专利名称：风力发电装置的螺距驱动装置及风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电装置的螺距驱动装置及风力发电装置。
背景技术：
在使用于风力发电装置的风车中，已知有固定了风车叶片的螺距角的风车和螺距 角可变的风车。作为上述的变更风车叶片的螺距角的机构，例如，如专利文献1所示，已知有将液 压缸中的杆的直线移动变换成风车叶片的绕轴线的旋转的机构。而且，例如专利文献2所 示，提出有使用电动操作机使杆沿轴线方向直线移动并通过该移动使风车叶片绕轴线旋转 的方法。此外，如专利文献3所示，在叶片回旋轮的周围设置齿轮，通过电动机使与该齿轮 啮合的小齿轮旋转，从而使叶片回旋轮旋转并变换成风车叶片绕轴线的旋转的机构。这种 情况下，还提出有使用传送带代替使用齿轮的方法。专利文献1 日本特开2003-148321号公报专利文献2 日本特开昭63-124874号公报专利文献3 日本特开2003-56448号公报然而，如专利文献1所示，在使用液压缸的方法中，液压缸的控制油通常从配置在 发动机舱中的液压泵经由主轴或增速机内而向旋翼头侧供给。而且，在专利文献2所示的 方法中，对配置在发动机舱中的电动操作机的动作进行传递的杆设置成通过主轴或增速机 内。因此，需要在主轴或增速机内设置液压配管或杆，所述结构复杂。另外，在现场组装风力发电装置时，将另外组装的发动机舱和旋翼头合体。此时， 在液压配管的情况下，将发动机舱侧的液压配管和旋翼头侧的液压配管连接。在该连接作 业中，液压配管内混入异物时，例如，液压系统的密封性受损等可能会损害螺距驱动机构的 长期的可靠性。另外，在连接作业中，有油泄漏而影响周围环境的担心。因此，液压配管的连接作 业需要严格认真地加以注意。在专利文献3所示的齿轮式的螺距驱动机构中，设置在回旋轮上的齿轮与小齿轮 总是啮合。由于在结构上无法使润滑油循环，因此进行涂敷润滑脂的润滑。通常，旋翼头的旋转一圈的螺距角的调整量微小，例如，最大也就在士0.5度以内 (通常士0. 1 0. 2度以内)，因此齿轮与小齿轮的啮合局限于在一个齿轮彼此之间。如 此，由于伴随微小动作的接触集中于局部，因此有可能会产生齿面的油膜破裂引起的微振 损伤。绕回旋轮安装的齿轮损伤时，为了更换齿轮而需要取下风车叶片及旋翼头。因此， 尝试考虑了齿轮的强度比小齿轮高而使损伤产生在小齿轮侧的设计，但是微振损伤的发生 时期及部位等在设计时无法预测。因此，有可能会损伤螺距驱动机构的长期的可靠性。
另外，在传送带式的情况下，为了使张力起作用而将传送带配置在风车叶片的外 侧，因此系统成为大规模。并且，由于传送带的寿命短，因此需要频繁地进行更换。因此，不进行充分的维修作业时，有可能会损害螺距驱动机构的长期的可靠性。
发明内容
本发明鉴于上述课题，其目的在于，提供一种形成为不影响主轴或增速机的结构 且能够防止可靠性受损的风力发电装置的螺距驱动装置及风力发电装置。为了实现上述目的，本发明提供以下的方法。本发明的第一形态涉及风力发电装置的螺距驱动装置，具备风车叶片，其叶片根 部相对于旋翼头安装成能够绕叶片长度方向转动；电动驱动部件，其输出轴设置成沿所述 叶片长度方向延伸；杆，其固定安装于所述输出轴且沿与所述输出轴交叉的方向延伸；连 结棒，其配置成沿与所述输出轴交叉的方向延伸，为了将所述风车叶片的驱动位置及所述 杆连结而相对于它们分别安装成能够绕所述叶片长度方向旋转。根据本形态，电动驱动部件工作而输出轴旋转时，杆以安装于输出轴上的部分为 中心在与输出轴相交的面内旋转，换言之，在与叶片长度方向相交的面内旋转。即，杆以旋 转轴为中心以描绘圆的方式移动。