专利名称：风力发电机的偏航机构及采用该偏航机构的偏航控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机的偏航机构及采用该偏航机构的偏航控制系统。
背景技术：
目前，风力发电机组中常用的偏航机构有电机驱动和液压驱动两种方式。对于电 机驱动的偏航机构，其结构简单、可靠，可充分利用有限空间，实现分散布置，常采用三个电 机分别驱动三个主动齿轮，把四点接触球轴承的内圆或外圆制成齿轮，通过主动齿轮和四 点接触球轴承上的齿轮啮合传动完成偏航动作。其缺点是由于四点接触球轴承外形尺寸较 大，其齿廓加工困难，同时齿轮啮合传动时冲击较大，若制造或安装不良，轮齿局部受载过 大时，轮齿会产生局部折断等现象。液压驱动方式变距力大，但存在液压传动系统复杂，非 线性、泄漏等现象。同时目前偏航系统的控制方式常采用PID控制，由于风力发电系统的复 杂性，系统模型的建立非常困难，不能准确的对偏航系统进行控制。
实用新型内容本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种运动时无 冲击、运动平稳，各元件加工方便的风力发电机的偏航机构。本实用新型所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能准确的 对上述偏机构进行控制的偏航控制系统。本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为该风力发电机的偏航 机构，其特征在于包括与发电机总成相连的底座，底座的外侧壁上具有三个向外凸起设置的侧板；每个 侧板下方固定有预紧压力调节装置；所述预紧压力调节装置包括一对相互配合的具有燕尾形状的凸凹块，其中燕尾凸 块和偏航电机一端连接固定，燕尾凹块与挡板连接固定，燕尾凸块与挡板之间具有间隔空 间；双头螺柱一头和燕尾凸块螺纹固定连接，另一头穿过所述挡板，并且穿出挡板外的双头 螺柱上设置有调节螺母；穿设在燕尾凸块和挡板间的所述双头螺柱外套设有一弹簧；所述偏航电机的另一端与减速器固定，减速器的输出轴与摩擦轮相连；四点接触球轴承，所述底座底部端面与该四点接触球轴承的内圈固定，该四点接 触球轴承的外圈与塔架顶部相连，并且所述摩擦轮与四点接触球轴承的外圈相接触。作为改进，所述底座为半球形，所述三个侧板按照120度间隔均勻分布在底座的 外侧壁上。 上述摩擦轮的基体采用钢材料，其外部覆盖一层MC尼龙材料。由于摩擦轮传动可以通过预紧压力调节装置进行调节，通过该装置施加一定的预 紧压力，并且在摩擦轮或轴承外圈产生磨损时，调节摩擦轮位置，改变预紧压力，从而保证 摩擦轮传动的正常工作。本实用新型解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为偏航控制系统，其特征在于包括一采用上述结构的偏航机构；一用于测量风向信号的检测元件；一用于计算风向与风力机的风轮轴线方向偏差值的计算元件，所述检测元件的信 号输出端与该计算元件的一信号输入端相连，所述风力机用于输出风轮轴线方向的信号输 出端与该计算元件的另一信号输入端相连；一 PLC控制器；所述计算元件的输出端与该PLC控制器的一输入端相连，该PLC控 制器输出端通过一软启动器与所述偏航机构的偏航电机相连；一偏航计数器，用于计算所述偏航机构的偏航次数，其信号输入端与所述偏航机 构相连；其信号输出端与所述PLC控制器的另一输入端相连。通过检测元件检测，当风向与风轮轴线偏离一个角度时，将偏差信号传给PLC，PLC 根据偏航计数器检测后反馈给控制器的数值，计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确 定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，PLC 输出指令驱动偏航电机(带失电制动)，将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角 度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。同时用于计算所述偏航机构的偏航次数，记录偏航 系统所运转的圈数，当偏航系统的偏航圈数达到计数器的设定条件时，则触发自动解缆动 作。与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、相对于偏航机构常用的齿轮传动形 式，由于采用摩擦轮传动形式，其结构形状简单，加工方便，同时具有工作过程平稳、冲击小 的特点；2、由于具有预紧压力调节装置，通过设定适当的预紧压力，保证了偏航动作的顺利 完成；3、由于摩擦轮采用MC尼龙材料，具有重量轻、强度高、抗冲击、抗振、耐磨、防腐和绝 缘多种独特性能，其耐磨性保证了摩擦轮磨损量小，无须经常调节预紧压力。
