一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂的制作方法

本发明涉及风机轮毂技术领域，具体为一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂。

背景技术：

随着风力发电技术的迅速发展，风电机组正从恒速恒频向变速恒频、从定桨距向变桨距方向发展。变桨距风电机组以其能最大限度地捕获风能、输出功率平稳、机组受力小等优点，已成为当前风电机组的主流机型。风机轮毂是风力发电设备中一个关键部件，其性能是决定了风机使用寿命的一个主要因素。变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。变桨控制技术简单来说，就是通过调节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率。变桨机构控制叶片相对于旋转平面的位置角度。变桨距控制方式一般可以分为两种，一种是电机执行机构，另一种是液压执行机构。

现有的小型风机风电轮毂并不具备变桨机构，在高速时必须依靠失速来调节转速，且如果直接将现有带有自动变桨结构的大型风机风电轮毂按比例缩小应用到小型风机中，每个叶轮都需要一个执行机构进行驱动，结构复杂，重量较大，严重影响小型风机叶轮的转速，使得风机的发电量严重缩减。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂，包括轮毂本体，所述轮毂本体外壁设有若干个活动连接的叶轮，所述叶轮一端延伸至所述轮毂本体内部，所述轮毂本体内部设有支撑球，所述支撑球内部中心水平设有活动连接的支撑杆，所述叶轮一端延伸至所述支撑球内部，且所述叶轮一端与所述支撑杆活动连接。

进一步的，所述叶轮外壁于所述支撑球外侧匹配套设有活动连接的半球壳，所述半球壳远离所述支撑球一侧设有限位套，所述限位套延伸至所述轮毂本体外侧，所述轮毂本体外壁于所述限位套外侧设有支撑套，所述半球壳横截面的圆心角大于九十度，且所述半球壳横截面的圆心角小于一百二十度，所述支撑球内部设有与所述支撑杆相匹配的支撑腔，所述叶轮外壁一端于所述支撑球内部设有连接头，所述支撑球内壁于所述连接头外侧设有安装腔，所述连接头与所述支撑球转动连接，所述连接头外壁于所述安装腔内部套设有第一齿轮，所述安装腔与所述支撑腔贯通，所述安装腔内部一侧活动设有与所述第一齿轮相啮合的第一齿条，所述支撑杆外壁于所述安装腔内部另一侧设有与所述第一齿轮相啮合的第二齿条，所述支撑球内部于相邻两个所述安装腔之间设有导引腔，所述导引腔与所述支撑腔贯通，且所述导引腔与所述安装腔对称设置，所述导引腔内壁远离所述支撑腔一侧设有第三齿条，所述支撑杆外壁于所述导引腔内侧设有与所述第三齿条相啮合的第二齿轮，所述支撑腔内部于所述支撑杆一侧设有伺服电缸，所述支撑杆外壁靠近所述伺服电缸一侧设有支撑架，所述伺服电缸输出轴与所述支撑架活动连接。

进一步的，所述连接头外壁于所述第一齿轮和所述叶轮之间设有支撑环，所述支撑球内部设有与所述支撑环相匹配的环形腔，所述支撑环与所述第一齿轮相互平行，连接头转动时，支撑环随着连接头进行旋转，支撑环沿着环形腔进行滑动，对连接头进行滑动辅助，可有效加强连接头的稳定性。

进一步的，所述限位套内壁顶部设有第一限位环，所述叶轮顶部设有与所述第一限位环相匹配的第一限位槽，所述限位套底部内壁设有第二限位环，所述叶轮外壁设有与所述第二限位环相匹配的第二限位槽，叶轮旋转时，第一限位环沿着第一限位槽进行滑动，第二限位环沿着第二限位槽进行滑动，可实现对叶轮的双重限位滑动辅助，可有效加强叶轮的稳定性，且第一限位环设置于第一限位套内壁顶部，第二限位环设置于第一限位套底部内壁，使得第一限位环和第二限位环的旋转运动方向相互垂直，可进一步加强叶轮的稳定性。

