专利名称：一种风力发电机组风轮桨叶差动变距装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变距装置，特别涉及一种风力发电机组风轮桨叶差动变距装置。
(二)
背景技术：
桨叶的变距是使桨叶绕自身的安装轴转过一定角度，从而改变风力机的气动特 性，变桨距的风力机与定桨距的风力机相比，其起动性能和失速性能都好得多，风能利用系 数也高得多，在额定功率以上输出功率平稳，所以大型和特大型机组多采用变距形式，目前 现有技术的变距装置，有液压变距和电机变距两种
1、液压变距 由液压油缸的活塞移动，通过推杆连杆驱动装在桨叶的曲柄，使桨叶转动。这类变 距存在两个问题一是油缸活塞的移动量与桨叶的转角量是非线性函数，不能直接控制需 要非线性软件来实现。二是系统复杂，需要依靠检测定量，存在失效的可能性。
2、电动变距 采用各桨叶上由单独电机驱劝，电动机轴上的小齿轮、驱动装在桨叶柄部的大齿 轮使桨叶产生转动产生转角，这类变距机械结构很简单，但控制复杂，同样必须有闭控制， 必须依靠检测系统来保证，同样存在失效可能。
(三)
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了 一种控制简单工作可靠
的风力发电机组风轮桨叶差动变距装置。
本发明是通过如下技术方案实现的 —种风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，由差动齿轮系组成，其特征是将差动 齿轮系的运动端内齿轮连接信号输入，差动轮系的运动端中心齿轮连接信号输出，差动轮 系的运动端系杆齿轮连接风轮轴。 该风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，差动齿轮系的运动端内齿轮设计为变距 信号输入端，内齿轮的变距信号通过蜗杆和蜗轮输入，差动齿轮系的运动端中心齿轮设计 为变距信号输出端，中心齿轮安装在长轴上，变距信号通过长轴、锥齿轮、小齿轮和内齿轮 传给桨叶，差动轮系的运动端系杆齿轮设计为风轮轴连接，当风轮轴运动输入后，内齿轮转 速为零。 齿轮传动中差动轮系是个机械运动合成机构，可由两个运动合成一个运动，根据 差动轮系的特性，由三个互相制约的运动端构件组成，只有其中两个运动端已定，其余一运 动端方能确定。这相当于二元一次方程式
x+y+H = 0 方程有三个量，设x和y是独立的变量，则H是待定量，本发明利用这特性，将x为
桨叶变距输入端，y为变距输出端，H为风轮驱动的配零端组成一个差动变距系统。 当没有变距信号转角输入时，齿轮x的运动为零，而齿轮y在和风轮转速相同的转速同速运动。H端也在运动，既然H是待定量，当y等于风轮转速，x等于零的情况下获得H 的转速，此时H的转速nH是为配得x = 0，有了配零运动就能使得变距控制输入端x在无信 号输入时处于静止状态，当有变距信号输时，H已是常数，x变而y也随之而变，而且是线性 关系，这就实现变距控制。 本发明的有益效果是该风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，简单地用了几个 齿轮实现了桨叶变距，使风电机组成本降低；由于是机械传动，不存在失效的可能性；结构 紧凑，不仅是适用于大型特大型机组，也适于中小型机组，因而推广面大，受益面宽。
(四)
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明风力发电机组风轮桨叶差动变距装置的原理示意图。
附图2为本发明风力发电机组风轮桨叶差动变距装置设在增速齿轮箱后的传动
系统示意图。 附图3为本发明风力发电机组风轮桨叶差动变距装置设在三轴分流增速齿轮箱 内的传动系统示意图。 附图4为本发明风力发电机组风轮桨叶差动变距装置的结构示意图。
附图5为本发明风力发电机组风轮桨叶差动变距装置的A-A剖视示意图。
图中，x内齿轮，y中心齿轮，a行星齿轮，H系杆齿轮，k、 b、 c齿轮，1桨叶，2内齿 轮，6小齿轮，7、8锥齿轮，9长轴，10增速齿轮箱同心轴后端，11风轮轴，14蜗杆，15蜗轮，16
增速齿轮箱。
(五)
具体实施例方式
附图为本发明的一种具体实施例。该风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，由差 动齿轮系组成，其特征是将差动齿轮系的运动端内齿轮X连接信号输入，差动轮系的运动 端中心齿轮y连接信号输出，差动轮系的运动端系杆齿轮H连接风轮轴11 ，差动齿轮系的运 动端内齿轮x设计为变距信号输入端，内齿轮x的变距信号通过蜗杆14和蜗轮15输入，差 动齿轮系的运动端中心齿轮y设计为变距信号输出端，中心齿轮y安装在长轴9上，变距信 号通过长轴9、锥齿轮7、8、小齿轮6和内齿轮2传给桨叶1，差动轮系的运动端系杆齿轮H 设计为风轮轴11连接，当风轮轴11运动输入后，内齿轮x转速为零。
附图中各个齿轮的齿数如下表
图中编号2678kHXyabc1415
齿轮齿数1001032322080120404050501108 以下结合附图详细说明
图1中 差动轮系由a、 x、 y和H四个构件组成，其中a为行星轮，x和y是中心轮，而H是 系杆，三个运动端之x、 y和H组成的机械传动的合成机构，其表达方程如下
4
