[实用新型]电动直驱式风电变桨装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风电驱动系统，尤其是一种电动直驱式风电变桨装置。

背景技术

全球商业化运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距技术。变桨距技术与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和质量，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。它与变频技术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，得到不断优化的输出功率曲线。

其它发电方式也采用类似的技术，例如太阳能发电，需要转动光伏组件获得最佳光照角度。这些追踪技术都与风电变桨技术类似。

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，主要由液压泵站、控制模块、蓄能器与执行机构油缸构成。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，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，实现直线往复运动或回转运动。液压缸的一端铰接于风机叶片的轮毂上，另一端铰接于回转支承的内圈。通过液压缸的伸缩实现桨距角的改变。液压变桨系统响应频率快、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。但是液压变桨控制过程较为复杂，存在液压油泄露的风险，受温度变化影响大(不宜在高温或低温下运行)。为了避免液压系统漏出的油进入风机内部，影响电气设备的工作和腐蚀电线，需要定期对风机系统维护，并且需要对液压系统定期换油，从而大大增加了维护和检修成本。

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齿轮啮合，带动桨叶变桨。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频繁的进行变桨调节容易产生过量的热负荷。

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。其优点是，柔性连接，能缓和冲击载荷，无需润滑与维护。其缺点为，寿命受机构运行环境影响非常大。一旦橡胶老化，同步带就会变形(拉长和开裂等)，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较为常见，增加变桨驱动系统张紧的次数。当同步带到达使用寿命时更换同步带也比较困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可靠性高且占用空间小的风电变桨驱动系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的电动直驱式风电变桨装置，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、连杆，所述直线驱动机构两端固定于轮毂上；所述连杆的一端与直线驱动机构铰接，连杆的另一端与变桨轴承内圈铰接，从而形成曲柄滑块机构。直线驱动机构可以进行往复运动，从而使得连杆带动变桨轴承内圈转动，从而实现变桨的目的。

进一步的是，还包括安装架，所述安装架固定安装在变桨轴承内圈上，所述连杆通过与安装架铰接从而实现与变桨轴承内圈的联动。安装架可以方便连杆的铰接，也能避免连杆直接与变桨轴承内圈接触，减少变桨轴承内圈的磨损。

进一步的是，所述安装架横跨于变桨轴承内圈，并两端固定于变桨轴承内圈。也就是安装架为条状或者其它形状，沿轴承内圈的直径布设。

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，所述丝杠的两端固定安装在轮毂上，所述丝杠与螺纹驱动结构相互配合，所述电机的机座与所述连杆一端铰接。

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。滚柱、螺母和丝杠三者形成行星滚柱丝杠副。