中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統的製作方法
2023-05-29 07:38:16
專利名稱：中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於風力發電技術領域，特別涉及一種用於中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統。
背景技術：
現有技術中的用於中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統主要為液壓變槳距機構。而液壓變槳距機構普遍存在有響應速度慢、結構複雜的缺陷；並且由於採用了液壓油作為傳遞動力的介質，受到液壓油黏溫特性的影響，液壓變槳距機構的環境適應能力差，對於在不同緯度使用的風力發電機，還需要增加加熱或冷卻裝置。
實用新型內容本實用新型提供一種中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，該系統包括驅動電機和被驅動電機驅動的各個機械執行單元，該系統以電機驅動代替了液壓驅動，使得響應速度快、環境適應能力強、成本低，且在機械執行單元的協同作用下，槳距變換過程中的各個葉片的槳距角始終保持一致。技術方案一種中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，所述風力發電機包括葉片、風力發電機主軸和發電機，其特徵在於，所述無級槳距變換系統包括有驅動電機、螺紋副、拔叉、拔叉支撐、導軸套、軸承、變槳滑槽機構和曲柄滑塊機構，其中驅動電機與所述螺紋副的一端相連，所述螺紋副將驅動電機輸出的旋轉運動轉換成沿螺紋副軸線的直線運動，所述螺紋副的軸線平行於所述風力發電機主軸的軸線，所述螺紋副的另一端與所述拔叉的上端通過垂直於所述螺紋副軸線的第一銷軸相連，所述拔叉的下端與所述軸承的外圈相連，所述拔叉的中部與固定的拔叉支撐通過第二銷軸相連，所述拔叉可繞所述第二銷軸旋轉，其中所述導軸套套接在風力發電機主軸上，且所述導軸套可隨風力發電機主軸旋轉並可沿風力發電機主軸軸向移動，所述軸承的內圈過盈安裝在導軸套的外壁上，所述變槳滑塊機構與所述導軸套固定連接，其中所述變槳滑塊機構包括有以風力發電機主軸的中心軸線為中心而繞該中心均勻分布的對應於葉片數量的若干個滑槽，所述滑槽的槽道均垂直於風力發電機主軸的軸線,所述曲柄滑塊機構包括有對應於葉片數量的若干個曲柄滑塊,所述每個曲柄滑塊包括有滑塊和曲柄，所述滑塊安裝在滑槽內且可在滑槽內滑動，所述曲柄的近端與滑塊通過銷軸連接，所述曲柄的遠端與葉片軸固定連接。所述驅動電機和螺紋副位於所述發電機的上方。所述螺紋副包括有帶有外螺紋的輸出軸、帶有內螺紋的驅動軸套和固定的驅動軸套卡槽，所述輸出軸與所述驅動電機相連且在所述驅動電機的驅動下旋轉，所述驅動軸套後部的內螺紋與所述輸出軸的外螺紋相配合，所述驅動軸套的前部穿過所述驅動軸套卡槽，所述驅動軸套前部的橫截面為非圓形，所述驅動軸套卡槽的橫截面與所述驅動軸套前部的橫截面相適配使得驅動軸套在驅動軸套卡槽的約束下僅可沿螺紋副的軸向移動。[0008]所述拔叉的上端為一對U型叉，所述第一銷軸的凸出驅動軸套的兩端分別位於兩個U型叉內，所述驅動軸套的軸向移動可通過第一銷軸和一對U型叉帶動拔叉的上端繞所述第二銷軸旋轉，進而拔叉的下端通過軸承外圈帶動所述軸承和導軸套在沿風力發電機主軸的方向上產生位移。所述拔叉的下端上銷接有一對卡槽，所述一對卡槽分布在所述軸承的左右兩側，所述卡槽的前、後側面分別卡住所述軸承外圈的前端面和後端面。所述導軸套和所述風力發電機主軸之間通過平鍵連接，所述平鍵與所述風力發電機主軸上的鍵槽等長，且所述平鍵過盈安裝在所述風力發電機主軸的鍵槽內，所述導軸套的鍵槽長度小於所述風力發電機主軸的鍵槽長度，且所述導軸套的鍵槽與所述平鍵間隙配