进一步的，所述第一限位环的外径小于所述第二限位环的外径，且所述第一限位环的外径大于所述第二限位环的内径，对第一限位环和第二限位环的尺寸进行限定，使得第一限位环与第二限位环的滑动辅助支撑范围交叉，进一步加强叶轮的安全性和稳定性。

进一步的，所述第二齿轮内部中心贯穿设有活动连接的支撑轴，所述支撑轴两端对称设有支撑板，所述支撑板一端与所述支撑杆外壁固定连接，支撑轴对第二齿轮进行滚动支撑，保证第二齿轮进行正常滚动，支撑板对支撑轴进行支撑，支撑板与，可有效保证第二齿轮的安全性和稳定性。

进一步的，所述支撑架内侧设有活动连接的支撑盘，所述支撑架内部设有与所述支撑盘相匹配的缓冲腔，所述支撑盘与所述伺服电缸固定连接，所述支撑架内壁于所述缓冲腔外侧设有活动连接的限位架，所述限位架包括限位杆，所述支撑架内壁设有与所述限位架相匹配的活动腔，所述限位杆外壁设有挡板，所述挡板外壁设有若干个弹簧，所述弹簧一端与所述活动腔内壁固定连接，所述支撑球内壁设有与所述限位杆相匹配的若干个第三限位槽，所述限位杆外壁于所述缓冲腔内侧设有梯形板，所述支撑盘外壁开设有与所述梯形板相匹配的梯形槽。

进一步的，所述安装腔和所述导引腔设于相邻两个所述限位架之间，可有效避免限位架与安装腔和导引腔接触，同时使得安装腔、导引腔和限位架分布更加均匀，限位效果更佳。

进一步的，所述支撑盘的厚度大于所述梯形块厚度的两倍，且所述缓冲腔的深度大于所述支撑盘的厚度，保证支撑盘可完全进入缓冲腔内部，使得梯形块沿着支撑盘向内收缩长度更大，保证限位架可完全收入支撑架内侧。

进一步的，所述活动腔与所述缓冲腔贯通，保证限位架可正常从活动腔回缩到缓冲腔中。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明通过设置支撑球、支撑杆、半球壳、第一齿轮、第一齿条、第二齿条、伺服电缸和支撑架，需要进行变桨操作时，调节伺服电缸进行伸长，将支撑杆沿着支撑腔进行移动，支撑杆带动第二齿条进行滑动，第二齿条可带动第一齿轮进行旋转，第一齿轮带动连接头进行旋转，连接头带动叶轮进行旋转，对叶轮的角度进行调节，实现自动变桨操作，第三齿条可对第二齿轮进行导引，可有效加强支撑杆的稳定性，安全性能更佳，另外本发明中的风电轮毂只能从内部的伺服电缸伸缩实现自动变桨，叶轮外部受力无法实现变桨，当叶轮外部受力时，叶轮受到旋转作用力传递到连接头处，旋转作用力传递到第一齿轮，伺服电缸停止工作时，第二齿条的位置固定，由于第一齿轮与第二齿条相互啮合，所以第一齿轮上的旋转作用力传递到第二齿条上，第二齿条此时处于固定状态，因此第一齿轮不会发生旋转，进而保证连接头不会发生旋转，从而保证叶轮不会因外部受力而发生变桨，保证叶轮工作的稳定性，第一齿条同样与第一齿轮啮合，第一齿条和第二齿条分别位于第一齿轮两侧，将第一齿轮夹在中间，因此当第一齿轮自身存在一个旋转作用力时，旋转作用力同时传递到第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条将第一齿轮卡死，使得旋转作用力在两个方向上抵消，第一齿条可分担第二齿条受到的压力，可减小第一齿轮与第二齿条之间的损伤，延长装置的使用寿命，风机轮毂内部仅设置一个执行机构，伺服电缸作为执行机构，只需要调节伺服电缸进行伸缩，即可实现对全部的叶轮进行自动变桨调节，结构简单，重量小，可有效保证小型风机的转速，从而保证风机的发电量，且只能通过内部的伺服电缸调节变桨，避免可有效叶轮外部受力对变桨工作产生不良影响。