图1为本实用新型实施例中偏航机构的结构示意图；图2为本实用新型实施例中预紧压力调节装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例中偏航控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。本实用新型首先提供了一种风力发电机的偏航机构，请参见图1和图2所示，其包 括与发电机总成相连的半球形底座1，底座1通过左侧端面的螺纹孔7与发电机总成相连， 底座1的外侧壁上按照120度间隔均勻分布有三个向外凸起设置的侧板13 ；每个侧板13下 方通过螺栓6固定有预紧压力调节装置；所述预紧压力调节装置包括一对相互配合的具有 燕尾形状的凸凹块，其中燕尾凸块8和偏航电机5 —端连接固定，燕尾凹块14与挡板9连 接固定，燕尾凸块8与挡板9之间具有间隔空间；双头螺柱11 一头和燕尾凸块8螺纹固定 连接，另一头穿过所述挡板9，并且穿出挡板外的双头螺柱上设置有调节螺母12 ；穿设在燕 尾凸块8和挡板9间的所述双头螺柱外套设有一弹簧10 ；所述偏航电机5的另一端与减速 器4固定，减速器4的输出轴与摩擦轮3相连；所述底座1底部端面与四点接触球轴承2的内圈固定，该四点接触球轴2承的外圈与塔架顶部相连，并且所述摩擦轮3与四点接触球轴 承2的外圈相接触。在摩擦轮传动副产生微量磨损时，通过弹簧力自动调节预紧压力，保证摩擦轮3 和四点接触球轴承2的外圈相互压紧。当摩擦轮传动副磨损量较大时，旋动调节螺母12使 得燕尾凸块沿预紧压力方向移动，改变预紧压力，使得摩擦轮3能和四点接触球轴承2的外 圈相互压紧，保证偏航动作的顺利完成。本实用新型还提供了一种偏航控制系统，其包括上述结构的偏航机构，一用于测 量风向信号的检测元件；一用于计算风向与风力机的风轮轴线方向偏差值的计算元件，所 述检测元件的信号输出端与该计算元件的一信号输入端相连，所述风力机用于输出风轮轴 线方向的信号输出端与该计算元件的另一信号输入端相连；一 PLC控制器；所述计算元件 的输出端与该PLC控制器的一输入端相连，该PLC控制器输出端通过一软启动器与所述偏 航机构的偏航电机相连；一偏航计数器，用于计算所述偏航机构的偏航次数，其信号输入端 与所述偏航机构相连；其信号输出端与所述PLC控制器的另一输入端相连。计算元件将计算出的偏差信号传给PLC控制器，PLC控制器同时根据偏航计数器 的测量的数值，计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及 朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，PLC控制器输出指令驱动偏航电机， 将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。 软启动器可实现偏航电机的平滑启动，降低启动电流，软启动器同时还提供软停车功能，避 免自由停车引起的转矩冲击。
权利要求1.一种风力发电机的偏航机构，其特征在于包括与发电机总成相连的底座，底座的外侧壁上具有三个向外凸起设置的侧板；每个侧板 下方固定有预紧压力调节装置；所述预紧压力调节装置包括一对相互配合的具有燕尾形状的凸凹块，其中燕尾凸块和 偏航电机一端连接固定，燕尾凹块与挡板连接固定，燕尾凸块与挡板之间具有间隔空间；双 头螺柱一头和燕尾凸块螺纹固定连接，另一头穿过所述挡板，并且穿出挡板外的双头螺柱 上设置有调节螺母；穿设在燕尾凸块和挡板间的所述双头螺柱外套设有一弹簧； 所述偏航电机的另一端与减速器固定，减速器的输出轴与摩擦轮相连； 四点接触球轴承，所述底座底部端面与该四点接触球轴承的内圈固定，该四点接触球 轴承的外圈与塔架顶部相连，并且所述摩擦轮与四点接触球轴承的外圈相接触。
2.根据权利要求1所述的风力发电机的偏航机构，其特征在于所述底座为半球形，所 述三个侧板按照120度间隔均勻分布在底座的外侧壁上。
3.一种采用如权利要求1所述偏航机构的偏航控制系统，其特征在于包括 一采用如权利要求1所述偏航机构；一用于测量风向信号的检测元件；一用于计算风向与风力机的风轮轴线方向偏差值的计算元件，所述检测元件的信号输 出端与该计算元件的一信号输入端相连，所述风力机用于输出风轮轴线方向的信号输出端 与该计算元件的另一信号输入端相连；一 PLC控制器；所述计算元件的输出端与该PLC控制器的一输入端相连，该PLC控制器 输出端通过一软启动器与所述偏航机构的偏航电机相连；一偏航计数器，用于计算所述偏航机构的偏航次数，其信号输入端与所述偏航机构相 连；其信号输出端与所述PLC控制器的另一输入端相连。
专利摘要本实用新型涉及一种风力发电机的偏航机构及采用该偏航机构的偏航控制系统，其中偏航机构包括与发电机总成相连的底座，底座的外侧壁上具有三个向外凸起设置的侧板；每个侧板下方固定有预紧压力调节装置；所述偏航电机的另一端与减速器固定，减速器的输出轴与摩擦轮相连；四点接触球轴承，底座底部端面与该四点接触球轴承的内圈固定，该四点接触球轴承的外圈与塔架顶部相连，并且摩擦轮与四点接触球轴承的外圈相接触。与现有技术相比，本实用新型的优点在于相对于偏航机构常用的齿轮传动形式，由于采用摩擦轮传动形式，其结构形状简单，加工方便，同时具有工作过程平稳、冲击小的特点。
文档编号F03D7/00GK201786556SQ20102054735
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者孙涛, 张舜德, 高文元 申请人:张舜德