入
口 O所述風力發電機包括有三個葉片，所述變槳滑槽機構包括有三個滑槽，所述三個滑槽相連且呈正三角形框架結構；相應地，曲柄滑塊機構包括有三個曲柄滑塊。所述三個滑槽兩兩之間設置有連接條，以形成一體的六邊形框架結構的變槳滑槽機構。 所述導軸套的靠近變槳滑槽機構的一側上設置有凸緣，所述凸緣與所述連接條之間固定連接。所述風力發電機包括有兩個葉片，所述變槳滑槽機構包括有兩個滑槽，相應地，所述曲柄滑塊機構包括有兩個曲柄滑塊；或所述風力發電機包括有四個葉片，所述變槳滑槽機構包括有四個滑槽，相應地，所述曲柄滑塊機構包括有四個曲柄滑塊。所述軸承為雙列角接觸球軸承。技術效果本實用新型提供一種中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，用於調節風力發電機的槳距。該無級槳距變換系統包括有驅動電機、螺紋副、拔叉、拔叉支撐、導軸套、軸承、變槳滑槽機構和曲柄滑塊機構，當需要調節槳距時，驅動電機工作，螺紋副將驅動電機輸出的旋轉運動轉換成沿螺紋副軸線的直線運動，螺紋副的另一端帶動拔叉上端繞第一銷軸旋轉,此時拔叉的下端撥動軸承的外圈沿風力發電機主軸移動並帶動導軸套和變槳滑槽機構沿軸向移動，各個滑槽通過滑塊和曲柄將滑槽的軸向移動轉換成繞葉片軸的轉動，從而實現槳距變換功能，並能夠保證在槳距變換過程中各個葉片的槳距角始終保持一致。驅動電機和螺紋副設置在發電機的上方，以便於整體無級槳距變換系統的位置設計。螺紋副包括輸出軸和驅動軸套以及驅動軸套卡槽，由於驅動軸套前部的橫截面為非圓形，驅動軸套卡槽的橫截面與驅動軸套前部的橫截面相適配，因此，驅動軸套在驅動軸套卡槽的約束下只能做軸向的移動，當輸出軸和驅動軸套相對運動時，驅動軸套並不旋轉而只沿軸向移動，以進而帶動拔叉繞第一銷軸旋轉。其中的拔叉的上端為一對U型叉，一對U型叉分別位於驅動軸套的左、右兩側，第一銷軸的兩端分別位於對應的U型叉內，驅動軸套前後移動時，第一銷軸隨之前後移動，第一銷軸通過U型叉帶動拔叉上端運動。拔叉的下端上銷接有一對卡槽,卡槽從左右兩側分別卡在軸承的外圈上，當卡槽隨拔叉移動時，卡槽撥動軸承外圈，從而帶動軸承、導軸套和變槳滑槽機構沿風力發電機主軸方向上產生位移，軸承為雙列角接觸球軸承，可沿軸向雙向受力。優選地，導軸套和風力發電機主軸之間通過平鍵連接，平鍵與風力發電機主軸上的鍵槽等長，導軸套的鍵槽長度小於風力發電機主軸的鍵槽長度，平鍵過盈安裝在風力發電機主軸的鍵槽上，導軸套的鍵槽與平鍵之間間隙配合，使得導軸套在隨風力發電機主軸旋轉的同時還可以沿風力發電機主軸的軸向移動，同時風力發電機主軸的鍵槽的長度是由風力發電機的輪轂的軸套後端面和位於發電機前方的風力發電機主軸的軸肩限定的，該風力發電機主軸的鍵槽長度決定了導軸套的軸向運動範圍，以避開機構運動死點。當葉片為三個時，變槳滑槽機構可以為三個滑槽組成的整體正三角形框架結構，還可以是三個滑槽和三個連接條相間分布組成的六邊形框架結構。其中，當變槳滑槽機構 為六邊形框架結構時，可以使變槳滑槽機構的機構結構變得緊湊、質量變得較小。
圖I為帶有無級槳距變換系統的風力發電機的示意圖；圖2為圖I中的無級槳距變換系統的驅動軸套的前部的截面圖；圖3為圖I中的安裝有滑塊的變槳滑槽機構的示意圖；圖4為圖I中的撥叉和撥叉支撐的示意圖。圖中各標號示例如下I-輪轂，2-曲柄滑塊，2-1-滑塊，2-2-曲柄，3_變槳滑槽機構，3_1_滑槽，4_葉片，4-1-葉片軸，5-導軸套，5-1-凸緣，6-軸承，6-1-內圈，6-2-外圈，7-撥叉支撐，7-1-第二銷軸，8-撥叉，8-1-U型叉，8-2-卡槽，9-螺紋副，9-1-輸出軸，9-2-驅動軸套，9_3驅動軸套卡槽，9-4-第一銷軸，10-驅動電機，11-風力發電機主軸，12-發電機。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。