CN217029170U - 变桨系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变桨系统及风力发电机组。变桨系统用于连接轮毂以及叶片，包括变桨轴承、第一驱动机构以及第二驱动机构。变桨轴承包括转动配合的内圈以及外圈；第一驱动机构与转动圈配合，第一驱动机构包括传动带以及第一驱动部，传动带分别与第一驱动部以及转动圈连接；第二驱动机构与转动圈配合，第二驱动机构包括转接部以及第二驱动部，转接部与转动圈连接并沿变桨轴承的周向延伸预定长度，转接部沿周向设置有啮合齿并与第二驱动部啮合，以将第二驱动部的动力传输至转动圈并驱动转动圈相对固定圈转动。本申请实施例提供中的变桨系统，能降低两个齿轮传动载荷分布不均而对机组导致的冲击。

Description

变桨系统及风力发电机组

技术领域

本申请涉及风电设备领域，具体涉及一种变桨系统及风力发电机组。

背景技术

风力发电是通过将空气的动能转化为机械能，进而转化为电能，是目前新能源开发领域中最具潜力的发展方向之一。但是风能作为一种自然能源，具有很大的随机性和不可控制性，其风向以及风量通常具有不规则变化的特性，因此风力发电机组输出功率的波动范围通常较大。

为了适应上述的风力变化特点，风力发电机组中通常通过变桨系统调整轮毂上的叶片桨距角，依据风速的变化随时调节桨距角来控制风力发电机吸收的风能，从而提高整个风力发电机组的效率，保持风力发电机组的功率和速度稳定，并且能够有效减少风机载荷。因此，如何有效提高风力发电机组中的变桨系统的稳定性以及效率是本领域技术人员的研究重点之一。

实用新型内容

本申请实施例提供一种变桨系统，其能降低两个齿轮传动载荷分布不均而对机组导致的冲击。

第一方面，本申请实施例提供一种变桨系统，用于连接轮毂以及叶片，包括：

变桨轴承，包括转动配合的内圈以及外圈，内圈以及外圈中的一者为转动圈并能够与叶片连接且另一者为固定圈并能够与轮毂连接；

第一驱动机构，与转动圈配合，第一驱动机构包括传动带以及第一驱动部，传动带分别与第一驱动部以及转动圈连接，以将第一驱动部的动力传输至转动圈并驱动转动圈相对固定圈转动；

第二驱动机构，与转动圈配合，第二驱动机构包括转接部以及第二驱动部，转接部与转动圈连接并沿变桨轴承的周向延伸预定长度，转接部沿周向设置有啮合齿并与第二驱动部啮合，以将第二驱动部的动力传输至转动圈并驱动转动圈相对固定圈转动。

根据本申请实施例的一个方面，第一驱动机构还包括变桨盘，传动带通过变桨盘与转动圈连接，传动带驱动变桨盘转动并带动转动圈相对固定圈转动。

根据本申请实施例的一个方面，变桨盘包括沿变桨轴承的轴向依次分布的定位部以及连接部，传动带与连接部连接，连接部与转动圈连接。

根据本申请实施例的一个方面，定位部以及连接部为一体成型结构。

根据本申请实施例的一个方面，传动带为齿形带，第一驱动部包括第一驱动电机以及第一驱动轮，第一驱动轮的一端与第一驱动电机连接，连接部的周向以及第一驱动轮的另一端分别形成有与齿形带啮合的齿部，齿形带两端分别连接连接部以及第一驱动轮。

根据本申请实施例的一个方面，转接部设有啮合齿，第二驱动部包括第二驱动电机以及第二驱动轮，转接部沿转动圈周向可拆卸设置，第二驱动轮的一端与第二驱动电机连接，第二驱动轮的另一端与啮合齿啮合连接。

根据本申请实施例的一个方面，转接部整体呈弧形结构体，转接部对应的圆心角α满足关系，α≥92°。

根据本申请实施例的一个方面，变桨系统还包括轮毂盖，轮毂盖设于连接部背离定位部的一侧，轮毂盖上设有沿厚度方向贯穿的第一通孔以及第二通孔，第一驱动轮远离传动带的一端伸入第一通孔，连接部远离定位部的一端伸入第二通孔。

根据本申请实施例的一个方面，轮毂盖上还设有沿厚度方向贯穿的第一通槽，第二驱动轮远离变桨齿轮的一端伸入第一通槽，第一通槽长度方向上的两端沿轮毂盖的周向延伸以限定第二驱动轮的运动方向。

