专利名称：风能发电谐波传动变桨距调节机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风能发电谐波传动变桨距调节机构。
背景技术：
目前国内使用的风能发电机的桨叶与轮毂的连接，多数是固定的，桨距角固定，即当风 速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。在风速低于每秒3米的情况下，风轮难以启动，即 使启动了，也只能吸收很少的一部分风能。在风速大于每秒20米的情况下，必须依靠降低功 率、降低吸收风能的各种方法(如依靠桨叶翼型设计的失速特性，当风速高于设定风速时， 气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，效率降低，限制发电机的功率输出等 等)，以保证安全运行。这样的风能发电系统不仅效率很低，而且桨叶、轮毂、塔架等部件受 力大，为了产生失速效应，导致叶片重，结构复杂，当风速达到一定值时必须停机，随着功率 增大，叶片加长，所承受的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造更大机组 受到限制。目前风能发电系统最大的问题在于，由于风速不断变化、发电机转速变化而致使 发出电力的频率不断变化，不能直接输入电网，必须设置一套"交_一直一_交"装置，也 就是te发出的交流电变位直流电，再把直流电逆变成为固定频率(50赫兹)的交流电输入电 网。该。
桨叶和轮毂连接是不固定的风能发电技术己经出现，通过控制叶片的桨距角，可以调节 桨叶的迎风角度，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，这种对桨距角调节和控 制可以大大改善风能发电系统的起动特性、发电机联网前的速度调节(减少联网时的冲击电 流)、按发电机额定功率来限制转子功率以及在事故情况下(电网故障、转子超速、振动等) 使风力发电机组安全停车等。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够在风速低 的情况下尽可能多的吸收风能转化为电能，在高风速段保持功率平稳输出，同时还减小了转 子和驱动链中各部件的压力，因此可以在很大的风速下安全运行。
采用变桨距调节方式在低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，可以在微风 启动；在风速超速时可以逐步调节桨距角，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得 的空气动力转矩，可以根据需要，屏蔽部分风能，避免停机，增加风机发电量，在各种工况(起 动、正常运转、停机)下，都能够按照最佳参数运行，可使发电机在额定风速以下的工作区段 有较大的功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载，无需过大容量的发电机等。
但是，变桨距调节方式在实际应用中，随着并网型风力发电机组容量的增大，大型风力机 的单个叶片已重达数吨，操纵如此巨大的惯性体，并且响应速度要能跟得上风速变化是相当 困难的。目前世界先进国家采用液压系统来实现如美国MOD-O型风力发电机利用两个装在轮 毂上的液压调节器来控制转动主齿轮，带动叶片根部的斜齿轮来进行桨距调节；美国M0D-1 型风力发电机则采用液压调节器推动连接叶片根部的连杆来推动叶片。不仅结构复杂、体积 大、重量重成本高，最重要的是由于而且响应速度慢、调节精度低，远远不具备把发电机转 速控制在相对恒定的转速的功能，发出电流频率变化，不能直接输入电网。由于以上原因，造成风能发电系统结构复杂、体积大、重量重、效率低、成本高、寿命 低、维修困难，是风能发电难以普及的根本原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的风能发电谐波传动变桨距调节机构。