2、本发明通过在支撑架上设置支撑盘、缓冲腔、限位架、第三限位槽、梯形板和梯形槽，当调节伺服电缸伸长时，伺服电缸输出轴将支撑盘向前推，在支撑盘向缓冲腔内侧运动时，梯形块沿着梯形槽滑动，弹簧回弹收缩，带动挡板向内侧收拢，挡板带动限位杆向缓冲腔内侧收拢，限位杆带动梯形块向缓冲腔内侧收拢，当支撑盘运动到缓冲腔最内侧时，限位杆从第三限位槽中脱离，限位杆全部收拢到活动腔内部，此时支撑杆可正常运动，可对叶轮的角度进行调节，调节伺服电缸收缩，伺服电缸带动支撑盘向外拉，此时梯形槽不断将梯形块向外顶，梯形块向缓冲腔外侧运动，梯形块将限位杆向外顶，限位杆插入第三限位槽内部，此时可对支撑架进行限位固定处理，可避免支撑杆滑动，稳定性更佳，可有效避免内部设备损坏导致异常变桨操作，同时加强支撑杆和第二齿条的固定效果，进一步加强防异常变桨处理效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明整体的主视图；

图2是本发明整体的主视剖面图；

图3是本发明图2中a处的放大示意图；

图4是本发明图2中b处的放大示意图；

图5是本发明图2中c处的放大示意图；

图6是本发明整体的侧视剖面图；

图7是本发明支撑架、限位架和支撑球连接的主视剖面图；

图8是本发明图7中d处的放大示意图；

图9是本发明限位架与支撑球连接的侧视剖面图；

图中：1、轮毂本体；2、叶轮；3、支撑球；4、支撑杆；5、半球壳；6、限位套；7、支撑套；8、支撑腔；9、连接头；10、安装腔；11、第一齿轮；12、第一齿条；13、第二齿条；14、导引腔；15、第三齿条；16、第二齿轮；17、伺服电缸；18、支撑架；19、支撑环；20、环形腔；21、第一限位环；22、第一限位槽；23、第二限位环；24、第二限位槽；25、支撑轴；26、支撑板；27、支撑盘；28、缓冲腔；29、限位架；30、限位杆；31、活动腔；32、挡板；33、弹簧；34、第三限位槽；35、梯形板；36、梯形槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示的一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂，包括轮毂本体1，所述轮毂本体1外壁设有若干个活动连接的叶轮2，所述叶轮2一端延伸至所述轮毂本体1内部，所述轮毂本体1内部设有支撑球3，所述支撑球3内部中心水平设有活动连接的支撑杆4，所述叶轮2一端延伸至所述支撑球3内部，且所述叶轮2一端与所述支撑杆4活动连接，所述叶轮2外壁于所述支撑球3外侧匹配套设有活动连接的半球壳5，所述半球壳5远离所述支撑球3一侧设有限位套6，所述限位套6延伸至所述轮毂本体1外侧，所述轮毂本体1外壁于所述限位套6外侧设有支撑套7，所述半球壳5横截面的圆心角大于九十度，且所述半球壳5横截面的圆心角小于一百二十度，所述支撑球3内部设有与所述支撑杆4相匹配的支撑腔8，所述叶轮2外壁一端于所述支撑球3内部设有连接头9，所述支撑球3内壁于所述连接头9外侧设有安装腔10，所述连接头9与所述支撑球3转动连接，所述连接头9外壁于所述安装腔10内部套设有第一齿轮11，所述安装腔10与所述支撑腔8贯通，所述安装腔10内部一侧活动设有与所述第一齿轮11相啮合的第一齿条12，所述支撑杆4外壁于所述安装腔10内部另一侧设有与所述第一齿轮11相啮合的第二齿条13，所述支撑球3内部于相邻两个所述安装腔10之间设有导引腔14，所述导引腔14与所述支撑腔8贯通，且所述导引腔14与所述安装腔10对称设置，所述导引腔14内壁远离所述支撑腔8一侧设有第三齿条15，所述支撑杆4外壁于所述导引腔14内侧设有与所述第三齿条15相啮合的第二齿轮16，所述支撑腔8内部于所述支撑杆4一侧设有伺服电缸17，所述支撑杆4外壁靠近所述伺服电缸17一侧设有支撑架18，所述伺服电缸17输出轴与所述支撑架18活动连接。

