专利名称：一种机械式桨叶变矩器的制作方法
技术领域：
本发明属于风力发电机浆叶变矩控制装置，特别是一种机械式浆叶变矩器。
空气螺旋浆型风力发电机，为保证风力发电机浆叶在不同风速下，保持稳定的转速，保证发电质量和机组不受损失，现有技术的浆叶变矩采用都是与浆叶主轴分离的单独部件来分别实现。如美国的MOD-2型采用电液伺服系统和计算机控制，丹麦的维斯塔机型则采用多台不同容量的发电机与浆叶同轴串联，当风速增大时，就多给一台发电机励磁，以增加浆叶的负载，控制浆叶转速，而发电机的停车，安全保护则另设一套装置，如浙江20KW、40KW机型，对于浆叶的位置传感和控制，现有技术则是在浆叶根部设置行程开关。将电信号通过导线，穿过浆叶主轴中心孔，传到机舱内不旋转的部件上进行控制，这样就必须增加滑环。现有技术的主要缺点是，结构复杂、成本高、可靠性差、特别是变矩位置传感系统，而且该系统只能显示和控制浆叶两极限位置，精度低，一般变频误差大于规定的5%，机舱内各部件布置不能按装在同一轴线上，造成整机重心偏置，给整机的稳定带来困难。
本发明的目的是，根据机械差动原理，设计一种能克服现有技术缺点的机械式浆叶变矩器。
本发明的目的是这样实现的，浆叶变矩器的变矩控制系统由行星轮、行星轮架、中枢套内齿圈、太阳轮，组成的行星轮系构成。与浆叶联接的空心主轴一端与变矩控制系统的行星轮架联接，变矩控制系统的太阳轮安装在空心主轴内的芯轴上，芯轴另一端与变矩螺母联接。变矩电机经齿轮与变矩控制系统中枢套外齿圈联接，变矩电机同时经空心主轴上的离合齿圈，离合器与空心主轴联接，变矩电机还经齿轮带动小丝杆，小丝杆上装有传感指示齿轮，传感指示齿轮与传感齿轮啮合，传感齿轮经同轴小链轮、链条、大链轮、大链轮同轴的联轴齿轮与变矩控制系统行星轮架上内齿圈联接。
以下结合附图对本发明进行描述。
附图为本发明结构示意图。
1、浆叶启动风力发电机开始工作，浆叶启动，先将离合器M3断开，变矩电动机1给电转动，变矩电机1经齿轮3、左齿轮4、右齿轮5带动中枢套外齿圈7，使中枢套27转动，由于这时空心主轴24处于静止状态，所以中枢套27带动中枢套内齿圈17、行星轮16，使太阳轮18转动，太阳轮18与芯轴19的转动，芯轴19前部的变矩螺母21作用轴向移动，变矩螺母21推动偏心盘22转动。使浆叶23沿自身轴转动，浆叶23进入迎风状态而启动。
2、浆叶变矩风力发电机工作时，为保证浆叶保持稳定的转速，浆叶应不断自动跟踪风速的变化进行变矩。本发明根据风力发电机设计的额定转速，确定中枢套内齿圈17的额定转速，变矩电机1转动，经齿轮3，和左齿轮4、右齿轮5和中枢套外圈7传动付的匹配，使中枢套内齿圈17出现额定转速，根据差动原理，只要空心主轴24带动行星轮架20与中枢套齿圈17出现差速传动，则太阳轮18和芯轴19就会相对空心轴24发生相对转动。当空心主轴24转速大于中枢套内齿圈17的额定转速时，太阳轮18相对行星轮架20产生超前的旋转，同理空心主轴24转速低于中枢套内齿圈17的额定转速时，太阳轮18则相对行星轮架20产生滞后的旋转，这样芯轴19相对空心主轴24出现超前或滞后的转动，从而使变矩螺母22产生轴向前、后移动，实现了浆叶23随自然风速自动变矩，保证了浆叶23在额定转速下稳定工作。
3、工作停车、紧急停车风力发电机需要停车时，变矩电机1断电，离合器M3闭合，离合器齿圈6、左齿轮4、右齿轮5到中枢套外齿圈7的传动比小于1，所以保证了这种状态下，空心主轴24的转速永远大于中枢套内齿圈17的转速，这样太阳轮18相对行星轮架20产生超前的旋转，芯轴19上的变矩螺母21沿芯轴19移动，使浆叶23的浆矩朝着顺浆方向调节，直到由风造成的动力不足以驱动浆叶23转动为止，使风力发电机达到停车状态，如改变了风速和风向使浆叶23又开始旋转，以上机构还会使浆叶23顺浆，直到浆叶23在新的状态下停止转动为止，由于停车时的浆矩是一个随机数值，所以这种反馈式的停车机构保证了浆叶23只要是已经停车，在任何风速下，只要不是人为启动，它就不会自行旋转，对于特殊情况，如风力发电机突然卸荷，电气系统出现故障，以及出现大风时，通过断电信号，风速信号控制离合器M3闭合，浆叶23就会通过以上机构自动停车。
