[发明专利]电动直驱式风电变桨驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电驱动系统，尤其是一种电动直驱式风电变桨驱动系统。

背景技术

全球进入商业运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机组在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术，随着风力发电产业技术的不断成熟和发展，变桨距风力发电机的优越性越来越突出，风力机运行的可靠性有了大大的提高，拥有高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线由于叶轮的重量有所减轻，因此风力机的受力状况得到极大的改善，使风力机始终保持最佳的转换率，从而获得最大的功率输出，提高风能利用率。

与风力发电变桨类似，其它发电方式也采用类似的技术，例如太阳能发电，其就需要转动光伏组件使得其获得最佳的光照角度。这些追踪技术与风力的变桨技术类似，如下所述。

目前风电机组普遍采用独立变桨距的三桨叶结构，以往用于风力发电的变桨驱动系统，通常采用下面三种方式：液压变桨驱动系统、电动齿轮变桨驱动系统和同步带变桨驱动系统。

液压变桨驱动系统是利用液压油缸作为原动机，其主要由动力源液压泵站、控制模块、蓄能器与执行机构油缸等构成，其基本原理是：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。通过推动固定于变桨轴承内圈的偏心块推动桨叶旋转的一种变桨机构，液压缸的一端固定安装于风机叶片的轮毂上，另一端固定安装于回转支承的内圈，从而通过液压缸的伸缩实现桨距角的改变。液压变桨系统具有响应频率快、转矩大、重量轻，定位精确，便于集中布置，能快速准确的把叶片调整到预定节距等优点，但是由于液压变桨控制过程较为复杂，同时存在潜在的油泄露，受温度变化影响大（不宜在高温或低温下运行），及后期维护成本高等问题，为了避免液压系统漏出的废油进入风机内部，影响电气设备的工作和腐蚀电线，需要定期对风机系统进行维护，并且需要对液压系统定期换油，从而大大增加了风机设备的维护和检修成本。

电动齿轮变桨驱动系统，主要由动力源伺服电动机、控制模块、蓄电池与执行机构减速器、齿轮等组成，其结构原理是用电动机作为变桨动力，通过伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转，输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，带动桨叶进行变桨。具有结构简单、紧凑、能对桨叶进行单独控制，精度高，但其动态性相对较差，由于驱动的扭矩大，传动过程中接触的齿数较少，齿间容易发生应力集中导致齿轮寿命缩短，驱动过程中较大的惯性不易控制且如连续频繁的进行变桨调节容易产生过量的热负荷而损坏。

同步带变桨驱动系统，主要由减速电机、小带轮、张紧轮，同步带，大带轮等组成，其原理是减速电机固定在轮毂支架上小带轮安装在减速电机上，张紧轮安装在支架上，通过同步带将小带轮与大带轮连接在一起实现转动，其特点是同步带传动为柔性连接，能缓和冲击载荷，无需润滑与维护。其缺点为同步带的寿命受机构运行环境影响非常大，橡胶一旦出现老化，同步带就会出现变形，拉长和开裂等现象这时容易出现跳齿现象。由于同步带受的载荷大，在后期维护中拉长现象很容易出现，变桨驱动系统在维护过程中张紧的次数会比较频繁。当同步带到达使用寿命时更换同步带比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性高且占用空间较小的风电变桨驱动机构。

本发明解决其技术问题所采用的电动直驱式风电变桨驱动系统，包括轮毂、变桨轴承外圈和变桨轴承内圈，所述变桨轴承外圈设置在轮毂上，所述变桨轴承内圈与所述变桨轴承外圈转动配合，还包括直线驱动机构，所述直线驱动机构可转动安装在变桨轴承内圈的圆周边缘上，所述直线驱动机构的一端安装有关节轴承，所述关节轴承铰接在轮毂上。

进一步的是，所述直线驱动机构包括电机和丝杠，所述电机的转子为中空状设置有螺纹驱动结构或中空状转子与螺纹驱动结构连接，所述丝杠与螺纹驱动结构相互配合，所述电机可转动安装在变桨轴承内圈的圆周边缘上，所述关节轴承安装在丝杠的一端。

进一步的是，所述螺纹驱动结构包括螺母和至少两根滚柱，所述螺母同轴固定设置在转子内，所述滚柱上设置有螺旋齿，滚柱、螺母和丝杠三者的齿形相互匹配，所述滚柱设置在丝杠与螺母之间使得三者配合传动，形成行星滚柱丝杠副。