所述连接头9外壁于所述第一齿轮11和所述叶轮2之间设有支撑环19，所述支撑球3内部设有与所述支撑环19相匹配的环形腔20，所述支撑环19与所述第一齿轮11相互平行，连接头9转动时，支撑环19随着连接头9进行旋转，支撑环19沿着环形腔20进行滑动，对连接头9进行滑动辅助，可有效加强连接头9的稳定性。

所述限位套6内壁顶部设有第一限位环21，所述叶轮2顶部设有与所述第一限位环21相匹配的第一限位槽22，所述限位套6底部内壁设有第二限位环23，所述叶轮2外壁设有与所述第二限位环23相匹配的第二限位槽24，叶轮2旋转时，第一限位环21沿着第一限位槽22进行滑动，第二限位环23沿着第二限位槽24进行滑动，可实现对叶轮2的双重限位滑动辅助，可有效加强叶轮2的稳定性，且第一限位环21设置于第一限位套22内壁顶部，第二限位环23设置于第一限位套22底部内壁，使得第一限位环21和第二限位环23的旋转运动方向相互垂直，可进一步加强叶轮2的稳定性。

所述第一限位环21的外径小于所述第二限位环23的外径，且所述第一限位环21的外径大于所述第二限位环23的内径，对第一限位环21和第二限位环23的尺寸进行限定，使得第一限位环21与第二限位环23的滑动辅助支撑范围交叉，进一步加强叶轮2的安全性和稳定性。

所述第二齿轮16内部中心贯穿设有活动连接的支撑轴25，所述支撑轴25两端对称设有支撑板26，所述支撑板26一端与所述支撑杆4外壁固定连接，支撑轴25对第二齿轮16进行滚动支撑，保证第二齿轮16进行正常滚动，支撑板26对支撑轴25进行支撑，支撑板26与，可有效保证第二齿轮16的安全性和稳定性。

