双开关检测装置及变桨系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种双开关检测装置及变桨系统。

背景技术：

在风力发电机组中，变桨系统起着实现最大功率跟踪和气动刹车的重要功能，其可靠性直接关系到风力发电机组的安全。变桨系统可以通过判断叶片的实际位置是否达到预期位置进而来判断风力发电机组是否存在故障，以保证叶片的安全使用及机组的稳定运行。

目前风力发电机组的变桨系统常用的判断叶片位置的方法是在变桨系统内设置一个限位挡块及两个接近开关，一个接近开关位于顺桨停机角度位置，另一个接近开关位于发电角度位置。以其中发电角度位置的接近开关为例，当变桨系统的编码器所测的角度值在发电角度位置附近时，位于发电角度位置的接近开关被触发，说明没有故障，风力发电机组正常运行。而当变桨系统的编码器所测的角度值在发电角度位置附近时，而位于发电角度位置的接近开关没有被触发，则认为有故障，风力发电机顺桨停机。采用上述方式在一定程度上能够判断叶片的实际位置是否达到预期位置，同时能够判断变桨系统是否发生故障，保证叶片的安全使用，但是也存在一定的不足，主要为：

1、接近开关的检测距离一般较短，当由于限位挡块松动、接近开关松动等原因导致限位挡块不在接近开关的检测范围内时，接近开关无法触发；

2、接近开关本身故障或接近开关线路故障导致接近开关无法触发。

在上述情况下，编码器所测角度对应位置的接近开关无法被触发，风力发电机便会触发故障并顺桨停机，而此并非是变桨系统真实存在故障，而是由于接近开关出现上述原因无法触发导致的风力发电机组顺桨停机，不仅增加了工人的检修工作量，同时，由于顺桨停机期间，风力发电机组不能发电，造成了发电量的损失。

因此，亟需一种新的双开关检测装置及变桨系统。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种双开关检测装置及变桨系统，能够用于判断风力发电机组的叶片的实际位置是否达到预期的位置，以判断变桨系统是否真实存在故障，同时，能够避免风力发电机组因非变桨系统故障而顺桨停机状况的发生，降低风力发电机组的发电量损失。

一方面，根据本实用新型实施例提出了一种双开关检测装置，用于风力发电机组的变桨系统，变桨系统包括变桨轴承，变桨轴承包括固定圈及能够相对固定圈转动的转动圈，双开关检测装置包括一个或两个以上开关组件，开关组件包括开关支座、接近开关及限位开关，接近开关与限位开关固定连接于开关支座的同一个表面，并在开关支座上间隔分布，接近开关与限位开关的延长线呈预定角度设置，开关支座能够设置于变桨轴承的固定圈；限位挡块，能够设置于变桨轴承的转动圈并随同转动圈转动，用于触发开关组件；驱动部件，与开关支座配合使用，用于驱动开关支座旋转，以使限位开关能够被限位挡块触发。

根据本实用新型实施例的一个方面，预定角度为45度～180度。

根据本实用新型实施例的一个方面，开关支座具有齿状突起，驱动部件为设置于限位挡块上且能够与齿状突起啮合传动的齿形件。

根据本实用新型实施例的一个方面，开关支座为齿轮，驱动部件为齿条。

根据本实用新型实施例的一个方面，齿条的齿数不少于N，N满足式(1)

其中，a为接近开关与限位开关延长线之间的预定角度，n为齿轮的齿数。

根据本实用新型实施例的一个方面，限位挡块为具有预定长度、宽度及厚度的块状结构，驱动部件沿限位挡块的长度方向设置，驱动部件的长度小于限位挡块的长度，驱动部件位于限位挡块长度方向的中部或者靠近中部的位置。

根据本实用新型实施例的一个方面，限位挡块在其宽度方向具有两个相对的端部，驱动部件位于限位挡块宽度方向的其中一个端部或靠近端部的位置，开关支座与驱动部件对应设置，接近开关及限位开关位于开关支座面向限位挡块宽度方向的另一个端部的表面且不超出限位挡块宽度方向的覆盖范围。

根据本实用新型实施例的一个方面，开关支座为盘状结构，驱动部件为电机，电机的输出轴与开关支座连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，限位开关为摆杆型限位开关，限位开关的摆杆向远离开关支座的一侧延伸，摆杆的长度要大于接近开关的长度，在摆杆远离开关支座的一端设置有与摆杆铰接的滚轮。