根据本申请实施例的一个方面，第一驱动机构还包括张紧轮，张紧轮设于传动带背离第一驱动轮的一侧并与传动带相抵接。

第二方面，本申请实施例还提供一种风力发电机组，包括上述任一实施例中的变桨系统。

根据本申请实施例的一个方面，风力发电机组还包括轮毂以及叶片，变桨系统的固定圈连接于轮毂，叶片连接于变桨系统的转动圈，叶片在第一驱动机构以及第二驱动机构的带动下改变其扭矩。

本实用新型实施例提供的变桨系统及风力发电机组中，变桨系统包括通过变桨轴承设置于轮毂上的两种变桨驱动机构，第一驱动机构包括传动带以及第一驱动部，第二驱动机构包括转接部以及第二驱动部，第一驱动机构为传动带驱动的变桨机构，传动带驱动机构变桨过程中对轴承冲击较小，第二驱动机构为齿轮驱动变桨机构，齿轮驱动变桨够具有传动效率高稳定性强的特点。因此，本申请的技术方中通过结合设置两个驱动机构，降低整个变桨系统的冲击力，进而提升整个风力发电机组的运行可靠性并延长其使用寿命。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1为本实用新型一个实施例的风力发电机组的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的变桨系统的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例的变桨盘的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的第一驱动部的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例的轮毂盖的结构示意图。

其中：

1、风力发电机组；

100、塔架；200、机舱；

300、叶轮；301、轮毂；302、叶片；

10、变桨系统；101、变桨轴承；102、第一驱动机构；103、第二驱动机构；104、内圈；105、外圈；106、传动带；107、第一驱动部；108、转接部；109、第二驱动部；110、变桨盘；111、定位部；112、连接部；113、第一驱动电机；114、第一驱动轮；115、第二驱动轮；116、轮毂盖；117、第一通孔；118、第二通孔；119、第一通槽；120、张紧轮；121、第三驱动电机；122、减重孔。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的变桨系统及风力发电机组的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种风力发电机组，包括塔架100、机舱200以及叶轮300。机舱200设置于塔架100的顶端，发电机设置于机舱200。叶轮300包括轮毂301以及连接于轮毂上的多个叶片302，叶轮300通过其轮毂301与发电机的转子连接。风力作用于叶片302时，带动整个叶轮300以及发电机的转子转动，进而满足风力发电机组的发电要求。塔架100用于为机舱200以及发电机等部件提供支撑力。

随着风力发电机组的功率逐渐增大和海上大型及超大型风力发电机组的开发，风力发电机组单机容量不断增大，叶片的尺寸和重量也不断增长。对于大型或超大风力发电机组的一个叶片的变桨来说，利用单个变桨电机和变桨减速器难以实现有效、快捷的变桨，且对于其相应的电气部件与机械部件的研发和制造也存在一定困难，不仅造成变桨电机选型、安装困难，而且以后的维修也较困难，不利于大型或超大型风力发电机组的发展。

现有技术中发展出双曲变桨驱动机构实现叶片的变桨，通常双驱驱动机构由两个驱动小齿轮实现变桨，两个小齿轮与大齿在变桨过程中会造成较大的冲击，稳定性较差。基于上述的问题，本申请实施例提供了一种变桨系统及风力发电机组，能够为大型风力叶片的变桨提供高效、稳定的变桨驱动力。但本实用新型实施例的变桨系统的应用并不限于以下的实施例，也可以适应性地安装于其他领域的设备中，并对其进行保护。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图2至图5根据本实用新型实施例的变桨系统进行详细描述。

如图2至图5所示，本实用新型实施例提供的变桨系统10，用于连接轮毂301以及叶片302。该变桨系统10包括：变桨轴承101、第一驱动机构102以及第二驱动机构103。变桨轴承101包括转动配合的内圈104以及外圈105，内圈104以及外圈105中的一者为转动圈并能够与叶片302连接且另一者为固定圈并能够与轮毂301连接。第一驱动机构102与转动圈配合，第一驱动机构102包括传动带106以及第一驱动部107，传动带106分别与第一驱动部107以及转动圈连接，以将第一驱动部107的动力传输至转动圈并驱动转动圈相对固定圈转动。第二驱动机构103与转动圈配合，第二驱动机构103包括转接部108以及第二驱动部109，转接部108与转动圈连接并沿变桨轴承101的周向延伸预定长度，转接部108沿周向设置有啮合齿并与第二驱动部109啮合，以将第二驱动部109的动力传输至转动圈并驱动转动圈相对固定圈转动。