实施方式具体为：使用时，通过设置支撑球3、支撑杆4、半球壳5、第一齿轮11、第一齿条12、第二齿条13、伺服电缸17和支撑架18，需要进行变桨操作时，调节伺服电缸17进行伸长，伺服电缸17输出轴将支撑架18向前推，支撑架18将支撑杆4沿着支撑腔8进行移动，支撑杆4带动第二齿条13进行滑动，第一齿轮11与第二齿条13啮合，第二齿条13可带动第一齿轮11进行旋转，第一齿轮11带动连接头9进行旋转，连接头9在安装腔10内部转动，连接头9带动叶轮2进行旋转，对叶轮2的角度进行调节，实现自动变桨操作，限位套6在叶轮2外侧进行辅助支撑，可有效加强叶轮2的稳定性，半球壳5在轮毂本体1内壁和支撑球3之间进行限位辅助，同时半球壳5可在轮毂本体1内壁和支撑球3之间进行转动，可进一步加强叶轮2的稳定性，设计半球壳5横截面的圆心角大于九十度，且半球壳5横截面的圆心角小于一百二十度，可有效保证半球壳5与支撑球3具备足够大的接触范围，保证限位支撑效果，同时可避免半球壳5之间相互接触产生磨损，支撑套7在限位套6外侧进行限位支撑，可进一步加强叶轮2的稳定性，半球壳5、限位套6和支撑套7配合对叶轮2进行多重辅助限位处理，可有效加强叶轮2的安全性和稳定性，第一齿条12与第一齿轮11相互啮合，当第一齿轮11转动时，第一齿条12进行滑动，第一齿条12与第二齿条13配合，可有效加强连接头9转动的稳定性，当支撑杆4沿着支撑腔8滑动时，第二齿轮16沿着导引腔14进行运动，第二齿轮16与第三齿条15相互啮合，第三齿条15可对第二齿轮16进行导引，可有效加强支撑杆4的稳定性，安全性能更佳，另外本发明中的风电轮毂只能从内部的伺服电缸17伸缩实现自动变桨，叶轮2外部受力无法实现变桨，当叶轮2外部受力时，叶轮2受到旋转作用力，旋转作用力由叶轮2传递到连接头9处，连接头9受到旋转作用力，旋转作用力传递到第一齿轮11，第一齿轮11上有一个旋转作用力，第二齿条13固定设置支撑杆4外壁上，伺服电缸17停止工作时，长度固定，第二齿条13的位置固定，由于第一齿轮11与第二齿条13相互啮合，所以第一齿轮11上的旋转作用力传递到第二齿条13上，第二齿条13此时处于固定状态，因此第一齿轮11不会发生旋转，进而保证连接头9不会发生旋转，从而保证叶轮2不会因外部受力而发生变桨，保证叶轮2工作的稳定性，第一齿条12同样与第一齿轮11啮合，第一齿条12和第二齿条13分别位于第一齿轮11两侧，将第一齿轮11夹在中间，因此当第一齿轮11自身存在一个旋转作用力时，旋转作用力同时传递到第一齿条12和第二齿条13，第一齿条12和第二齿条13将第一齿轮11卡死，使得旋转作用力在两个方向上抵消，第一齿条12可分担第二齿条13受到的压力，可减小第一齿轮11与第二齿条13之间的损伤，延长装置的使用寿命，将导引腔14设置在相邻两个所述安装腔10之间，可有效加强导引腔14的导引效果，将导引腔14和安装腔10采用对称设置，使得导引腔14和安装腔10之间相互配合，可有效加强支撑杆4外部结构的分布均匀性，使得支撑杆4受力更加均匀，进一步提高支撑杆4的稳定性，安全性能更高，同时支撑杆4与导引腔14之间通过第三齿条15和第二齿轮16连接，使得支撑杆4的移动精度更高，风机轮毂内部仅设置一个执行机构，伺服电缸17作为执行机构，只需要调节伺服电缸17进行伸缩，即可实现对全部的叶轮2进行自动变桨调节，结构简单，重量小，可有效保证小型风机的转速，从而保证风机的发电量，且只能通过内部的伺服电缸17调节变桨，避免可有效叶轮2外部受力对变桨工作产生不良影响。

如附图6-9所示的一种具有自动变桨结构的小型风机风电轮毂，还包括活动设置于所述支撑架18内侧的支撑盘27，所述支撑架18内部设有与所述支撑盘27相匹配的缓冲腔28，所述支撑盘27与所述伺服电缸17固定连接，所述支撑架18内壁于所述缓冲腔28外侧设有活动连接的限位架29，所述限位架29包括限位杆30，所述支撑架18内壁设有与所述限位架29相匹配的活动腔31，所述限位杆30外壁设有挡板32，所述挡板32外壁设有若干个弹簧33，所述弹簧33一端与所述活动腔31内壁固定连接，所述支撑球3内壁设有与所述限位杆30相匹配的若干个第三限位槽34，所述限位杆30外壁于所述缓冲腔28内侧设有梯形板35，所述支撑盘27外壁开设有与所述梯形板35相匹配的梯形槽36。