本发明所采用的方案是桨叶中空，套装在轮毂纵向轴上，可以纵向轴为轴心旋转。桨 叶和轮毂纵向轴通过谐波传动机构连接，谐波转动机构接受风能发电机控制系统的指令驱动 桨叶以纵向轴为轴心旋转，改变叶片迎风面与纵向轴的夹角，调节桨叶的迎风角度，在低风 速肘，将桨叶桨距调节到可获取最大功率位置，风轮可以在微风启动；在风速超速时可以逐 步调节桨距，改变气流对叶片攻角，根据需要屏蔽部分风能，从而改变风力发电机组获得的空 气动力转矩，避免停机，增加风机发电量，确保在各种工况(起动、正常运转、停机)下，都 能够按照最佳参数运行，可使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的功率输出，而在额 定风速以上的高风速区段不超载。最重要的是，由于谐波传动调节机构精度极高、响应速度 极快，可以确保发电机在相对恒定的转速运行，确保发出电流频率恒定不变，可以直接输入 电网，省去了结构复杂、价格昂贵、能耗大、维修困难的"交一一直一一交"装置。
本发明的有益效果是使风能发电系统大大简化结构、提高效率、降低成本、增加安全 可靠程度
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 见本发明谐波传动变桨距调节机构结构图。
图中《l.桨叶》、《2.轮毂纵向轴》、《3.从动谐波刚轮》、《4.固定谐波刚轮》、《5.谐波柔 轮》、《6.谐波发生器》、《7.电机定子》、《8.电机转子》、《9.风轮轮毂》。
具体实施例方式
本发明采用XB3-2型谐波组件，从动刚轮和桨叶一体，固定刚轮和轮毂一体，谐波发生 器与电机转子一体，电机定子与轮毂一体。
电机转子根据控制信号运转，谐波发生器和电机转子同步运转，波发生器凸轮转动，通 过柔性轴承使柔轮发生可控的弹性变形。柔轮的齿在此变形过程中进入(啮合)或者退出(啮 离)刚轮的齿间，谐波柔轮柔轮弹性部位的位移使得啮入、啮合、啮出、脱开这四种状态连 续不断地改变，由于从动刚轮和固定刚轮的齿数相差2个，所以波发生器每旋转一周，从动 刚轮和固定刚轮之间产生2个齿距的角位移，从动刚轮和桨叶一体，桨叶因此以从动轴为轴 心旋转，从而调节桨叶的迎风角，使发电机在额定风速以下的低风速工作区段有较大的功率 输出，而在额定风速以上的高风速工作区段不超载，确保发电机在恒定的转速运行，确保发 出的电流频率恒定不变。
权利要求
1、一种风能发电谐波传动变浆距调节机构包括以下部件组成《1.桨叶》、《2.轮毂纵向轴》、《3.从动谐波刚轮》、《4.固定谐波刚轮》、《5.谐波柔轮》、《6.谐波发生器》、《7.电机定子》、《8.电机转子》、《9.风轮轮毂》。从动刚轮和桨叶一体，固定刚轮和轮毂一体，谐波发生器与电机转子一体，电机定子与轮毂一体。电机根据控制信号运转，通过谐波传动机构，调节桨叶的迎风角，使发电机在额定风速以下的低风速工作区段有较大的功率输出，而在额定风速以上的高风速工作区段不超载。
2、 根据权^l要求1所述的风能发电谐波传动变浆距调节机构其特征在于 《3.从动谐波刚轮》与《l.桨叶》 一体。
3、 根据权,要求1所述的风能发电谐波传动变浆距调节机构其特征在于 《4.固定谐波刚轮》与《9.风轮轮毂》 一体。
4、 根据权賴要求1所述的风能发电谐波传动变浆距调节机构其特征在于 《6.谐波发生器》与《8.电机转子》 一体。
5、 根据权糸l薛求1所述的风能发电谐波传动变浆距调节机构其特征在于《7.电机转子》与《9.风轮轮毂》 一体。
全文摘要
本发明提供一种高性能风能发电谐波传动变桨距调节机构，桨叶和轮毂通过谐波传动机构连接，接受风能发电机控制系统的指令，驱动桨叶以纵向轴为轴心旋转，调节桨叶的迎风角度，在低风速区，桨叶桨距调节到可获取最大功率位置，风轮可以在微风启动，随风速变化调节桨距，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，在高风速区段不超载，确保在各种工况都能够按照最佳参数运行，大大改善风轮桨叶、塔柱受力情况、降低制造成本，由于谐波传动调节机构精度极高、响应速度极快，可以确保发电机恒速运行，发出电流频率恒定不变，发出电流可以直接输入电网，省去了价格昂贵、结构复杂的“交——直——交”装置，由于上述原因，大大提高风能发电系统效率、降低系统成本。
文档编号F03D7/00GK101676554SQ20081020009
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者朱永达 申请人:王乐琳