根据本实用新型实施例提供的双开关检测装置，用于风力发电机组的变桨系统，能够设置在变桨系统的变桨轴承上，其包括能够设置于变桨轴承固定圈上的一个或两个以上开关组件、能够设置于变桨轴承转动圈上的限位挡块及驱动部件，开关组件包括开关支座、位于开关支座上的接近开关及限位开关，接近开关及限位开关的延长线呈预定角度设置，限位挡块能够随着转动圈转动，驱动部件与开关支座配合使用，用于驱动开关支座旋转。开关检测装置在使用时，接近开关在未被触发的情况下，可以通过驱动部件驱动开关支座转动，以使得限位开关能够被限位挡块触发，进而用于判断风力发电机组的叶片的实际位置是否达到预期的位置，以判断变桨系统是否真实存在故障，同时，有效的避免风力发电机组因非变桨系统故障而顺桨停机状况的发生，降低风力发电机组的发电量损失。

另一个方面，根据本实用新型实施例提供一种变桨系统，用于风力发电机组，包括：变桨电机；变桨轴承，包括转动圈及固定圈，固定圈能够连接于风力发电机组的轮毂，转动圈能够用于连接风力发电机组的叶片；传动机构，输入端与变桨电机的输出轴连接，输出端与转动圈连接，以驱动转动圈转动；编码器，能够用于检测叶片的角度；如上述的双开关检测装置，双开关检测装置的开关组件设置于固定圈上，双开关检测装置的限位挡块设置于转动圈上且能够随同转动圈转动，用于触发开关组件，以反馈叶片的角度；变桨控制器，与变桨电机、编码器及开关组件电气连接，用于接收编码器及开关组件的电信号并控制变桨电机的启停。

根据本实用新型实施例的另一个方面，开关组件的数量为两个，两个开关组件分别设置于固定圈上能够检测叶片是否处于发电角度的位置及是否处于顺桨停机角度的位置。

根据本实用新型实施例的另一个方面，顺桨停机角度的范围为85度～90度，发电角度的范围为0度～5度。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型一个实施例的双开关检测装置的主视结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的双开关检测装置在一种状态下的工作原理图；

图3是本实用新型一个实施例的双开关检测装置在另一种状态下的工作原理图；

图4是本实用新型一个实施例的双开关检测装置的侧视结构示意图；

图5是本实用新型另一个实施例的双开关检测装置的主视结构示意图；

图6是本实用新型一个实施例的变桨系统的结构示意图。

其中：

10-双开关检测装置；

11-开关组件；111-开关支座；112-接近开关；113-限位开关；113a-摆杆；113b-滚轮；12-限位挡块；13-驱动部件；

20-减速机；

30-变桨轴承；31-转动圈；32-固定圈；

41-传动轮；42-张紧轮；43-齿形带；44-张紧轮固定装置；45-齿形带固定块；

50-轮毂。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的双开关检测装置的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图5对本实用新型实施例的双开关检测装置10进行详细描述。

请参阅图1，图1示出了本实用新型一个实施例的双开关检测装置10的主视结构示意图。本实用新型实施例提出了一种双开关检测装置10，能够用于风力发电机组的变桨系统，双开关检测装置10包括一个或两个以上开关组件11、限位挡块12及驱动部件13，开关组件11包括开关支座111、接近开关112及限位开关113，接近开关112与限位开关113固定连接于开关支座111的同一个表面，并在开关支座111上间隔分布，接近开关112与限位开关113的延长线呈预定角度设置，限位挡块12用于触发开关组件11，驱动部件13与开关支座111配合使用，用于驱动开关支座111旋转，以使得限位开关113能够被限位挡块12触发。

本实用新型实施例提供的双开关检测装置10能够用于判断风力发电机组的叶片的实际位置是否达到预期的位置，以判断变桨系统是否真实存在故障，同时，可以有效的避免风力发电机组因非变桨系统故障而顺桨停机状况的发生，降低风力发电机组的发电量损失。

具体的，开关支座111为齿轮，驱动部件13为齿条，驱动部件13能够与开关支座111啮合传动，驱动部件13固定连接于限位挡块12。接近开关112及限位开关113可以采用现有技术中已有的接近开关112及限位开关113即可，限位开关113优选采用摆杆型限位开关。接近开关112及限位开关113固定连接于开关支座111的同一侧表面，且延长线重合，使得接近开关112与限位开关113的延长线呈180度设置，即接近开关112与限位开关113在开关支座111上互呈180度设置。接近开关112的触发端位于远离开关支座111的一侧，限位开关113的摆杆113a向远离开关支座111的一侧延伸，摆杆113a的长度要大于接近开关112的长度，在摆杆113a远离开关支座111的一端设置有与摆杆113a铰接的滚轮113b。