如圖I所示為帶有無極槳距變換系統的風力發電機示意圖。現有的風力發電機均包括有風力發電機主軸11，套接在風力發電機主軸11上的輪轂1，葉片4，葉片所在的軸即葉片軸4-1，和發電機12。在風的作用下，葉片4旋轉，葉片4帶動輪轂I旋轉，進而風力發電機主軸11旋轉，使得發電機12發電。本實用新型的無極槳距變換系統安裝在風力發電機上，用於控制葉片4的槳距角。由於中、小功率風力發電機比大功率風力發電機的結構小，因此，要求用於中、小功率風力發電機的無極槳距變換系統的結構更為緊湊。如圖，無極槳距變換系統包括有變槳滑槽機構3、曲柄滑塊機構、導軸套5、軸承6、撥叉8、撥叉支撐7、螺紋副9和驅動電機10。具體地，驅動電機10和螺紋副9固定在發電機12的上方位置，變槳滑槽機構3、導軸套5位於輪轂I和發電機12之間的風力發電機主軸11上。螺紋副9包括有輸出軸9-1、驅動軸套9-2和驅動軸套卡槽9-3，其中的輸出軸9-1與驅動電機10相連，驅動軸套9-2的後部的開有螺紋孔，所述輸出軸9-1的外螺紋與驅動軸套9-2的螺紋孔相配合，驅動軸套9-2的前部的橫截面為非圓形(如圖2)，且驅動軸套卡槽9-3的橫截面與驅動軸套9-2的前部的橫截面相適配，驅動軸套9-2前部穿過驅動軸套卡槽9-3，在驅動電機10工作時，輸出軸9-1在驅動電機10的驅動下旋轉，輸出軸9-1的外螺紋和驅動軸套9-2的螺紋孔的內螺紋之間相對運動，驅動軸套9-2在驅動軸套卡槽9-3的約束下，沿驅動軸套9-2的軸向前後運動，驅動軸套9-2的軸向平行於風力發電機主軸11的軸向。驅動軸套9-2的前端上設置有垂直於驅動軸套9-2的軸線的第一銷軸9-4。見圖I和4，撥叉支撐7被固定在風力發電機的框架上或其它固定結構上，撥叉支撐7與撥叉8的中部之間通過兩個第二銷軸7-1相連。撥叉8為上、下U型支架組成的一體結構，上U型支架的每個支腿均為一個U型叉8-1，兩個U型叉8-1分別位於驅動軸套9-2的左右兩側，第一銷軸9-4的左右兩端分別位於兩個U型叉8-1內；下U型支架的上部即為撥叉8的中部用於通過第二銷軸7-1與撥叉支撐7銷接，下U型支架的兩個支腿分布在軸承6的左右兩側且每個支腿的內側上銷接有卡槽8-2，卡槽8-2的前後兩側分別卡住軸承6外圈6-2的前端面和後端面上。即，撥叉8可繞第二銷軸7-1旋轉，當撥叉上端的U型叉8-1在驅動軸套9-2的帶動下運動時，撥叉下端做相應的運動，且撥叉下端上銷接的卡槽8-2通過軸承外圈6-2帶動軸承6沿風力發電機主軸11的軸向運動。軸承6的內圈6-1過盈安裝在導軸套5的外壁上，導軸套5與風力發電機主軸11之間通過平鍵連接，平鍵與風力發電機主軸11上的鍵槽等長，導軸套5的鍵槽長度小於風力發電機主軸11的鍵槽長度，平鍵過盈安裝在風力發電機主軸11的鍵槽上，導軸套5的鍵槽與平鍵之間間隙配合，使得導軸套5可以隨風力發電機主軸11旋轉的同時還可沿風力發電機主軸11軸向移動，並且風力發電機主軸11的鍵槽的長度是由風力發電機的輪轂I的軸套後端面和位於發電機前方的風力發電機主軸11的軸肩限定的，該風力發電機主軸11的鍵槽長度決定了導軸套的軸向運動範圍，以避開機構運動死點。導軸套5的遠離發電機12的一側還設置有凸緣5-1用於與變槳滑槽機構3固定連接。可見，軸承6的軸向移動通過過盈配合帶動導軸套5沿軸向移動，同時帶動變槳滑槽機構3沿軸向移動。變槳滑槽機構3為中空結構，通過與凸緣5-1固定連接，可隨風力發電機主軸11旋轉，變槳滑槽機構3包括有對應於葉片4的數量的滑槽3-1，每個滑槽3-1的槽道均垂直於風力發電機主軸11的軸線,相應地，曲柄滑塊機構包括有相同數量的曲柄滑塊2，曲柄滑塊2包括有滑塊2-1和曲柄2-2，滑塊2-1安裝在滑槽3-1內，曲柄2-2的近端與滑塊2_1通過銷軸連接，曲柄2-2的遠端與葉片軸4-1固定相連。可見，當變槳滑塊機構3沿軸向移動時，各個滑槽3-1通過滑塊2-1和曲柄2-2將滑槽的軸向移動轉變成繞葉片軸4-1的轉動，使葉片4旋轉，從而實現槳距變換功能，並能夠保證在槳距變換過程中各個葉片4的槳距角始終保持一致。