专利名称：风力发电机柔性变桨机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机的调节机构，尤其是风力发电机 柔性变桨机构。
技术背景风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为 2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大IO倍。中国风 能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。随着 全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。风力发电机是利用风能 驱动桨叶带动主轴，在定子与转子发生相对位移的时候切割磁力线， 在线圈中产生电流。风力发电机面临的一个严峻考验就是要面对不稳 定的风速，自然界的风瞬息万变，风速跨度非常大，对风力发电机的 要求也是在尽可能大的风速范围内仍然能够正常发电。为了应对大风的影响，现有风力发电机通常采用如下三种方法1、制动；在风速超高的时候采用制动电机主轴的方式降低转速。这种方式虽然简单可 行，但对风机的损害较大，风机要承受很大的风压，容易折断桨叶，严重的还会将风机吹倒。2、侧偏；在风速超高的时候使风机的迎风面偏向一侧，降低正面承受的风压。这种方式通常用于小型风力发电 机，大型风力发电机由于体积庞大，惯性大，无法适应频繁的风向变化。3、变桨；在风速超高的时候通过变桨机构使桨叶的迎风角发生变化，从而改变每只桨叶承受的风压。这种方式最适合用于大型风力 发电机。现有的风力发电机变桨机构普遍存在结构复杂、故障率高、 调整维修困难的缺陷。 发明内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、故障率低、调整维修方 便的风力发电机柔性变桨机构。为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案 本实用新型所述的风力发电机柔性变桨机构，包括安装在主轴前 端的风轮、安装在风轮上的桨叶，其特征在于固定连接在桨叶下端 的叶轴通过轴承插装在风轮上，叶轴上套装有巻簧；风轮的中心固定 安装有同步器，该同步器包括外壳以及通过轴承安装在外壳中的同步 轴，同步轴与主轴的轴线重合，同步轴上带有同步伞齿轮，叶轴的末 端穿过同步器的外壳并固定安装有叶轴伞齿轮，同步伞齿轮与叶轴伞 齿轮啮合。叶轴上还通过轴承安装有蜗轮，与蜗轮传动配合的蜗杆通过轴承 安装在风轮上；巻簧安装在与蜗轮固定连接的弹簧座中，巻簧的内端连接在叶轴上，外端连接在弹簧座上。 同步轴上固定安装有步进器。所述的步进器包括安装在同步轴上的步进轮以及于步进轮配合 的定位球，步进轮上带有容纳定位球的凹部，定位球通过弹簧安装在 同步器的外壳上。在叶轴上还安装有液压减振器，液压减振器的一端连接在固定于 叶轴的拐臂上，另 一端连接到风轮的壳体上。采用上述技术方案以后， 本实用新型具有如下优点-1、 运行时无需额外能源和人力控制，结构简单可靠；2、 多个桨叶同步调整， 一致性好；3、 蜗轮蜗杆的设置使功率输出特性曲线的调整更加方便；4、 步进器的设置可以排除紊风造成的短暂影响。5、 桨叶通过巻簧的柔性紧固力保持一定的迎风角，实现柔性变 桨变换角度更顺畅、柔和，并保持最佳功率输出。风机效率高。
图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图； 图2是同步器部分的局部放大结构示意图； 图3是风机输出功率与风速变化曲线图。
具体实施方式
如图l、图2是本实用新型的一个实施例的结构剖视图，为了表 达清楚，省略了其中的剖面线。本实用新型所述的风力发电机柔性变桨机构，包括安装在风力发电机的主轴1前端的风轮2、安装在风轮 2上的桨叶3。桨叶3的下端带有圆柱状的叶轴4。固定连接在桨叶3 下端的叶轴4通过轴承插装在风轮2上。叶轴4上套装有巻簧5，巻 簧5的内端固定连接在叶轴4上，外端安装上巻簧5的弹簧座9A上。 叶轴4上还通过轴承安装有蜗轮9，与蜗轮9传动配合的蜗杆10通 过轴承安装在风轮2上，蜗轮9与弹簧座上9A固定连接，这样可以 通过调整蜗杆IO，使蜗轮9带动弹簧座9A旋转，调整巻簧5的予张 紧力。当然，风机的桨叶3应当限制在一定角度内旋转，为了限制桨 叶的旋转角度，可以在叶轴4上安装凸出的定位块，也可以在风轮2 上安装叶轴4的轴孔中设置限位卡槽，将叶轴4旋转的角度限制在一 定范围内，具体实现手段可以有多种，这是本技术领域的公知技术， 再此不再详述。在叶轴4上还通过拐臂连接有液压减振器19，该液压减振器19 的结构与汽车减振器相同。其一端连接拐臂，另一端连接到风轮2的 壳体上。这样可以减缓叶轴4的旋转速度，避免快速的来回振动，延 长使用寿命，特别是有效避免共振发生。