杆移动时，由于安装于杆上的连结棒在与叶片长度方向相交的面内移动，因此伴 随于此，连结棒在与风车叶片的轴线相交的面内移动。连结棒移动时，安装有连结棒的风车叶片的驱动位置进行移动，因此风车叶片绕 叶片长度方向旋转。从而能够调整风车叶片的螺距角。在本形态中，由于电动驱动部件由电进行驱动，因此与液压配管相比，其电配线为 简单的结构，并且，没有异物混入及漏油等风险。而且，由于不存在伴随微小动作的接触部 分，因此可以不考虑微振损伤。此外，由于不存在传送带那样寿命短的部件，因此能够省去 频繁且烦杂的维修作业。由此，能够防止螺距驱动装置的长期可靠性受损的情况。在上述形态中，还可以具备安装于所述旋翼头并将所述输出轴的自由端支承为能 够旋转的支承部件。如此，由于具备安装于旋翼头并将输出轴的自由端支承为能够旋转的支承部件， 因此输出轴的一方由电动机支承，另一方由支承部件支承。即，输出轴为两端被支承的双臂 支承，因此能够进行稳定的旋转。本发明的第二形态涉及风力发电装置，具备多个风车叶片，它们接受风力；旋翼 头，其将所述风车叶片支承为能够绕所述风车叶片的轴线转动，并由所述风车叶片进行旋 转驱动；上述第一形态的螺距驱动装置；发电设备，其通过所述旋翼头的旋转进行发电。根据本形态，通过使用上述第一形态的螺距驱动装置，能防止螺距驱动装置的可 靠性受损，因此能够防止螺距驱动装置引起的作为风力发电装置的可靠性受损的情况。根据本发明，由于电动机由电进行驱动，因此与液压配管相比，其电配线为简单的 结构，并且，没有异物混入及漏油等风险。而且，由于不存在伴随微小动作的接触部分，因此 无需考虑微振损伤。此外，由于不存在传送带那样寿命短的部件，因此能够省去频繁且烦杂 的维修作业。
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由此，能够防止螺距驱动装置的长期可靠性受损的情况。
图1是示出本发明的第一实施方式的风力发电装置的整体简要结构的侧视图。图2是示出本发明的第一实施方式的螺距驱动装置的图1的X视图。图3是图2的Y-Y剖视图。图4是示出从风上侧观察本发明的第一实施方式的旋翼头4时的螺距驱动装置的 配置的示意图。符号说明1风力发电装置4旋翼头6风车叶片7发电设备11螺距驱动装置13电动机15 杆17连结杆19输出轴21 基部39 轴承L轴线中心P驱动位置
具体实施例方式基于图1 图4，说明本发明的一实施方式的风力发电装置。图1是示出本实施方式的风力发电装置1的整体简要结构的侧视图。风力发电装置1上设有竖立设置在底座B上的支柱2 ；设置在支柱2上端的发动 机舱3 ；能够绕大致水平的轴线旋转而设置于发动机舱3的旋翼头4 ；覆盖旋翼头4的头部 容器5 ；绕旋翼头4的旋转轴线安装成放射状的多个风车叶片6 ；通过旋翼头4的旋转进行 发电的发电设备7。如图1所示，支柱2形成为从底座B向上方(图1的上方)延伸的柱状的结构，例 如，形成为将多个单元沿上下方向连结的结构。支柱2的最上部设有发动机舱3。支柱2由多个单元构成时，在设置于最上部的单 元上设置发动机舱3。如图1所示，发动机舱3通过主轴8将旋翼头4支承为能够旋转，并且在内部收纳 有通过旋翼头4 (即，主轴8)的旋转进行发电的发电设备7。作为发电设备7，能够列举出设有如下部件的发电设备，这些部件为使主轴8的 转速增加的增速机；传递旋翼头4的旋转驱动力并进行发电的发电机；将通过发电机发电 的电压变换成规定的电压的变压器。
