具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水平轴风力发电机技术领域，具体涉及水平轴风力发电机主传动
目.0
【背景技术】
[0002]传动系统作为风力发电机组的重要组成部分之一。保证机组输出功率稳定和风能最大化利用一直是该领域研究人员追求的目标。然而现有的机组传动系统均需要其他辅助设备(交-直-交变频器)才能保证其输出功率稳定而并网，加之风力发电机组常年工作于恶略的自然环境中，要求其变速运行且受载情况复杂造成了不必要的功率损失，并严重影响着机组的使用寿命。
[0003]随着控制电机技术的发展，伺服电机技术已经相当成熟，且容易实现控制，与风力发电机传动链结合起来用于补偿输入和辅助输出，保持传动链输出转速稳定的前提下，能够减少功率损失并降低机组成本，可以进一步促进风力发电技术的发展。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是解决风力发电机组传动链输出转速不稳定问题。
[0005]本实用新型是具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置，由叶轮1、行星级、两级平行级、伺服控制电机3、发电机12和反馈控制系统13组成，叶轮I通过主轴和齿轮箱内行星级的行星架2相连接，行星架2驱动三个行星轮6，行星轮6同时与内齿圈5和太阳轮7相啮合；在内齿圈5的左侧固连了一等大的外齿圈，伺服控制电机3作为扭矩补偿端通过第一小齿轮4与外齿圈实现嗤合；太阳轮7通过一较长的轴与第一级平行级得第一大齿轮8连接，第一大齿轮8和第二小齿轮9啮合构成了第一级平行级增速，第二平行级的第二大齿轮10和第一平行级的第二小齿轮9在同一轴上实现同步运动，大齿轮10和第三小齿轮11啮合构成了第二级平行级增速运动，第三小齿轮11安装在齿轮箱输出轴上。
[0006]本发明的有益效果是在去除变频装置降低机组成本的前提下，保证传动链输出转速恒定并减少功率损失，并且实现直接并网。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型结构的原理图；图2为本实用新型结构的实体结构图；图3为本实用新型结构的局部实体图，附图标记及对应名称为:叶轮1，行星架2，伺服控制电机3，第一小齿轮4，内齿圈，行星轮6，太阳轮7，第一大齿轮8，第二小齿轮9，第二大齿轮10，第三小齿轮11，发电机12，反馈控制系统13。
【具体实施方式】
[0008]如图1、图2、图3所示，本实用新型是具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置，由叶轮1、行星级、两级平行级、伺服控制电机3、发电机12和反馈控制系统13组成，叶轮I通过主轴和齿轮箱内行星级的行星架2相连接，行星架2驱动三个行星轮6，行星轮6同时与内齿圈5和太阳轮7相啮合；在内齿圈5的左侧固连了一等大的外齿圈，伺服控制电机3作为扭矩补偿端通过第一小齿轮4与外齿圈实现啮合；太阳轮7通过一较长的轴与第一级平行级得第一大齿轮8连接，第一大齿轮8和第二小齿轮9啮合构成了第一级平行级增速，第二平行级的第二大齿轮10和第一平行级的第二小齿轮9在同一轴上实现同步运动，大齿轮10和第三小齿轮11啮合构成了第二级平行级增速运动，第三小齿轮11安装在齿轮箱输出轴上。
[0009]如图1、图2所示，第一小齿轮4由伺服控制电机3驱动，与外齿圈相啮合；叶轮端为传动链装置的主输入端，伺服控制电机为传动链的扭矩补偿端，发电机12端为传动链装置的输出端。
[0010]本实用新型利用伺服控制电机的辅助输入对主输入进行控制补偿和对盈余功率辅助输出，保持传动系统输出端的转速恒定。风力发电机传动链的作用是将风轮转换的扭矩经过增速齿轮箱后输出给发电机，但风力时大时小决定了传动链传递的转速也是变化的，因此发电机输出功率不稳定而很难实现直接并网发电。如图2所示，本实用新型在传统的风力发电机传动链基础上增加了伺服控制电机。如图2所示，本实用新型对原来的行星系的内齿圈进行改进，在内齿圈5的左端增加了一个与之固连的外齿圈，实现了第一小齿轮4和齿齿圈5嗤合。风轮为整个传动链系统的主输入端，伺服控制电机3为辅助输入/输出端，发电机12为主输出端，通过反馈控制系统13将输出端和主输入端的转速反馈到伺服控制电机，当主输入端-叶轮I的转速低于机组运行的额定转速时，辅助端口经过反馈控制系统13换算后提供一定的转速补偿输入，保证发电机端口的转速恒定；当叶轮I的转速高于系统要求的额定转速时，传统的风力发电机通过变桨或其他方式限制风轮进一步捕获风能，此装置在风力发电机允许的最大风轮转速范围内不限制风轮继续捕获风能，保证主输出端转速恒定的条件下通过反馈控制系统13换算后将盈余的功率利用辅助端辅助输出，使伺服控制电机作为发电机运行而辅助发电，从而减少了功率的损失。主输入端的动力是由风轮转化气动力而来，传动链将机械能转换为电能后通过输出端直接并网发电机，伺服电动机存在三种工作状态，分别是从电网获取电能以电动机形式工作、不工作和作为发电机工作提供电能三种状态。