在风轮2的中心部位固定安装有同步器51，该同步器51包括外 壳以及通过轴承安装在外壳中的同步轴6，同步轴6与主轴1的轴线 重合，同步轴6上带有同步伞齿轮7，叶轴4的末端穿过同步器51 的外壳并固定安装有叶轴伞齿轮8，同步伞齿轮7与叶轴伞齿轮8啮 合。在同步轴6上固定安装有步进器。所述的步进器包括安装在同步 轴6上的步进轮11以及于步进轮11配合的定位球12，步进轮11上 带有容纳定位球12的凹部，该凹部可以是如图2所示位于步进轮U 的边缘，也可以设置在步进轮11的盘面上。定位球12通过弹簧安装 在同步器51的外壳上，定位球12的前端受弹簧的压力插在步进轮 11的凹部，当步进轮11旋转的时候必须克服弹簧的压力将定位球12 顶起才可转动，这样即可以起到定位的作用，使叶轴4受力达到一定 级差后才可以转动，防止同步轴6频繁转动。当然，步进器的形式可以有多种，其作用是使同步轴6的旋转限 定在若干档位。避免很小的风速变化引起同步轴6频繁的动作。使用时，通过蜗杆10调整好巻簧5的予张紧力，也就是调整好 了变桨动作的初始风速。当风吹到桨叶3上的时候，侧面迎风的桨叶 3将风力分成两个方向的分力，其中一个分力推动风轮2转动，另一 个分力的作用是推动桨叶3绕叶轴4的轴线旋转。当风力小于设定值 的时候，分力的作用不足以克服巻簧5的予张紧，桨叶3的迎风角是 固定不变的。当风力大于设定值的时候，风力吹动桨叶3克服巻簧5 的予张紧力发生偏转，风力越大偏转角度越大，桨叶3的迎风面越小。 可以很好地起到减小风压，控制输出功率的作用。图3是风机输出功 率与风速变化曲线图，该曲线图的纵轴P代表风机的输出功率，横轴 S代表风速度。在风速为Sl的时候风机开始有输出功率，风速为S2 的时候风机的输出功率达到额定功率Pl, Tl代表无变桨机构风机的 运行功率输出曲线，在风速超过额定功率输出需要的时候，风机的输 出功率继续增大，超过额定功率，如不加以控制会造成设备损坏和事 故。P2、 P3、 P4、 P5分别代表本实用新型的实施例在设定巻簧5的 不同予张紧度情况下的变桨开始时的功率值，T2、 T3、 T4、 T5分别 代表相应情况下的输出功率曲线。在达到设定的变桨风速的时候，桨 叶3的迎风角发生变化，风机的输出功率曲线变平缓，在较大的风速 变化范围内，将风机的输出功率控制在额定功率P1附近。在不同的 工况要求下，可以通过设定巻簧5的不同予张紧度设定风机不同的最 大输出功率，满足多种要求。
权利要求1、风力发电机柔性变桨机构，包括安装在主轴(1)前端的风轮(2)、安装在风轮(2)上的桨叶(3)，其特征在于固定连接在桨叶(3)下端的叶轴(4)通过轴承插装在风轮(2)上，叶轴(4)上套装有卷簧(5)；风轮(2)的中心固定安装有同步器(51)，该同步器(51)包括外壳以及通过轴承安装在外壳中的同步轴(6)，同步轴(6)与主轴(1)的轴线重合，同步轴(6)上带有同步伞齿轮(7)，叶轴(4)的末端穿过同步器(51)的外壳并固定安装有叶轴伞齿轮(8)，同步伞齿轮(7)与叶轴伞齿轮(8)啮合。
2、 根据权利要求1所述的风力发电机柔性变桨机构，其特征在 于.-叶轴(4)上还通过轴承安装有蜗轮(9)，与蜗轮(9)传动配合 的蜗杆(10)通过轴承安装在风轮(2)上；巻簧(5)安装在与蜗轮(9) 固定连接的弹簧座(9A)中，巻簧(5)的内端连接在叶轴(4) 上，外端连接在弹簧座(9A)上。
3、 根据权利要求1或2所述的风力发电机柔性变桨机构，其特 征在于同步轴(6)上固定安装有步进器。
4、 根据权利要求3所述的风力发电机柔性变桨机构，其特征在 于所述的步进器包括安装在同步轴(6)上的步进轮(11)以及于 步进轮(11)配合的定位球(12)，步进轮(11)上带有容纳定位球(12)的凹部，定位球(12)通过弹簧安装在同步器(5)的外壳上。
5、 根据权利要求1或2所述的风力发电机柔性变桨机构，其特 征在于在叶轴(4)上还安装有液压减振器(19)，液压减振器(19) 的一端连接在固定于叶轴(4)的拐臂上，另一端连接到风轮(2)的 壳体上。
专利摘要本实用新型涉及一种风力发电机的调节机构，尤其是风力发电机柔性变桨机构。包括安装在主轴前端的风轮、安装在风轮上的桨叶。固定连接在桨叶下端的叶轴通过轴承插装在风轮上，叶轴上套装有卷簧；风轮的中心固定安装有同步器，该同步器包括外壳以及通过轴承安装在外壳中的同步轴，同步轴与主轴同轴，同步轴上带有同步伞齿轮，叶轴的末端穿过同步器的外壳并固定安装有叶轴伞齿轮，同步伞齿轮与叶轴伞齿轮啮合。本实用新型无需额外能源和人力控制，结构简单可靠；多个桨叶同步调整，一致性好；蜗轮蜗杆的设置使调整维护更加方便；步进器的设置可以排除瞬时大风造成的误动作影响。
文档编号F03D7/04GK201100215SQ20072003008
公开日2008年8月13日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者王光顺, 王雪霖 申请人:王光顺