[發明專利]電動直驅式風電變槳裝置

有效

• 申請號: 201410200140.3
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103953504B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 王曉;盧曉蓉;馬奔;周小平;肖平
• 申請（專利權）人: 成都瑞迪機械實業有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙)51124
• 代理人: 許澤偉

技術領域

本發明涉及一種風電驅動系統，尤其是一種電動直驅式風電變槳裝置。

背景技術

全球商業化運行的兆瓦級以上風力發電機組均采用了變槳距技術。變槳距技術與變頻技術相配合，提高了風力發電機的發電效率和質量，使風力發電機組在各種工況下都能夠獲得最佳的性能，減少風力對風機的沖擊。它與變頻技術一起構成了兆瓦級變速恒頻風力發電機的核心技術。隨著風力發電產業技術的不斷成熟和發展，變槳距風力發電機的優越性越來越突出。風力機運行的可靠性有了大大的提高，擁有高的風能利用系數，得到不斷優化的輸出功率曲線。

其它發電方式也采用類似的技術，例如太陽能發電，需要轉動光伏組件獲得最佳光照角度。這些追蹤技術都與風電變槳技術類似。

目前風電機組普遍采用獨立變槳距的三槳葉結構，以往用于風力發電的變槳驅動系統，通常采用下面三種方式：液壓變槳驅動系統、電動齒輪變槳驅動系統和同步帶變槳驅動系統。

液壓變槳驅動系統是利用液壓油缸作為原動機，主要由液壓泵站、控制模塊、蓄能器與執行機構油缸構成。其基本原理是：液壓系統利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執行元件(液壓缸或馬達)把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現直線往復運動或回轉運動。液壓缸的一端鉸接于風機葉片的輪轂上，另一端鉸接于回轉支承的內圈。通過液壓缸的伸縮實現槳距角的改變。液壓變槳系統響應頻率快、轉矩大、重量輕，定位精確，便于集中布置，能快速準確的把葉片調整到預定節距。但是液壓變槳控制過程較為復雜，存在液壓油泄露的風險，受溫度變化影響大(不宜在高溫或低溫下運行)。為了避免液壓系統漏出的油進入風機內部，影響電氣設備的工作和腐蝕電線，需要定期對風機系統維護，并且需要對液壓系統定期換油，從而大大增加了維護和檢修成本。

電動齒輪變槳驅動系統，主要由動力源伺服電動機、控制模塊、蓄電池與執行機構減速器、齒輪組成，其結構原理是用電動機作為變槳動力，通過伺服驅動器控制電動機帶動減速機的輸出軸齒輪旋轉，輸出軸齒輪與槳葉根部回轉支承的內側齒輪嚙合，帶動槳葉變槳。結構簡單、緊湊、能對槳葉進行單獨控制，精度高，但其動態性相對較差。由于驅動的扭矩大，傳動過程中接觸的齒數較少，齒間容易發生應力集中導致齒輪壽命縮短。驅動過程中較大的慣性不易控制且頻繁的進行變槳調節容易產生過量的熱負荷。

同步帶變槳驅動系統，主要由減速電機、小帶輪、張緊輪，同步帶，大帶輪等組成，其原理是減速電機固定在輪轂支架上，小帶輪安裝在減速電機上，張緊輪安裝在支架上，通過同步帶將小帶輪與大帶輪連接在一起實現轉動。其優點是，柔性連接，能緩和沖擊載荷，無需潤滑與維護。其缺點為，壽命受機構運行環境影響非常大。一旦橡膠老化，同步帶就會變形(拉長和開裂等)，這時容易出現跳齒現象。由于同步帶受的載荷大，在后期維護中拉長現象較為常見，增加變槳驅動系統張緊的次數。當同步帶到達使用壽命時更換同步帶也比較困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可靠性高且占用空間小的風電變槳驅動系統。

本發明解決其技術問題所采用的電動直驅式風電變槳裝置，包括輪轂、變槳軸承外圈和變槳軸承內圈，所述變槳軸承外圈設置在輪轂上，所述變槳軸承內圈與所述變槳軸承外圈轉動配合，還包括直線驅動機構、連桿，所述直線驅動機構兩端固定于輪轂上；所述連桿的一端與直線驅動機構鉸接，連桿的另一端與變槳軸承內圈鉸接，從而形成曲柄滑塊機構。直線驅動機構可以進行往復運動，從而使得連桿帶動變槳軸承內圈轉動，從而實現變槳的目的。

進一步的是，還包括安裝架，所述安裝架固定安裝在變槳軸承內圈上，所述連桿通過與安裝架鉸接從而實現與變槳軸承內圈的聯動。安裝架可以方便連桿的鉸接，也能避免連桿直接與變槳軸承內圈接觸，減少變槳軸承內圈的磨損。

進一步的是，所述安裝架橫跨于變槳軸承內圈，并兩端固定于變槳軸承內圈。也就是安裝架為條狀或者其它形狀，沿軸承內圈的直徑布設。

進一步的是，所述直線驅動機構包括電機和絲杠，所述電機的轉子為中空狀設置有螺紋驅動結構或中空狀轉子與螺紋驅動結構連接，所述絲杠的兩端固定安裝在輪轂上，所述絲杠與螺紋驅動結構相互配合，所述電機的機座與所述連桿一端鉸接。

進一步的是，所述螺紋驅動結構包括螺母和至少兩根滾柱，所述螺母同軸固定設置在轉子內，所述滾柱上設置有螺旋齒，滾柱、螺母和絲杠三者的齒形相互匹配，所述滾柱設置在絲杠與螺母之間使得三者配合傳動。滾柱、螺母和絲杠三者形成行星滾柱絲杠副。