间变桨的同步性，其结构简单、紧凑，还便于拆卸、安装和维修调试，具有良好的教学使用效果。

简而言之，本实用新型可以通过观察孔可以直接观察实现风力发电机组的变桨控制原理和变桨过程，并在精简结构的同时保证了桨叶变桨角度的同步性，其结构紧凑、安排合理，便于拆卸和安装适用于教学、研究等场合。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的整体示意图。

图2为本实用新型具体实施例的内部具体结构示意图。

图3为本实用新型具体实施例的部分外壳结构示意图。

图中所示：桨叶1、外壳2、安装孔2a、观察孔2b、被动伞齿3、编码器支架4、旋转编码器5、主动伞齿6、桨叶动力轴7、联轴器8、桨叶轴承座9、外壳端盖11、减速器12、伺服电机13、桨叶轴承14。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的具体实施例主要包括外壳和外壳盖，还包括安装在外壳2下部分内的伺服电机13、减速器12，以及安装在外壳2上部分内的主动伞齿6、被动伞齿3、桨叶轴承14座9、桨叶动力轴7、桨叶1、桨叶轴承14、联轴器8和旋转编码器5。

外壳2下部分为中空的柱体，沿柱体的中轴线设有伺服电机13、减速器12和主动伞齿6，伺服电机13与减速器12端连接，减速器12的输出轴与主动伞齿6的轴孔通过螺栓固定连接。主动伞齿6的齿端位于外壳2上部分，且与被动伞齿3的齿端啮合。被动伞齿3个数为3个，均匀分布在主动伞齿6上。本实施例设置有一个主动伞齿6与3个被动伞齿3进行传动，简化了风力发电机中结构复杂、数量繁多的传动装置，使风力发电机的传动装置更加便于理解和动手拆装，同时保证了多个桨叶之间变桨的同步性，其结构简单，空间分布合理，为学生们提供了足够的安装、拆卸空间。

结合图2所示，被动伞齿3的轴孔一侧与位于外壳2上部分内部的桨叶动力轴7的一端通过螺栓固定连接，轴孔另一侧与联轴器8连轴。联轴器8另一端通过螺栓与旋转编码器5的输入轴固定连接。旋转编码器5的底端设有编码器支架4，编码器支架4用于支撑并固定旋转编码器5，编码器支架4与外壳2上部分通过螺栓固定连接。旋转编码器5检测被动伞齿3的转动角度，并将检测数据反馈给控制系统。

桨叶轴承14与桨叶动力轴7配合安装，桨叶轴承14安装于桨叶轴承14座9上，桨叶轴承14座9设置在外壳2上部分的安装孔2a上。桨叶动力轴7的位于外壳2上部分外部的另一端与桨叶1通过螺栓固定连接，由于桨叶动力轴7、被动伞齿3同轴转动，控制系统根据被动伞齿3的转动角度计算得出桨叶1已经转动的角度，即变桨角度，并实时调整伺服电机13的转动角度和速度来调节变桨距的变桨角角度。除此之外，桨叶1也可以直接与桨叶动力轴7通过紧定螺钉进行连接。

本实施例均采用螺栓、螺钉或紧固键进行的固定连接，便于学员对变桨距机构进行重复的拆卸和安装，提高变桨机构的可操作性，增加教学适用性。

结合图3所示，外壳2上部分的横截面为等边六边形的结构，侧面上设有安装孔2a或观察孔2b，安装孔2a和观察孔2b交替设置在相邻的侧面上。安装孔2a用于安装桨叶轴承14座9、观察孔2b用于从外界观察外壳2上部分内的主动伞齿6、被动伞齿3、桨叶动力轴7以及相关装置的具体结构和工作过程，便于开放教学。

当风速变化时，控制系统发出控制信号驱动伺服电机13运行，将伺服电机13的转速通过减速器12减速，减速器12将伺服电机13转速降低后的动力力矩传送到主动齿锥，主动齿锥通过啮合将动力力矩传送到被动伞齿3。被动齿锥通过桨叶动力轴7带动桨叶连接盘从而带动桨叶1转动实现桨叶1的变桨。

旋转编码器5用于检测桨叶1的实际变桨（旋转）角度，并将检测数据通过电缆线传送至控制系统，控制系统根据检测数据实时对伺服电机13的运行进行调控，改变变桨距机构的桨距角角度。另外，外壳端盖11前端有引出轴，该轴用于外动力拖动时使用。外壳2下部分内将作用在桨叶1上的风力力矩或其他动力拖动的力矩传递到发伺服电机组进行发电。

本实用从教育、教学角度出发，可以循序渐进从简单轴与轴承的装配、调整、保养与维护等方面的应用，再从联轴器8和旋转编码器5、外壳2下部分内和外壳2上部分、主动伞齿6和被动伞齿3的齿轮副装配、调整、保养与维护等方面的应用，最后从整体装配、调整、保养与维护方面均可实现重复调整而不损坏机构零部件。达到与学校已有教学资源的有效衔接，满足教学、实训的要求。

Claims (5)

1.一种教学用风力发电机变桨距机构，包括变桨驱动电机、传动装置、若干均匀分布的桨叶动力轴和与桨叶动力轴联轴连接的桨叶，传动装置的输入端、输出端分别与变桨驱动电机、桨叶动力轴联轴连接，每个桨叶动力轴均配合安装有桨叶轴承，其特征在于：在安装有桨叶轴承的外壳上设有若干正对传动装置的观察孔；观察孔分布于相邻的安装桨叶轴承的安装处之间。

2.根据权利要求1所述的教学用风力发电机变桨距机构，其特征在于：所述传动装置包括与纵向设置的变桨驱动电机的输出轴同轴固定连接的主动伞齿和与横向设置的桨叶动力轴同轴固定连接的被动伞齿，主动伞齿呈纵向分布，被动伞齿呈横向分布；与桨叶动力轴同轴固定连接的桨叶也呈横向分布；主动伞齿与被动伞齿相啮合。

3.根据权利要求2所述的教学用风力发电机变桨距机构，其特征在于：所述变桨驱动电机为伺服电机，在被动伞齿附近设有与伺服电机相匹配的旋转编码器，旋转编码器与被动伞齿输出轴相关联。

4.根据权利要求1所述的教学用风力发电机变桨距机构，其特征在于：所述设有安装孔与观察孔的外壳部分的横截面为多边形结构。

5.根据权利要求1或2或所述的教学用风力发电机变桨距机构，其特征在于：所述连接采用轴、键及止退螺母、紧定螺钉或螺栓的其中一种进行可拆卸的固定。