本实用新型实施例提供的变桨系统10及风力发电机组1，变桨系统10包括通过变桨轴承101设置于轮毂301上的第一驱动机构102以及第二驱动机构103，第一驱动机构102包括传动带106以及第一驱动部107，第二驱动机构103包括转接部108以及第二驱动部109，第一驱动机构102为传动带106驱动的变桨机构，由于传动带106具有较高的弹性以及韧性，在传动过程中可以有效地减小载荷冲击；第二驱动机构103为齿轮驱动变桨机构，齿轮驱动变桨具有传动效率高稳定性强的特点。本申请的技术方案通过结合设置两个驱动机构，保持变桨效率的同时降低整个变桨系统10变桨过程中的冲击力，进而提升整个风力发电机组1的运行可靠性。

图2所示的变桨系统10，变桨轴承101的内圈104作为转动圈与叶片302连接实现变桨，外圈105为固定圈与轮毂301的轴承连接，以固定外圈105，同时限制外圈105的转动。然而，上述的结构也可以设置为，外圈105作为转动圈，外圈105与叶片302连接进行转动，以实现叶片302的变桨；内圈104作为固定圈，与轮毂301的轴承连接实现固定作用。可以理解的是，不管是内圈104作为转动圈还是外圈105作为转动圈，都可以实现上述的技术效果，在此不做赘述。

作为一种可选地实施方式，第一驱动机构102还包括变桨盘110，传动带106通过变桨盘110与转动圈连接，传动带106驱动变桨盘110转动并带动转动圈相对固定圈转动。本实施例中，内圈104为转动圈外圈105为固定圈，第一驱动部107转动带动传动带106转动。传动带106驱动变桨盘110转动，变桨盘110的一侧部分与内圈104连接，变桨盘110转动带动内圈104转动实现叶片302的变桨。上述的结构中，通过设置变桨盘110，将传动带106与内圈104进行连接，以使得第一驱动部107的驱动力传递至内圈104，实现叶片302的变桨操作。

可以理解的是，在上述的双曲变桨系统10中，第一驱动机构102以及第二驱动机构103为同时对叶片302进行驱动变桨，也就是第一驱动部107以及第二驱动部109分别传动带106以及转接部108提供相同转动扭矩使得叶片302转动相同角度。

可选地，变桨盘110通过螺栓与内圈104实现可拆卸连接。变桨盘110为易损零件，将变桨盘110与变桨轴承101设置为可拆卸的连接方式，取代变桨盘110与变桨轴承101一体成型的结构，能够便于将变桨盘110进行单独更换，延长变桨轴承101的使用寿命，降低生产成本。

作为一种可选地实施方式，如图3所示，变桨盘110包括沿变桨轴承101的轴向依次分布的定位部111以及连接部112。传动带106与连接部112连接，连接部112与转动圈连接。通过设置连接部112以及定位部111，变桨盘110能够实现在与传动带106进行稳定连接的同时与转动圈进行可靠连接。

可选的，定位部111为圆形或圆环形，传动带106的一端缠绕于定位部111外周的一部分，传动带106的另一端连接于第一驱动部107。将定位部111这位圆形或圆环形，能增加传动带106与定位部111之间的接触面积，提升传动带106的传动效率以及稳定性。

作为一种可选地实施方式，定位部111以及连接部112为一体成型结构。上述的结构，能够将第一驱动部107的驱动更好的传递至定位部111，进而使得定位部111带动转动圈转动扭矩。并且，一体成型的结构更便于变桨盘110的制造以及安装。

作为一种可选地实施方式，如图4所示，传动带106为齿形带，第一驱动部107包括第一驱动电机113以及第一驱动轮114。第一驱动轮114的一端与第一驱动电机113连接，连接部112的周向以及第一驱动轮114的另一端分别形成有与齿形带啮合的齿部，齿形带两端分别连接连接部112以及第一驱动轮114。

上述的结构中，设置第一驱动电机113为第一驱动轮114的转动提供动力，第一驱动轮114通过齿部与齿形带啮合并转动以带动传动带106移动，能够有效的将第一驱动电机113的旋转驱动力传递至传动带106。