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在绕旋翼头4上，绕其旋转轴线呈放射状地安装有多个例如三个风车叶片6，其周 围由头部容器5覆盖。由此，风从旋翼头4的旋转轴线方向接触到风车叶片6时，风车叶片6产生使旋翼 头4绕旋转轴线旋转的力，从而驱动旋翼头4旋转。此外，在本实施方式中，适用设有三个风车叶片6的例子进行了说明，但是风车叶片 6的数目并不局限于三个，也可以适用于比三个少的情况或比三个多的情况，并未特别限定。图2是示出一个螺距驱动装置11的图1的X视图。图3是图2的Y-Y剖视图。图 4是示出从风上侧观察图1的旋翼头4时的螺距驱动装置11的配置的示意图。使风车叶片6绕风车叶片6的轴线中心(轴线)L旋转而变更风车叶片6的螺距 角的螺距驱动装置11对应于各风车叶片6以1比1的比例设置于旋翼头4。风车叶片6的叶片根侧具备通过回旋轮轴承23转动自如地支承在旋翼头4上的 基部(叶片根部)21。回旋轮轴承23由两列的滚动轴承构成。此外，回旋轮轴承23并不局限于滚动轴 承，也可以是滑动轴承。基部21通过一对驱动板29夹持回旋轮轴承23的内轮25的厚度方向两端部而形 成。驱动板29设置成环形状(圆环状)且比内轮25向内侧突出。即，驱动板29的内径构 成为在内轮25的内径以下。回旋轮轴承23的外轮27固定安装于旋翼头4。风车叶片6通过驱动板29固定在回旋轮轴承23的内轮25上，因此能够相对于旋 翼头4转动。旋翼头4的回旋轮轴承23的旋翼旋转中心侧设有大致半圆形状的支承板31。支 承板31的大致中央位置上设有贯通孔33。螺距驱动装置11具备减速机14、电动机13、杆15、连结杆(连结棒)17。在此，支 承板31可以通过与旋翼头4同一部件成型(形成)，也可以由另一部件形成并通过螺栓4 等固定于旋翼头4。电动机13和减速机14构成本发明的电动驱动部件。电动机13的输出由减速机 14减速，并向减速机14的输出轴19传递。电动机13及减速机14使输出轴19通过贯通孔33而位于风车叶片6侧并使其轴 线中心0在与风车叶片6的轴线中心L隔离的位置上大致平行配置，电动机13及减速机14 固定在支承板31的贯通孔33的内周侧。由于电动机13由电进行驱动，因此与液压配管相比，其电配线为简单的结构。而 且，由于没有液压配管的连接作业，因此没有异物混入及漏油等风险。而且，由于不存在伴 随微小动作的接触部分，因此无需考虑微振损伤。此外，由于不存在传送带那样寿命短的部 件，因此能够省去频繁且烦杂的维修作业。由此，能够防止螺距驱动装置11的长期可靠性受损的情况。杆15及连结杆17分别设置成沿与轴线中心0大致正交的方向，换言之，沿与输出 轴19交叉的方向延伸。即，杆15及连结杆17沿驱动板29的延伸面设置。杆15的一端固定安装于输出轴19。杆15的另一端(自由端)通过销35与连结 杆17的一端连结成能够相互旋转。杆15与在销35的中间部上突起设置的球面座卡合，容许折弯。一对驱动板29之间安装有联杆销37。联杆销37的中间部上设有突起设置的球面 座。连结杆17的另一端与联杆销37的球面座卡合并与联杆销37连结成能够旋转及倾斜。 该联杆销37形成本发明的驱动位置P。输出轴19的前端(自由端)由轴承(支承部件)39支承为能够旋转。轴承39安 装在支承板31上竖立设置的托架41上。输出轴19的一方由电动机13支承，另一方由轴承39支承。S卩，输出轴19是两端 被支承的双臂支承，因此能够进行稳定的旋转。如图4所示，与各风车叶片6对应设置的螺距驱动装置11能够绕旋翼头4的轴线 中心，即，绕主轴8配置。因此，能够设置在旋翼头4的轴线方向上的与其相交的面上。接下来，简要说明由上述结构形成的风力发电装置1中的发电方法。在风力发电装置1中，将从旋翼头4的旋转轴线方向与风车叶片6接触的风力变 换成使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。