所述安装腔10和所述导引腔14设于相邻两个所述限位架29之间，可有效避免限位架29与安装腔10和导引腔14接触，同时使得安装腔10、导引腔14和限位架29分布更加均匀，限位效果更佳。

所述支撑盘27的厚度大于所述梯形块35厚度的两倍，且所述缓冲腔28的深度大于所述支撑盘27的厚度，保证支撑盘27可完全进入缓冲腔28内部，使得梯形块35沿着支撑盘27向内收缩长度更大，保证限位架29可完全收入支撑架18内侧。

所述活动腔31与所述缓冲腔28贯通，保证限位架29可正常从活动腔31回缩到缓冲腔28中。

实施方式具体为：使用时，通过在支撑架18上设置支撑盘27、缓冲腔28、限位架29、第三限位槽34、梯形板35和梯形槽36，当调节伺服电缸17伸长时，伺服电缸17输出轴将支撑盘27向前推，支撑盘27沿着缓冲腔28向内运动，支撑盘27运动到缓冲腔28最内侧时，支撑盘27将支撑架18向前顶，实现对支撑杆4的位置进行调节，在支撑盘27向缓冲腔28内侧运动时，梯形块35沿着梯形槽36滑动，弹簧33回弹收缩，带动挡板32向内侧收拢，挡板32带动限位杆30向缓冲腔28内侧收拢，限位杆30带动梯形块35向缓冲腔28内侧收拢，当支撑盘27运动到缓冲腔28最内侧时，限位杆30从第三限位槽34中脱离，限位杆30全部收拢到活动腔31内部，此时支撑杆4可正常运动，可对叶轮2的角度进行调节，当叶轮2调节完毕后，调节伺服电缸17收缩，伺服电缸17带动支撑盘27向外拉，支撑盘27沿着缓冲腔28向外移，此时梯形槽36不断将梯形块35向外顶，梯形块35向缓冲腔28外侧运动，梯形块35将限位杆30向外顶，挡板32随着限位杆30向外移，挡板32将弹簧33拉伸，限位杆30从活动腔31中伸出，限位杆30插入第三限位槽34内部，此时可对支撑架18进行限位固定处理，进而实现对支撑杆4的限位固定，可避免支撑杆4滑动，稳定性更佳，可实现对限位架29的收缩和顶出操作，且限位架9的收缩和顶出随着对支撑杆4的推动调节的同时产生的效果，无需另外控制，可有效避免内部设备损坏导致异常变桨操作，同时加强支撑杆4和第二齿条13的固定效果，进一步加强防异常变桨处理效果。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-6，通过设置支撑球3、支撑杆4、半球壳5、第一齿轮11、第一齿条12、第二齿条13、伺服电缸17和支撑架18，风机轮毂内部仅设置一个执行机构，伺服电缸17作为执行机构，只需要调节伺服电缸17进行伸缩，即可实现对全部的叶轮2进行自动变桨调节，结构简单，重量小，可有效保证小型风机的转速，从而保证风机的发电量，且只能通过内部的伺服电缸17调节变桨，避免可有效叶轮2外部受力对变桨工作产生不良影响；

参照说明书附图6-9，通过在支撑架18上设置支撑盘27、缓冲腔28、限位架29、第三限位槽34、梯形板35和梯形槽36，当调节伺服电缸17伸缩的同时，可实现对限位架29的收缩和顶出操作，且限位架9的收缩和顶出随着对支撑杆4的推动调节的同时产生的效果，无需另外控制，限位杆30全部收拢到活动腔31内部，此时支撑杆4可正常运动，可对叶轮2的角度进行调节，限位杆30外顶插入第三限位槽34内部，此时可对支撑架18进行限位固定处理，可避免支撑杆4滑动，稳定性更佳，可有效避免内部设备损坏导致异常变桨操作，同时加强支撑杆4和第二齿条13的固定效果，进一步加强防异常变桨处理效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。