蜗杆传动式变桨驱动装置及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种蜗杆传动式变桨驱动装置及风力发电机组。


背景技术：

2.风电是可再生能源领域中最具大规模开发价值和商业化发展前景的发电方式，可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大。
3.风力发电机组利用叶片驱动主轴转动，主轴带动发电机转轴转动将机械能转化为电能。现代风力发电机组采用变速变桨的运行方式，当风速达到额定风速或超过额定风速时，风力发电机组通过控制叶片的桨距角实现转速和功率输出的调节。叶片的变桨距驱动装置是风力发电机组的核心部件，保证了机组的稳定和安全运行。
4.小型风力发电机组由于自身尺寸以及成本的限制，通常采用集中式变桨驱动方案，即使用一套变桨驱动器同时驱动两支或更多的叶片实现变桨。
5.目前比较常见的集中式变桨驱动装置主要采用丝杆将电动机的圆周运动转换成直线方向的往复运动，通过销轴或连杆拖动叶片的根部完成部分的圆周运动。这一类方案一般需要将变桨电机设置在机舱的内部，丝杆穿过发电机的转轴进入轮毂内部，中型的风力发电机组可以采用。但是面对发电机转轴内径不足或轮毂内部尺寸不足的问题时，上述方案便无法实现。
6.还有一种常见的集中式变桨技术方案是锥齿轮传动，可以将一部变桨电机转动分别传递至沿三个不同变桨轴线方向的转动。这种方案的一个明显的劣势是锥齿轮传动比较低，必须搭配大齿圈实现比较高的传动比，否则变桨驱动单元的减速机成本将大大升高。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种蜗杆传动式变桨驱动装置，以解决背景技术中提到的至少一个技术问题。
8.为达上述目的，第一方面提供一种蜗杆传动式变桨驱动装置，其特征在于，至少由驱动单元、动力分流机构和蜗杆传动单元组成；
9.所述动力分流机构至少包含主动齿轮和至少两个从动齿轮；
10.所述驱动单元驱动所述动力分流机构；
11.所述动力分流机构驱动所述蜗杆传动单元；
12.所述蜗杆传动单元通过变桨轴承驱动风力发电机组叶片实现变桨。
13.在进一步技术方案中，所述动力分流机构中的所述主动齿轮与所述驱动单元中驱动电机的输出端或者减速机的输出端连接。
14.在进一步技术方案中，所述动力分流机构中的所述主动齿轮与全部所述从动齿轮啮合，所述驱动电机或所述减速机的动力能够通过所述主动齿轮传递至所述从动齿轮。
15.所述蜗杆传动单元中蜗杆与所述从动齿轮通过螺栓连接或键连接。
16.在进一步技术方案中，所述蜗杆的两端设置有转动轴承，用于支撑所述蜗杆和所述从动齿轮转动。
17.在进一步技术方案中，所述转动轴承的轴承座与风力发电机组的轮毂内壁连接；所述驱动单元的外壳与风力发电机组的轮毂或者主轴或者发电机转轴的内壁连接。
18.所述蜗杆传动单元中蜗轮的旋转轴线与所述叶片的变桨轴线相同或平行。
19.在进一步技术方案中，所述蜗轮通过转轴或直接与风力发电机组的变桨轴承转动圈连接，所述叶片的根部与所述变桨轴承转动圈连接。
20.第二方面，提供一种风电机组，所述风电机组包括所述的一种蜗杆传动式变桨驱动装置。
21.本实用新型的有益效果是：利用了蜗杆式传动中蜗轮与蜗杆转动轴线交错的特点，通过动力分流单元将一部变桨电机的动力传递至三支叶片的叶根。蜗杆式传动单元自身可实现较高的传动比，节省了变桨轴承齿圈以及驱动单元减速箱的成本。并且蜗杆式传动单元具备自锁的特性，因此无需额外的制动机构。同时整个装置结构简单，空间占用少，非常适合中小型风电机组的集中式变桨驱动。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置的示意图；
23.图2为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置动力分流单元示意图；
24.图3为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置蜗杆与从动齿轮连接示意图；
25.图4为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置单支叶片动力传递机构示意图；
26.图5为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置蜗轮与叶片的根部连接示意图；
27.图6为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置在轮毂内布置示意图；
28.图7为本实用新型实施例的蜗杆传动式变桨驱动装置全局示意图。
29.附图标号说明：
30.1、驱动单元，1.1、驱动电机，1.2、减速机，1.3、减速机输出轴，2、动力分流单元，2.1、主动齿轮，2.2、从动齿轮，2.3、键槽孔，3、蜗杆传动单元，3.1、蜗杆，3.2、蜗轮，3.3、转动轴承，3.4、蜗轮从动轴，4、变桨轴承，5、叶片，5.1、变桨轴线，6、轮毂，7、主轴。
31.值得注意的是上述附图是用于说明本实用新型的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本实用新型的原理，并且为了避免不必要的细节使本实用新型的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本实用新型时不会带来不便，而实际的实施例可以包括更多的模块或部件。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例的相关附图，对本实用新型实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不