请一并参阅图2、图3，图2、图3示出了本实用新型一个实施例的双开关检测装置10在不同状态下的工作原理图。由于驱动部件13及开关支座111能够啮合传动，且限位挡块12用于触发开关组件11，即能够用于触发接近开关112及限位开关113。当限位挡块12按照预定的轨迹围绕开关组件11运动时，预先进入接近开关112的感应区域，若接近开关112被触发，则限位挡块12可以根据使用要求停止运动。而当限位挡块12按照预定轨迹围绕开关组件11运动至接近开关112的感应区域而接近开关112未被触发时，则限位挡块12可以根据使用要求按照预定的轨迹继续运行，此时，如图2所示，位于限位挡块12上的驱动部件13将逐步与开关支座111接触并啮合传动，在驱动部件13的带动下，开关支座111能够定心转动，以使得位于开关支座111上的限位开关113随着开关支座111转动至如图3所示的位置，以与限位挡块12接触并被触发。

由此，本实用新型实施例提供的双开关检测装置10，能够使得在接近开关112不被触发的情况下，由驱动部件13及开关支座111的配合作用，使得限位开关113能够被触发，可以避免现有技术中因接近开关112本身故障或接近开关112线路故障导致接近开关112无法触发而顺桨停机的状况的发生。

根据限位开关113的触发方式，在实际应用时，可以选择具有较长摆杆113a的限位开关113，使其具有更大的检测范围，以保证限位开关113能够被触发，可以应对现有技术中因限位挡块12或接近开关112发生松动而导致接近开关112无法触发而顺桨停机的状况的发生。

限位开关113的滚轮113b和摆杆113a是自下而上旋转靠近限位挡块12，所以首先和限位挡块12接触的必定是限位开关113的滚轮113b，滚轮113b能够以一种缓和的方式接触限位挡块12，而限位开关113的摆杆113a和限位挡块12不会发生碰撞，能够避免限位开关113的摆杆113a因碰撞而损坏，保证限位开关113的使用寿命，保证变桨系统的安全。

作为一种可选的实施方式，齿条即驱动部件13的齿数不少于N，N满足式(1)

其中，a为接近开关112与限位开关113之间延长线的预定角度，n为齿轮即开关支座111的齿数，以使得齿轮及齿条在其啮合传动范围内保证限位开关113能够被限位挡块12触发。

作为一种可选的实施方式，限位挡块12为具有预定长度、宽度及厚度的块状结构，优选为矩形块状结构，所说的限位挡块12的预定长度、宽度及厚度具体可以根据使用需要调整，只要满足能够触发接近开关112及限位开关113即可。驱动部件13沿限位挡块12的长度方向设置，驱动部件13的长度小于限位挡块12的长度，驱动部件13位于限位挡块12长度方向的中部或者靠近中部的位置，以使得限位挡块12两侧预留有触发段，能够更好的保证接近开关112及限位开关113能够被触发。

请一并参阅图4，图4示出了本实用新型一个实施例的双开关检测装置10的侧视图。限位挡块12在其宽度方向具有两个相对的端部，具体使用时，可以将驱动部件13安装至限位挡块12宽度方向的其中一个端部或靠近端部的位置，开关支座111与驱动部件13对应设置，以使两者处于同一平面，以保证啮合传动。接近开关112及限位开关113位于开关支座111面向限位挡块12宽度方向的另一端部的表面，且不超出限位挡块12宽度方向的覆盖范围，以保证接近开关112及限位开关113能够被触发，且在应用至风力发电机组的变桨系统中时，不会对叶片的旋转产生影响。

可以理解的是，接近开关112与限位开关113的延长线的预定角度并不限于180度，还可以为90度或45度，或者为45度至180度之间的任意角度均可。

驱动部件13并不限于齿条，也可以为局部具有齿状突起的齿形件，相应的，开关支座111并不限于齿轮，可以为具有齿状突起的盘状结构，只要能够保证驱动部件13能够与开关支座111啮合传动，以驱动开关支座111定心转动，以使得限位开关113能够被限位挡块12触发均可。