[0011]当叶轮I输入的转速不足以达到发电机12的额定转速时，反馈控制系统13将主输入转速和输出转速反馈到伺服控制电机3，辅助输入端开始工作，伺服控制电机3带动第一小齿轮4与行星轮系的内齿圈5啮合，给内齿圈5提供一定的转速，此时由主输入和辅助输入的转速叠加，经过增速箱增速后使得转速能够达到发电机12的额定转速而稳定发电；当风速超过风力发电机额定工作风速，但仍在机组工作转速范围内，此时由叶轮I提供的主输入转速已超过额定转速，反馈控制系统13将主输入转速和输出转速反馈到伺服控制电机3，辅助输入端以发电机模式工作，将盈余的功率通过伺服控制电机3输出而发电；当叶轮I提供的转速等于机组额定转速时，经反馈控制系统13计算后，辅助输入端停止工作，行星轮系的内齿圈5保持固定，只作为行星轮的啮合齿圈。从而通过这三种工作状态对传动链的输出转速进行控制，最终能够保持输出转速恒定。
[0012]结构的这三种工作状态可通过伺服电机的工作特征区分。其一，当伺服控制电机3的转速为零即不工作时，系统主输入端功率除传动损失外全部传递给主发电机端；其二，当伺服控制电机3作为辅助输入端时，系统主输入端功率及伺服电机功率的总和除传动损失外全部传递给主发电机端；其三，当伺服控制电机3作为辅助输出时，系统主输入端的功率除传动损失外，被分流至主输出端和伺服电机端。
【主权项】
1.具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置，由叶轮(I)、行星级、两级平行级、伺服控制电机(3)、发电机(12)和反馈控制系统(13)组成，其特征在于叶轮(I)通过主轴和齿轮箱内行星级的行星架(2)相连接，行星架(2)驱动三个行星轮(6)，行星轮(6)同时与内齿圈(5)和太阳轮(7)相嗤合；在内齿圈(5)的左侧固连了一等大的外齿圈，伺服控制电机(3)作为扭矩补偿端通过第一小齿轮(4)与外齿圈实现啮合；太阳轮(7)通过一较长的轴与第一级平行级得第一大齿轮(8)连接，第一大齿轮(8)和第二小齿轮(9)啮合构成了第一级平行级增速，第二平行级的第二大齿轮(10)和第一平行级的第二小齿轮(9)在同一轴上实现同步运动，大齿轮(10)和第三小齿轮(11)啮合构成了第二级平行级增速运动，第三小齿轮(11)安装在齿轮箱输出轴上。2.根据权利要求1所述的具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置，其特征在于:第一小齿轮(4)由伺服控制电机(3)驱动，与外齿圈相啮合；叶轮端为传动链装置的主输入端，伺服控制电机为传动链的扭矩补偿端，发电机(12)端为传动链装置的输出端。
【专利摘要】具有扭矩补偿功能的风力发电机传动链装置，由叶轮（1）、行星级、两级平行级、伺服控制电机（3）、发电机（12）和反馈控制系统（13）组成，叶轮（1）通过主轴和齿轮箱内行星级的行星架（2）相连接，行星架（2）驱动三个行星轮（6），行星轮（6）同时与内齿圈（5）和太阳轮（7）相啮合；在内齿圈（5）的左侧固连了一等大的外齿圈，伺服控制电机（3）作为扭矩补偿端通过第一小齿轮（4）与外齿圈实现啮合；太阳轮（7）通过一较长的轴与第一级平行级得第一大齿轮（8）连接，第一大齿轮（8）和第二小齿轮（9）啮合构成了第一级平行级增速，第二平行级的第二大齿轮（10）和第一平行级的第二小齿轮（9）在同一轴上实现同步运动，大齿轮（10）和第三小齿轮（11）啮合构成了第二级平行级增速运动，第三小齿轮（11）安装在齿轮箱输出轴上。
【IPC分类】F03D9/00
【公开号】CN204921265
【申请号】CN201520694753
【发明人】赵荣珍, 刘宏, 靳伍银, 郑玉巧, 叶舟, 王群旺, 张娟
【申请人】兰州理工大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月10日