4、浆叶变矩位置传感及控制风力发电机需要随时测量和显示浆叶23的位置是否在规定的转角范围内，本发明是通过以下机构来实现的，右齿轮5、中枢套外齿圈7、中枢套内齿圈17、行星轮16、内齿圈15、联轴齿轮14、大链轮13、链条2、小链条12、链轮轴25、传感齿轮11、传感指示齿轮10、丝杆轴26、齿轮9、齿轮8、联动轴28构成一个闭合机械传动链，传感指示齿轮10与传感齿轮11啮合，同时带螺纹的内孔与丝杆轴26螺纹联接，通过设计的大链轮13和小链轮12，齿轮8和齿轮9之间的传动比匹配，利用差动原理，保证了空心主轴24与中枢套内齿圈17转速相等时(即浆叶23不变矩时)，尽管传感齿轮11与传感指示齿轮10在啮合旋转，由于链轮轴25与丝杆轴26转速相等，传感指示齿轮10也不会沿丝杆轴26轴向移动，当空心主轴24与中枢套内齿圈17出现转速差时(即浆叶23开始变矩时)，链轮轴25与丝杆轴26出现转速差，这时传感指示齿轮10就会沿着丝杆轴26作轴向移动，从而可随时测量并指示浆叶23的变矩角度，在传感指示齿轮10的两极限位置，设有行程开关挡块，还可控制浆叶23变矩时的两极限位置。
本发明设计中大链轮13与小链轮12传动比3∶1中枢套外齿圈7与右齿轮5的传动比为3∶1齿轮8与齿轮9的传动比为1∶1
传感齿轮11与传感指示齿轮10的传动比为1∶1本发明设计具有如下特点，本机设计中心在同一轴线上，给发电机工作时的稳定带来方便，浆叶变矩的机械式行星机构。使浆叶工作，紧急停车的机械式反馈停车机构和机械式差动浆叶位置传感和控制机构，都设置在同一部件上，具有结构简单，使用安全可靠，变矩精度高，便于安装维修和保养等特点，而且全部机构都设置在机舱内，为在恶劣条件下工作的风力发电机各部结构有较好的工作条件，提供了可靠保证，本发明经现场工作试验表明，结构设计合理，各种性能稳定可靠，是一种比较理想的浆叶变矩控制装置，不仅可用于各种螺旋浆式风力发电机，还可用于其它浆叶变矩等类似要求的控制装置。
1、变矩电机 2、链条 3、齿轮 4、左齿轮5、右齿轮 6、离合齿圈 7、中枢套外齿圈8、齿轮 9、齿轮 10、传感指示齿轮11、传感齿轮 12、小链轮 13、大链轮14、联轴齿轮 15、内齿圈 16、行星轮17、中枢套内齿圈 18、太阳轮 19、芯轴20、行星轮架 21、变矩螺母 22、偏心盘 23、浆叶24、空心主轴 25、链轮轴 26、丝杆轴27、中枢套 28、联动轴
权利要求
1.一种机械式浆叶变矩器，由变矩控制系统、空心主轴、芯轴和变矩电机组成，其特征在于a、所述的变矩控制系统由行星轮16、中枢套内齿圈17、太阳轮18和行星轮架20组成的行星轮系构成，b、所述的空芯主轴24与变矩控制系统的行星轮架20联接，c、所述的芯轴19与变矩控制系统的太阳轮18同轴固定联接，d、所述的变矩电机1，输出轴装有齿轮3，齿轮3经左齿轮4、同轴右齿轮5与中枢套外齿圈7啮合，e、所述的空心主轴24上，还设置有停车机构。
2.根据权利要求1所述的浆叶变矩器，其特征在于所述的空心主轴24上的停车机构，由离合器M3和离合器齿圈6组成，离合器M3一端固定在空心主轴24上，另一端固定在可与空心主轴24相对转动，并与左齿轮4啮合的离合齿圈6上。
3.根据权利要求1、2所述的浆叶变矩器，其特征在于行星轮架20上设有内齿圈15，内齿圈15与联轴齿轮14啮合，联轴齿轮14经同轴大链轮13、链条2、小链轮12，链轮轴25与传感齿轮11联接，传感齿轮11与传感指示齿轮10啮合。
4.根据权利要求1、2所述的浆叶变矩器，其特征在于所述的左齿轮4、右齿轮5同一轴上还装有齿轮8，齿轮8与丝杆轴26上齿轮9啮合。丝杆轴26与传感指示齿轮10内螺纹孔联接。
5.根据权利要求3所述的浆叶变矩器，其特征在于所述的左齿轮4、右齿轮5同一轴上还装有齿轮8，齿轮8与丝杆轴26上齿轮9啮合，丝杆轴26与传感指示齿轮10内螺纹孔联接。
全文摘要
本发明属于风力发电机的桨叶变矩器，其特点是解决了风力发电机桨叶启动、变矩、桨叶位置传感和控制、工作和紧急停车等技术问题，结构特征在于，采用机械式行星差动变矩控制系统，机械反馈式停车系统，机械式差动位置传感和控制系统，工作时桨叶通过空心主轴变矩控制系统，随自然风速，调整桨叶位置，使桨叶保持稳定转速，保证发电质量。本发明可广泛用于风力发电机桨叶变矩和其它有类似功能要求的桨叶变矩。
文档编号F03D7/04GK1055581SQ9010194
公开日1991年10月23日 申请日期1990年4月6日 优先权日1990年4月6日
发明者张建兴, 李斌, 姚增文, 王巨文, 张发智 申请人:河北省机械科学研究院