可选地，第一驱动电机113以及第一驱动轮114之间还可以设置变速器，第一驱动轮114可以通过花键轴或其他轴连接的方式与变速器连接。设置变速器能够调节第一驱动轮114的转动速度，进而调整第一驱动机构102改变风力叶片302的扭矩的速度。

作为一种可选地实施方式，请参考图3，转接部108设有啮合齿，第二驱动部109包括第二驱动电机(图未示出)以及第二驱动轮115，第二驱动轮115设有凸出的齿形部。转接部108沿转动圈周向可拆卸设置，第二驱动轮115的一端与第二驱动电机连接，第二驱动轮115的另一端与啮合齿啮合连接。

上述的结构中，设置第二驱动电机为第二驱动轮115的转动提供动力，第二驱动轮115通过齿形部与转接部108的啮合齿啮合并转动以带动转动圈移动，能够有效的将第二驱动电机的旋转驱动力传递至转接部108。在变桨系统10中，转接部108为易损零件，转接部108沿转动圈周向可拆卸设置，能够便于转接部108的更换。并且直接更换转接部108，能够取代以往的将整个变桨轴承101进行更换，有效延长了变桨轴承101的使用寿命，降低了成本。

作为一种可选地实施方式，转接部108整体呈弧形结构体，转接部108对应的圆心角α满足关系，α≥92°。转接部108设置为与转动圈的内侧周向贴合设置，能够更好地将旋转驱动力传递至转动圈。转接部108对应的圆心角设置为大于或等于92度，是为了适应风力叶片302的变桨角度。风力叶片302一般在0°至92°之间顺桨或者开桨。通过将转接部108对应的圆心角的设置在合理的范围，不仅满足变桨角度范围，同时还能减小第二驱动机构103占用的空间，防止第二驱动机构103与其他部件发生干涉，并且能有效减小双曲变桨系统10占用的空间以及降低材料成本。

作为一种可选地实施方式，变桨系统10还包括轮毂盖116，轮毂盖116设于连接部112背离定位部111的一侧，轮毂盖116上设有沿自身厚度方向贯穿的第一通孔117以及第二通孔118。第一通孔117用于固定第一驱动轮114，第一驱动轮114远离传动带106的一端伸入第一通孔117。第二通孔118用于固定变桨盘110，连接部112远离定位部111的一端伸入第二通孔118。

上述的结构，通过设置轮毂盖116，将第一驱动轮114以及连接部112的位置进行固定，当第一驱动轮114或者连接部112进行转动时，被限制在第一通孔117或者第通孔中进行，防止第一驱动轮114以及连接部112移位。

作为一种可选地实施方式，轮毂盖116上还设有沿厚度方向贯穿的第一通槽119，第二驱动轮115远离变桨齿轮的一端伸入第一通槽119，第一通槽119长度方向上的两端沿轮毂盖116的周向延伸以限定第二驱动轮115的运动方向。上述的结构，将第二驱动轮115的移动路径限制在第一通槽119中，能够提升第二驱动轮115转动时的稳定性，进而提升风力发电机组1的运行可靠性。

可选地，请参考图3，在变桨盘110上还设有减重孔122，减重孔122用于减轻变桨盘110的重量。上述的结构能够有效的减小变桨系统10的整体重量，同时有效降低材料成本。

作为一种可选地实施方式，请结合参考图2以及图4，第一驱动机构102还包括张紧轮120，张紧轮120设于传动带106背离第一驱动轮114的一侧并与传动带106相抵接。由于传动带106需要一定的预紧力，因此设置张紧轮120以满足传动带106预紧力要求。

可选地，张紧轮120的一端与传动带106抵接，另一端连接第三驱动电机121，第三驱动电机121用于带动张紧轮120转动，以对传动带106进行张紧操作。

请结合参考图1，本申请实施例还提供一种风力发电机组1，包括上述任一实施例中的变桨系统10。本实用新型提供的风力发电机组1，由于具备上述的变桨系统10，因此能实现上述任一实施例中的技术效果，在此不做赘述。

作为一种可选地实施方式，本申请实施例中的风力发电机组1还包括轮毂301以及叶片302，变桨系统10的固定圈连接于轮毂301，叶片302连接于变桨系统10的转动圈，叶片302在第一驱动机构102以及第二驱动机构103的带动下改变其扭矩。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种变桨系统，用于连接轮毂(301)以及叶片(302)，其特征在于，所述变桨系统包括：

