[发明专利]风力发电机组及其变桨驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体地说，本发明涉及一种变桨驱动系统，此外，本发明还涉及一种具有该变桨驱动系统的风力发电机组。

背景技术

在利用风力发电机组进行发电的过程中，由于风向和风速实时变化，为了对风力发电机组的叶片旋转速度和输出功率进行控制，在每个叶片上均设置有变桨驱动系统。变桨驱动系统通过控制叶片的相对于风向的角度来控制轮毂的转速，从而实现对输出功率的控制。此外，当风速远超过额定风速时，可以利用空气动力制动方式使风力发电机组安全地停机。一般而言，目前常用的变桨驱动系统包括液压式变桨系统和电动变桨系统。

图1示出了目前较为普遍的变桨驱动系统，对于风力发电机组的每个叶片5而言，均具有单独的变桨驱动系统，且变桨驱动系统安装在轮毂上。变桨驱动系统大体包括电机1、与电机1的输出轴连接的减速器3以及变桨轴承4。变桨轴承4的外圈与减速器3的输出轴相啮合，且与风力发电机组的叶片5固定连接，而内圈固定在风力发电机组的轮毂2上。来自电机1的扭矩较小而转速较高的输出经过减速器3的减速增扭作用后转换为扭矩相对较大而转速相对较低。通过减速器3的输出轴与变桨轴承4的一级齿轮副传动（或者通过传动带副）而带动变桨轴承4的外圈并进一步地带动叶片5的根部转动，这样，叶片5一方面可以在风力作用下旋转，并同时带动轮毂2一起旋转，另一方面，电机1可以带动叶片5的根部转动，以对叶片5相对于风向的角度进行调节，即，进行变桨控制。

对于上述变桨驱动系统，采用的是开式齿轮传动，需要一定的润滑条件，且减速器3的输出轴为悬臂支撑式结构，导致输出轴可能会存在一定的变形，可能会使得相啮合的齿轮的齿面受力不均匀，降低变桨驱动系统的使用寿命。此外，由于变桨驱动系统对叶片5的角度进行调节的范围只在0度-90度之间，所以在进行变桨控制时减速器3的输出轴与变桨轴承4只有部分齿进行啮合，而其他齿始终处于不作业状态。

因此，提供一种能够提高使用寿命且结构紧凑的变桨驱动系统是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变桨驱动系统，所述变桨驱动系统的使用寿命得到提高，且结构较为紧凑，可靠性高。此外，本发明的另一目的是提供一种包括所述变桨驱动系统的风力发电机组。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于风力发电机组的变桨驱动系统，所述变桨驱动系统包括电机以及与所述电机的输出轴连接的减速器，所述减速器包括与所述电机的输出轴连接并具有多级传动的行星齿轮传动系统，所述行星齿轮传动系统的输出端与风力发电机组的叶片固定连接。

优选地，所述行星齿轮传动系统包括与所述电机的输出轴连接的输入轴、多级相互啮合的太阳轮和行星轮、固定行星轮的行星架以及与行星轮啮合的内齿圈，其中，第一级太阳轮与所述电机的输出轴连接，来自上一级相互啮合的太阳轮和行星轮的动力通过行星架而传递至下一级太阳轮，用于固定最后一级行星轮的行星架固定到所述风力发电机组的轮毂，以将动力从最后一级行星轮传递至作为所述输出端的内齿圈。

优选地，所述变桨驱动系统还包括与所述风力发电机的轮毂固定连接的空心轴，所述空心轴安装在所述减速器的输入轴的靠近所述电机的一端处或者所述电机的输出轴的靠近所述减速器的一端处，所述内齿圈通过所述减速器的侧壳体支撑在所述空心轴上。

优选地，在所述侧壳体和所述空心轴之间设置有两列圆锥滚子轴承，以支撑所述内齿圈。

优选地，所述行星齿轮传动系统的固定最后一级行星轮的行星架通过所述空心轴而固定到所述风力发电机组的轮毂。

优选地，所述内齿圈通过连接件与所述风力发电机组的叶片固定连接。

优选地，所述连接件的形状为毂状，并沿所述内齿圈的周向均匀地分布。

优选地，所述电机为交流伺服电机。

此外，本发明还提供了一种风力发电机组，包括叶片，所述叶片的根部与上述变桨驱动系统固定连接。

在需要对风力发电机组的叶片相对于风向的角度进行调节时，首先电机驱动减速器运转，在减速器的减速作用下，将从电机输入的较高的转速转换为减速器的输出端处的较低的转速，进而带动风力发电机组的叶片旋转，实现对叶片角度的调节。本发明所提供的变桨驱动系统采用闭式齿轮传动，取代了现有技术中的开式齿轮传动，并且在行星齿轮传动系统运转时，相啮合的齿数增加，且相啮合的齿轮受力得到了改善，提高了变桨驱动系统的可靠性和使用寿命。此外，在本发明所提供的变桨驱动系统中采用行星齿轮传动系统，省去了变桨轴承，有助于使变桨驱动系统的结构更加紧凑。