该旋翼头4的旋转经由主轴8向发电设备7传递，在发电设备7中，发出与电力的 供给对象相符合的电力，例如，发出频率为50Hz或60Hz的交流电力。在此，至少在进行发电期间，由于使风力有效地作用于风车叶片6，因此通过适当 使发动机舱3在水平面上旋转，而使旋翼头4朝向上风方向。接下来，说明螺距驱动装置11进行的风车叶片6的螺距角的控制。安装于旋翼头4的电动机13工作时，输出轴19进行旋转。输出轴19进行旋转时，杆15以输出轴19的轴线中心0为中心沿驱动板29的延 伸面旋转。此时，如图2所示，将杆15及连结杆17连结的销的轴线中心Pl以轴线中心0 为中心在轨迹Kl上移动。S卩，轴线中心Pl以描绘圆的方式移动。杆15及连结杆17的连结部即轴线中心Pl进行移动时，连结杆17的一端在与风 车叶片的轴线相交的面内移动，伴随于此，与联杆销37卡合的连结杆17的另一端沿驱动板 29的延伸面移动。连结杆17的另一端进行移动时，其通过联杆销37按压或拉伸驱动板29，因此驱动 板29进行移动。此时，驱动位置P沿轨迹K2进行移动。驱动板29的驱动位置P进行移动时，与驱动板29 —体的风车叶片6绕轴线中心 0旋转。因此，能够调整风车叶片的螺距角。在本实施方式中，例如，驱动位置P位于图2所示的点C时，风车叶片6优良，位于 点A时，风车叶片6成为顺桨。驱动位置P位于点A时，轴线中心Pl位于点B，另一方面，位于点C时，轴线中心 Pl位于点D。此时，风车叶片6的螺距角的调整范围，S卩，驱动板29旋转的角度ALC成为大致95 度。杆15旋转的角度BOD为大致180度。以能够将角度AOC确保为大致95度的方式选定轴线中心0的位置、杆15的长度 及连结杆17的长度。此外，本发明并不局限于上述实施方式，而在不脱离本发明的主要内容的范围内 能够适当变更。
权利要求
一种风力发电装置的螺距驱动装置，使叶片根部相对于旋翼头安装成能够绕叶片长度方向转动的风车叶片可动，其中，具备电动驱动部件，其输出轴设置成沿所述叶片长度方向延伸；杆，其固定安装于所述输出轴且沿与所述输出轴交叉的方向延伸；连结棒，其配置成沿与所述输出轴交叉的方向延伸，为了将所述风车叶片的驱动位置及所述杆连结而相对于它们分别安装成能够绕所述叶片长度方向旋转。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置的螺距驱动装置，其中，具备安装于所述旋翼头并将所述输出轴的自由端支承为能够旋转的支承部件。
3.一种风力发电装置，其特征在于，设有 多个风车叶片，它们接受风力；旋翼头，其将所述风车叶片支承为能够绕所述风车叶片的轴线转动，并由所述风车叶 片进行旋转驱动；权利要求1或2所述的螺距驱动装置； 发电设备，其通过所述旋翼头的旋转进行发电。
全文摘要
本发明提供一种形成为不影响主轴或增速机的结构且能够防止可靠性受损的风力发电装置的螺距驱动装置及风力发电装置。具备风车叶片(6)，其基部(21)相对于旋翼头(4)安装成能够绕轴线中心(L)转动；电动驱动部件，其输出轴(19)以沿轴线中心(L)方向延伸的方式安装于旋翼头(4)；杆(15)，其一端固定安装于输出轴(19)且沿与输出轴(19)交叉的方向延伸；连结杆(17)，其配置成沿与输出轴(19)交叉的方向延伸，其一端能够旋转地安装在杆(15)的自由端，另一端能够旋转地安装在风车叶片(6)的驱动位置(P)。
文档编号F03D11/02GK101981315SQ200980110549
公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者沼尻智裕 申请人:三菱重工业株式会社