当然，驱动部件13及开关支座111也并不限于采用啮合传动的配合方式。在一些可选的实施例中，请参阅图5，图5示出了本实用新型另一个实施例的双开关检测装置10的主视结构示意图。本实施例与图1所示的实施例的结构基本相同，不同之处在于，开关支座111为不设置齿状突起的盘状结构，而驱动部件13采用电机，电机优选为微型电机，电机的输出轴与开关支座111连接。通过控制电机转动，也能够驱动开关支座111定心转动，在开关支座111的带动下，使得限位开关113转动进而使得限位开关113也能够被限位挡块12触发。能够用于判断风力发电机组的叶片的实际位置是否达到预期的位置，以判断变桨系统是否真实存在故障，同时，有效的避免风力发电机组因非变桨系统故障而顺桨停机状况的发生，降低风力发电机组的发电量损失。

请参阅图6，图6示出了本实用新型一个实施例的变桨系统的结构示意图，本实用新型实施例还提供了一种变桨系统，用于风力发电机组。变桨系统包括变桨电机、变桨轴承30、传动机构、编码器、上述任意实施例的双开关检测装置10及变桨控制器。变桨电机可为减速电机，也可以为普通电机，此时，可以在其输出轴上连接减速机20。变桨轴承30包括转动圈31及固定圈32，转动圈31能够相对固定圈32转动，本实施例中，固定圈32为变桨轴承30的内圈及与内圈相固定连接的部件，能够连接于风力发电机组的轮毂50，转动圈31为变桨轴承30的外圈及与外圈相固定连接的部件，能够用于连接风力发电机组的叶片，在叶片的变桨方向上转动。传动机构包括传动轮41、分布在传动轮41两侧的张紧轮42及齿形带43，两个张紧轮42安装于张紧轮固定装置44上，张紧轮固定装置44能够与轮毂50连接，传动轮41为传动机构的输入端，传动轮41与变桨电机的输出轴直接或间接连接，齿形带43为传动机构的输出端，齿形带43的两端通过齿形带固定块45与变桨轴承30的转动圈31连接，以使得变桨电机通过传动轮41及齿形带43驱动转动圈31转动。编码器可以设置于变桨电机的尾部，根据变桨电机的相关参数检测叶片的角度。

所说的检测叶片的角度以及以下所说的有关叶片的角度均指的是有关叶片的桨距角，桨距角也称节距角。风力发电机组采用变桨距控制，通过调整叶片迎风角度，来进行功率调整的方式，桨距角是指风机叶片与风轮平面夹角。

本实施例中，双开关检测装置10的开关组件11包括两个且均设置于固定圈32上，两个开关组件11其中一个设置于固定圈32上能够检测叶片是否处于发电角度的位置，如5度位置，另一个设置于固定圈32上能够检测叶片的是否处于顺桨停机角度的位置，如87度位置。两个开关组件11的开关支座111与固定圈32可转动连接，双开关检测装置10的限位挡块12设置于转动圈31上且能够随同转动圈31转动，用于触发两个开关组件11，以反馈叶片的角度。

变桨控制器与变桨电机、编码器及开关组件11电气连接，用于接收编码器及开关组件11的电信号并控制变桨电机的启停。

本实施例中，双开关检测装置10采用如图1所示的结构，以87度顺桨停机角度位置的开关组件11工作原理为例，当限位挡块12运动至接近开关112的感应区域时，接近开关112被触发，变桨控制器接收到接近开关112的电信号，控制变桨电机停转，保证顺桨停机要求，此时，驱动部件13即齿条会停止运动，不会转到开关支座111即齿轮所在位置，也就是说接近开关112及限位开关113相对于固定圈32的位置不会改变，限位开关113不会被触发，能够使得开关支座111及限位开关113的动作次数较少，机械损坏率低。

而当限位挡块12运动至接近开关112的感应区域而接近开关112未被触发时，由于变桨控制器接收不到接近开关112的电信号，所以无法停止变桨电机运行，则限位挡块12继续随着转动圈31旋转，以带动驱动部件13转到开关支座111所在位置，并带动开关支座111转动，此时，限位挡块12上的驱动部件13将逐步与开关支座111接触并啮合传动，在驱动部件13的带动下，开关支座111能够相对固定圈32定心转动，以使得位于开关支座111上的限位开关113随着开关支座111向限位挡块12的方向转动，以与限位挡块12接触，触发限位开关113，变桨控制器接收到限位开关113的电信号，控制变桨电机停转，保证顺桨停机要求。