通常情況下，中、小功率的發電機採用2-4個葉片，本實用新型以三個葉片的情況為代表進行說明。對應於三個葉片4，曲柄滑塊機構包括有三個曲柄滑塊2，變槳滑槽機構3包括有三個滑槽3-1，三個曲柄滑塊2的每個滑塊2-1安裝在一個對應的滑槽3-1內，每個曲柄2-2的遠端與葉片軸4-1固定相連。變槳滑槽機構3的三個滑槽3-1以風力發電機主軸11的中心軸線為中心，形成了繞中心均勻分布的中空的正三角形結構，使得在曲柄2-2帶動葉片軸4-1旋轉時，各個葉片軸4-1旋轉的角度相同，以保證在槳距變換過程中各個葉片4的槳距角始終保持一致。在變槳滑槽機構3為正三角形的情況下，每個滑槽3-1的槽道的兩端為滑塊2-1不會滑到的區域，帶來了機構的不緊湊，這樣，在保證三個滑槽3-1的、情況下，縮短每個滑槽3-1的長度，並在兩兩滑槽3-1之間固定有連接條，以形成中空的六邊形框架結構(優選地為一體結構，見圖3)，這樣在保證變槳滑槽機構3實現自身功能的前提下，使得結構更緊湊、質量更小，更適用於中、小功率的風力發電機。當然，在葉片為2個時，容易想到，設置有包括兩個滑槽的變槳滑槽機構和包括兩個曲柄滑塊的曲柄滑塊機構；在葉片為4個時，容易想到，設置有包括四個滑槽的變槳滑槽機構和包括有四個曲柄滑塊的曲柄滑塊機構。另外，軸承6優選為雙列角接觸球軸承，該軸承可沿軸向雙向受力。該無極槳距變換系統的工作過程如下當需要調節槳距時，驅動電機10工作，螺紋副9將驅動電機10輸出的旋轉運動轉換成沿螺紋副9軸線的直線運動，螺紋副的另一端帶動拔叉上端的U型叉8-1繞第一銷軸 9-4旋轉，此時拔叉的下端的卡槽8-2撥動軸承的外圈6-2沿風力發電機主軸11移動並帶動導軸套5和變槳滑槽機構3沿軸向移動，各個滑槽3-1通過滑塊2-1和曲柄2-2將滑槽3-1的軸向移動轉換成繞葉片軸4-1的轉動，葉片4旋轉，從而實現槳距變換功能，並能夠保證在槳距變換過程中各個葉片4的槳距角始終保持一致。
權利要求1.一種中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，所述風力發電機包括葉片、風力發電機主軸和發電機，其特徵在於，所述無級槳距變換系統包括有驅動電機、螺紋副、拔叉、拔叉支撐、導軸套、軸承、變槳滑槽機構和曲柄滑塊機構，其中驅動電機與所述螺紋副的一端相連，所述螺紋副將驅動電機輸出的旋轉運動轉換成沿螺紋副軸線的直線運動，所述螺紋副的軸線平行於所述風力發電機主軸的軸線，所述螺紋副的另一端與所述拔叉的上端通過垂直於所述螺紋副軸線的第一銷軸相連，所述拔叉的下端與所述軸承的外圈相連，所述拔叉的中部與固定的拔叉支撐通過第二銷軸相連，所述拔叉可繞所述第二銷軸旋轉，其中所述導軸套套接在風力發電機主軸上，且所述導軸套可隨風力發電機主軸旋轉並可沿風力發電機主軸軸向移動，所述軸承的內圈過盈安裝在導軸套的外壁上，所述變槳滑塊機構與所述導軸套固定連接，其中所述變槳滑塊機構包括有以風力發電機主軸的中心軸線為中心而繞該中心均勻分布的對應於葉片數量的若干個滑槽，所述滑槽的槽道均垂直於風力發電機 主軸的軸線，所述曲柄滑塊機構包括有對應於葉片數量的若干個曲柄滑塊，所述每個曲柄滑塊包括有滑塊和曲柄，所述滑塊安裝在滑槽內且可在滑槽內滑動，所述曲柄的近端與滑塊通過銷軸連接，所述曲柄的遠端與葉片軸固定連接。
2.根據權利要求I所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述驅動電機和螺紋副位於所述發電機的上方。
3.根據權利要求2所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述螺紋副包括有帶有外螺紋的輸出軸、帶有內螺紋的驅動軸套和固定的驅動軸套卡槽，所述輸出軸與所述驅動電機相連且在所述驅動電機的驅動下旋轉，所述驅動軸套後部的內螺紋與所述輸出軸的外螺紋相配合，所述驅動軸套的前部穿過所述驅動軸套卡槽，所述驅動軸套前部的橫截面為非圓形，所述驅動軸套卡槽的橫截面與所述驅動軸套前部的橫截面相適配使得驅動軸套在驅動軸套卡槽的約束下僅可沿螺紋副的軸向移動。