x+y+H = 0 方程有三个变量，设x和y是独立变量，则H是待定量，设x为桨叶变距信号的输 入端，y为桨叶变距信号的输出端，H运动的作用是在没有变信号输入时，即x = 0时使得整 系统运动平衡，由H的特定运动使得x = 0。 当没有变距信号转角输入，x = O，差动轮系成为行星轮系，将按照行星轮系规律 运动，则有
<formula>formula see original document page 5</formula>公式中ny是齿轮y的转速，nx是齿轮x的转速，nH是齿轮H的转速，x = 0，即nx 式中ny/nH是从y端到H端的速比，当x = 0时，y和风轮转速相同，为了配得x = O，将H端与风轮轴11通过齿轮c、b、k和H特定速比，保证x = 0。 公式中，Za、 Zb、 Zc、 Zx和Zy，是相应齿轮a、 b、 c、 x和y的齿数。
若设定Zx/Zy = 3，则有从齿轮c到齿轮H的速比i。H = 4，若设Zb/Zc = 1，则有 ZH/Zk = 4，按以上速比设计，风轮以任何转速在转动，保证变距信号输入端在没有信号输入 时其转速为零。当有信号输入时，行星轮系变成差动轮系，因为H已是定值，输入的信号就
必然从输出端y传给桨叶。
图2中 本方案是将差动装置按现有技术增速齿箱的布置习惯设在增速齿轮箱同心轴后 端10。这样使于本发明用于现有齿轮箱，具体是将齿轮c与风轮轴11相连接，齿轮y将设 在长轴9上，通过锥齿轮7、8和小齿轮6传到内齿轮2、传到桨叶1。变距信号将从蜗杆14 输入。正常工作时，当没有信号输入，蜗杆14转角为零，齿轮x转速为零，齿轮x成为行星 轮系的支持轮，齿轮y和齿轮c与风轮轴11相同转速在运动，锥齿轮7、8和小齿轮6和内 齿轮2相对静止。当蜗杆有信号输入，变距装置变成差动轮系，齿轮H转速已定，则蜗杆14 通过蜗轮15、齿轮x、a、锥齿轮8、7、小齿轮6、内齿轮2以降速比360传给桨叶1 ，即蜗杆14
转l转时桨叶l转l度。
图3中 本方案的增速齿轮箱要自行设计，成为带变距的增速齿轮箱。变距装置装在齿轮
rn y
It
i
3
一l
<-
H
n
z 一 t>
z
7
5箱主轴端面和三轴分流的三个从动轮留下的空间之内，使得传动链短，结构紧凑，而且增速 齿轮箱后面已无变距装置，给齿轮箱的动力输出轴创造回归中心的条件，使得发电机布置 归中，机舱面积布局合理。 本方案的齿轮c直接装在齿轮箱主轴上，齿轮y直接装在长轴9上，而蜗杆14的 轴是通到齿轮箱之外便于安装伺服电机的部位，当没有变距信号输入时，内齿轮x固定，齿 轮c和齿轮y与风轮同速转动，当有变距信号输入时蜗杆14的轴转动，通过蜗轮15、齿轮 a、齿轮y、锥齿轮8、7、小齿轮6、内齿轮2以降速比360传给桨叶1。
图4中 整个变距装置设在三轴分流的内齿轮与三个分流小齿轮之间的空间里，齿轮c直 接装在齿轮箱的主轴上，齿轮y则直接装在变距装置的长轴9之上，而蜗杆14的轴则穿出 齿轮箱体外，在适合伺服机它装的位置上。 当没有变距信号输入时，齿轮x固定，变距装置是行星轮系，齿轮y和齿轮c与风 轮同速转动，当有变距信号输入时，变距装置变成差动轮系，信号通过蜗杆14，蜗轮15、齿 轮x、a、y、长轴9，锥齿轮8、7、小齿轮6、内齿轮2以降速比360传给桨叶1，实现变距，其传 动为线性函数，便于控制。
权利要求
一种风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，由差动齿轮系组成，其特征是将差动齿轮系的运动端内齿轮(x)连接信号输入，差动轮系的运动端中心齿轮(y)连接信号输出，差动轮系的运动端系杆齿轮(H)连接风轮轴(11)。
2. 根据权利要求1所述的风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，其特征是差动齿轮系的运动端内齿轮(x)设计为变距信号输入端，内齿轮(x)的变距信号通过蜗杆(14)和蜗 轮(15)输入。
3. 根据权利要求1所述的风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，其特征是差动齿轮系的运动端中心齿轮(y)设计为变距信号输出端，中心齿轮(y)安装在长轴(9)上，变距信 号通过长轴(9)、锥齿轮(7、8)、小齿轮(6)和内齿轮(2)传给桨叶(1)。
4. 根据权利要求1所述的风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，其特征是差动轮系 的运动端系杆齿轮(H)设计为风轮轴(11)连接，当风轮轴(11)运动输入后，内齿轮(x)转 速为零。
全文摘要
本发明公开了一种变距装置，特别公开了一种风力发电机组风轮桨叶差动变距装置。该风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，由差动齿轮系组成，其特征是将差动齿轮系的运动端内齿轮连接信号输入，差动轮系的运动端中心齿轮连接信号输出，差动轮系的运动端系杆齿轮连接风轮轴。该风力发电机组风轮桨叶差动变距装置，简单地用了几个齿轮实现了桨叶变距，使风电机组成本降低；由于是机械传动，不存在失效的可能性；结构紧凑，不仅是适用于大型特大型机组，也适于中小型机组，因而推广面大，受益面宽。
文档编号F03D11/00GK101793238SQ201010124360
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者岑益南 申请人:岑益南