变桨轴承(101)，包括转动配合的内圈(104)以及外圈(105)，所述内圈(104)以及所述外圈(105)中的一者为转动圈并能够与所述叶片(302)连接且另一者为固定圈并能够与所述轮毂(301)连接；

第一驱动机构(102)，与所述转动圈配合，所述第一驱动机构(102)包括传动带(106)以及第一驱动部(107)，所述传动带(106)分别与所述第一驱动部(107)以及所述转动圈连接，以将所述第一驱动部(107)的动力传输至所述转动圈并驱动所述转动圈相对所述固定圈转动；

第二驱动机构(103)，与所述转动圈配合，所述第二驱动机构(103)包括转接部(108)以及第二驱动部(109)，所述转接部(108)与所述转动圈连接并沿所述变桨轴承(101)的周向延伸预定长度，所述转接部(108)沿所述周向设置有啮合齿并与所述第二驱动部(109)啮合，以将所述第二驱动部(109)的动力传输至所述转动圈并驱动所述转动圈相对所述固定圈转动。

2.根据权利要求1所述的变桨系统，其特征在于，所述第一驱动机构(102)还包括变桨盘(110)，所述传动带(106)通过所述变桨盘(110)与所述转动圈连接，所述传动带(106)驱动所述变桨盘(110)转动并带动所述转动圈相对所述固定圈转动。

3.根据权利要求2所述的变桨系统，其特征在于，所述变桨盘(110)包括沿所述变桨轴承(101)的轴向依次分布的定位部(111)以及连接部(112)，所述传动带(106)与所述连接部(112)连接，所述连接部(112)与所述转动圈连接。

4.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述定位部(111)以及所述连接部(112)为一体成型结构。

5.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述传动带(106)为齿形带，所述第一驱动部(107)包括第一驱动电机(113)以及第一驱动轮(114)，所述第一驱动轮(114)的一端与所述第一驱动电机(113)连接，所述连接部(112)的周向以及所述第一驱动轮(114)的另一端分别形成有与所述齿形带啮合的齿部，所述齿形带两端分别连接所述连接部(112)以及所述第一驱动轮(114)。

6.根据权利要求5所述的变桨系统，其特征在于，所述转接部(108)设有啮合齿，所述第二驱动部(109)包括第二驱动电机以及第二驱动轮(15)，所述转接部(108)沿所述转动圈周向可拆卸设置，所述第二驱动轮(15)的一端与所述第二驱动电机连接，所述第二驱动轮(15)的另一端与所述啮合齿啮合连接。

7.根据权利要求6所述的变桨系统，其特征在于，所述转接部(108)整体呈弧形结构体，所述转接部(108)对应的圆心角α满足关系，α≥92°。

8.根据权利要求6所述的变桨系统，其特征在于，所述变桨系统还包括轮毂盖(116)，所述轮毂盖(116)设于所述连接部(112)背离所述定位部(111)的一侧，所述轮毂盖(116)上设有沿厚度方向贯穿的第一通孔(117)以及第二通孔(118)，所述第一驱动轮(114)远离所述传动带(106)的一端伸入所述第一通孔(117)，所述连接部(112)远离所述定位部(111)的一端伸入所述第二通孔(118)。

9.根据权利要求8所述的变桨系统，其特征在于，所述轮毂盖(116)上还设有沿厚度方向贯穿的第一通槽(119)，所述第二驱动轮(15)远离所述变桨齿轮的一端伸入所述第一通槽(119)，所述第一通槽(119)长度方向上的两端沿所述轮毂盖(116)的周向延伸以限定所述第二驱动轮(15)的运动方向。

10.根据权利要求5至9任意一项所述的变桨系统，其特征在于，所述第一驱动机构(102)还包括张紧轮(120)，所述张紧轮(120)设于所述传动带(106)背离所述第一驱动轮(114)的一侧并与所述传动带(106)相抵接。

11.一种风力发电机组(1)，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的变桨系统。

12.根据权利要求11所述的风力发电机组(1)，其特征在于，所述风力发电机组(1)还包括轮毂(301)以及叶片(302)，所述变桨系统的固定圈连接于所述轮毂(301)，所述叶片(302)连接于所述变桨系统的转动圈，所述叶片(302)在所述第一驱动机构(102)以及所述第二驱动机构(103)的带动下改变其扭矩。

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