而当编码器检测到的叶片角度在顺桨停机角度范围内，如87度时，而接近开关112及限位开关113均未被触发，则说明变桨系统存在故障，风力发电机组需要触发故障，停机检修。

上述过程完全由双开关检测装置10中的机械结构自动实现，驱动部件13驱动开关支座111转动完全由变桨系统的工作特点和双开关检测装置10的机械特性自动决定是否转动，不需要软件参与控制，安全可靠。

当然，变桨系统中的双开关检测装置10还可以采用如图5所示的结构，此时可以将驱动部件13即电机与变桨控制器电连接，仍然以87度顺桨停机角度位置的开关组件11工作原理为例，当限位挡块12运动至接近开关112的感应区域时，接近开关112被触发，变桨控制器接收到接近开关112的电信号，控制变桨电机停转，保证顺桨停机要求，此时，接近开关112及限位开关113相对于固定圈32的位置不会改变，限位开关113不会被触发。

而当编码器检测到的叶片角度在顺桨停机角度范围内，如87度时，而接近开关112未被触发的情况下，则变桨控制器控制驱动部件13工作，驱动开关支座111转动，在驱动部件13的带动下，开关支座111能够相对固定圈32定心转动，以使得位于开关支座111上的限位开关113随着开关支座111向限位挡块12的方向转动，以与限位挡块12接触，触发限位开关113，变桨控制器接收到限位开关113的电信号，控制变桨电机停转，保证顺桨停机要求。

而当编码器检测到的叶片角度在顺桨停机角度范围内，如87度时，而接近开关112及限位开关113均未被触发，则说明变桨系统存在故障，需要触发故障，停机检修。

为了保证叶片的安全使用及机组的稳定运行，在一些可选的实施例中，在固定圈32上能够检测叶片是否处于限位保护角度的位置如91度位置进一步设置有一限位开关(图未示)，所述限位保护角度不限于91度，可以为95度或91度～95度范围内任意角度，以使得当开关组件11的限位开关113及接近开关112均发生故障时，由限位挡块12触发限位保护角度位置的限位开关，以使变桨电机停转，作为变桨系统的最后保障，以保证叶片的安全使用及机组的稳定运行。

可以理解的是，上述实施例中的两个开关组件11其中一个开关组件11并不限于在5度位置，也可以在3度位置、4度位置或者0度～5度范围内的其他任意角度位置，另一个开关组件11并不限于在87度位置，也可以在86度、88度或者85度～90度范围内的其他任意角度位置。

变桨系统中双开关检测装置10的开关组件11并不限定为两个，也可以为一个或者多个，可以根据使用需要调整，此时，一个或者多个开关组件11在变桨系统固定圈32上的位置可以根据使用需要设定。

同时，变桨系统的固定圈32为并不限定为变桨轴承30的内圈及与内圈相固定连接的部件，也可以为变桨轴承30的外圈及与外圈相固定连接的部件，相应的，转动圈31并不限于为变桨轴承30的外圈及与外圈相固定连接的部件，也可以为变桨轴承30的内圈及与内圈相固定连接的部件，只要能够保证叶片的变桨要求均可。

由此，本实用新型实施例提供的变桨系统，能够准确的判断风力发电机组的叶片的实际位置是否达到预期的位置，以判断变桨系统自身是否真实存在故障，同时，能够有效的避免风力发电机组因非变桨系统故障而顺桨停机状况的发生，降低风力发电机组的发电量损失。并且还具有自检的作用，例如，当编码器检测到的叶片角度在顺桨停机角度范围内，如87度位置时，接近开关112未被触发而限位开关113能够被触发，则说明非变桨系统故障，而可能是由于限位挡块12松动、接近开关112松动、接近开关112本身故障或接近开关112线路故障导致接近开关112不能被触发，可以从上述几个方面进行检修。

同时，由于变桨系统的工作特性，开关组件11只在一定角度内往、返转动，不会360度整周连续转动，所以线缆处理方面较为容易。

当故障检修完成重新开桨工作时，由于齿轮、齿条的传动是线性传动，齿条驱动齿轮反向运动，使得开关组件11逐步恢复初始位置，而对于驱动部件13采用电机时，电机可以通过变桨控制器来控制，也能够使得开关组件11恢复初始位置，所以在下次顺桨或维修接近开关112后，可以重新使用接近开关112的信号进行位置检测。对于5度位置或其他位置的开关组件11的工作原理同上，在此就不赘述。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。