4.根據權利要求3所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述拔叉的上端為一對U型叉，所述第一銷軸的凸出驅動軸套的兩端分別位於兩個U型叉內，所述驅動軸套的軸向移動可通過第一銷軸和一對U型叉帶動拔叉的上端繞所述第二銷軸旋轉，進而拔叉的下端通過軸承外圈帶動所述軸承和導軸套在沿風力發電機主軸的方向上產生位移。
5.根據權利要求4所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述拔叉的下端上銷接有一對卡槽，所述一對卡槽分布在所述軸承的左右兩側，所述卡槽的前、後側面分別卡住所述軸承外圈的前端面和後端面。
6.根據權利要求1-5之一所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述導軸套和所述風力發電機主軸之間通過平鍵連接，所述平鍵與所述風力發電機主軸上的鍵槽等長，且所述平鍵過盈安裝在所述風力發電機主軸的鍵槽內，所述導軸套的鍵槽長度小於所述風力發電機主軸的鍵槽長度，且所述導軸套的鍵槽與所述平鍵間隙配口 o
7.根據權利要求1-5之一所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述風力發電機包括有三個葉片，所述變槳滑槽機構包括有三個滑槽，所述三個滑槽相連且呈正三角形框架結構；相應地，曲柄滑塊機構包括有三個曲柄滑塊。
8.根據權利要求7所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述三個滑槽兩兩之間設置有連接條，以形成一體的六邊形框架結構的變槳滑槽機構。
9.根據權利要求8所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述導軸套的靠近變槳滑槽機構的一側上設置有凸緣，所述凸緣與所述連接條之間固定連接。
10.根據權利要求1-5之一所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述風力發電機包括有兩個葉片，所述變槳滑槽機構包括有兩個滑槽，相應地，所述曲柄滑塊機構包括有兩個曲柄滑塊；或所述風力發電機包括有四個葉片，所述變槳滑槽機構包括有四個滑槽，相應地，所述曲柄滑塊機構包括有四個曲柄滑塊。
11.根據權利要求1-5之一所述的中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，其特徵在於，所述軸承為雙列角接觸球軸承。
專利摘要本實用新型提供一種中、小功率風力發電機的無級槳距變換系統，該系統包括有驅動電機、螺紋副、拔叉、拔叉支撐、導軸套、軸承、變槳滑槽機構和曲柄滑塊機構，螺紋副將驅動電機輸出的旋轉運動轉換成沿螺紋副軸線的直線運動，螺紋副與拔叉的上端相連，拔叉的下端與軸承的外圈相連，拔叉的中部與固定的拔叉支撐通過第二銷軸相連，其中導軸套套接在風力發電機主軸上，變槳滑塊機構與導軸套固定連接，變槳滑塊機構包括若干個滑槽，曲柄滑塊機構包括有若干個曲柄滑塊，滑塊安裝在滑槽內。該系統以電機驅動代替了液壓驅動，使得響應速度快、環境適應能力強、成本低，且在機械執行單元的協同作用下，槳距變換過程中的各個葉片的槳距角始終保持一致。
文檔編號F03D7/00GK202381256SQ201120551368
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者常東來, 李卿韶, 賀琦 申請人:中科恆源科技股份有限公司