是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.蜗杆传动式变桨驱动装置，主要包括驱动单元（1）、动力分流机构（2）和蜗杆传动单元（3）三部分。
34.如图1所示，动力分流机构（2）由一个主动齿轮（2.1）和三个从动齿轮（2.2）构成，从动齿轮（2.2）的数量与叶片（5）的数量一致。即需要驱动叶片的数量与动力分流支路的数量保持一致。
35.如图2和图3所示，驱动单元（1）驱动动力分流机构（2）,动力分流机构（2）驱动蜗杆传动单元（3）。
36.如图4所示，最终，由蜗杆传动单元（3）通过变桨轴承（4）驱动风力发电机组叶片（5）实现变桨。
37.本实用新型提出的蜗杆传动式变桨驱动装置实现所有叶片一起变桨的工作流程如下：
38.a）变桨控制器下发变桨指令到电机驱动器，电机驱动器调节驱动电机（1.1）的转速，驱动电机（1.1）与减速机（1.2）通过联轴器连接，在驱动电机（1.1）的带动下，减速机的输出轴（1.3）开始转动。
39.b）如图2所示，动力分流单元（2）中的主动齿轮（2.1）及从动齿轮（2.2）的中部都开设有键槽孔（2.3）。减速机输出轴（1.3）与主动齿轮（2.1）同轴转动，在减速机输出轴（1.3）的带动下主动齿轮（2.1）与从动齿轮（2.2）开始转动。
40.c）从动齿轮（2.2）与蜗杆传动单元（3）中的蜗杆（3.1）通过键槽孔（2.3）形成同轴转动；蜗轮（3.2）在蜗杆（3.1）的带动下开始转动，最终由涡轮（3.2）驱动叶片（5）沿变桨轴线（5.1）转动。
41.d）蜗杆传动式变桨驱动装置实现所有叶片同时变桨的流程结束。
42.本实用新型提出的蜗杆传动式变桨驱动装置的新颖性和优势是：
43.a）利用了蜗杆式传动中蜗轮蜗杆转动轴线交错的特点，通过动力分流单元将一部变桨电机的动力传递至三支叶片的叶根。
44.b）蜗杆式传动自身可实现较高的传动比，节省了变桨轴承齿圈以及驱动单元减速机的成本。
45.c）蜗杆式传动具备自锁的特性（即叶片无法在启动力的作用下自由转动），因此变桨驱动装置无需添加额外的制动机构（如变桨电机中的电磁抱闸）。
46.d）整个装置结构简单且紧凑，空间占用少，非常适合中小型风电机组的集中式变桨驱动。
47.如图2所示，动力分流机构（2）中的主动齿轮（2.1）与驱动单元（1）中减速机的输出轴（1.3）连接。在一些实施例中，主动齿轮（2.1）也可以与驱动电机（1.1）的输出端，是否设置减速机主要取决于动力分流机构（2）中主动齿轮（2.1）与从动齿轮（2.2）形成的传动比，以及如图1所示的蜗杆式传动单元（3）中蜗杆（3.1）与蜗轮（3.2）形成的传动比。
48.如图2所示，动力分流机构（2）中的主动齿轮（2.1）与全部从动齿轮（2.2）采用了直齿轮直接啮合的方式，这种方式简单可靠，在一些实施例中，也可以添加齿轮或采用斜齿轮的方案。
49.如图3所示，蜗杆传动单元（3）中蜗杆（3.1）与从动齿轮（2.2）通过键连接。在一些实施例中，蜗杆（3.1）与从动齿轮（2.2）也可以采用其他方式连接，如螺栓联接或销轴连接等可拆卸的连接方式。
50.如图3、图4和图5所示，蜗杆（3.1）的两端设置有转动轴承（3.3），由于蜗杆（3.1）穿过了从动齿轮（2.2），因此两端的转动轴承（3.3）可以同时用于支撑蜗杆（3.1）和从动齿轮（2.2）转动。
51.如图6所示，蜗杆（3.1）两端的转动轴承（3.3）的轴承座分别固定在风力发电机组的轮毂（6）的内壁上。在一些实施例中，当轮毂的尺寸增大时，考虑到蜗杆（3.1）两端的跨度不宜过大，可以在轮毂内部单独设置安装面为转动轴承（3.3）提供支撑，转动轴承（3.3）的轴承座并非总是直接与轮毂（6）的内壁连接。
52.驱动单元（1）会影响轮毂的轴向长度，进而影响叶轮的悬伸量。因此在条件允许的前提下，可以将的全部或部分驱动单元（1）设置在主轴（7）或发电机转轴的内部。在一些实施例中，如果主轴（7）或发电机转轴不足，可以适当增加轮毂的轴向长度，令驱动单元（1）的外壳与的轮毂（6）的内壁连接。
53.如图5和图7所示，蜗轮（3.2）的旋转轴线与叶片（5）的变桨轴线（5.1）相同，即叶片（5）和蜗轮（3.2）同轴旋转。在一些实施例中，由于传动比的原因，并不能保证蜗轮（3.2）的旋转轴线与叶片（5）的变桨轴线（5.1）相同。但在这种情况下，蜗轮（3.2）的旋转轴线与叶片（5）的变桨轴线（5.1）应当满足平行的约束条件，因此可以通过额外的齿轮传动完成动力传递。
54.如图7所示，蜗轮（3.2）通过转轴（3.4）与风力发电机组的变桨轴承（4）转动圈连接。在一些实施例中，如果蜗轮（3.2）距离叶片（5）的根部足够近，可以在蜗轮上开设与变桨轴承（4）转动圈匹配的螺栓孔，实现螺栓连接。
55.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
56.本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
57.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。