变桨驱动装置、变桨驱动系统及风力发电机组

摘要

本发明涉及一种变桨驱动装置、变桨驱动系统及风力发电机组，变桨驱动装置用于驱动风涡器转动预定角度，变桨驱动装置包括：滑环装置，包括同轴设置的固定环和转动环，固定环与转动环之间设置有油道，转动环的外周侧设置有固定部；变桨轴承，设置于固定部与风涡器之间，变桨轴承包括内圈和外圈；驱动装置，包括驱动杆件，驱动杆件与油道连通，且可活动地连接至内圈或者外圈，以通过油压驱动内圈或者外圈带动风涡器往复转动。本发明通过设置具有油道的滑环装置及与滑环装置的油道连通的驱动杆件，并采用液压驱动技术为驱动杆件提供驱动力，从而能够为风涡器提供稳定强劲的动力，并且结构简单、易于维护，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种变桨驱动装置、变桨驱动系统及风力发电机组。

背景技术

风力发电机组是将风能转化为电能的发电系统，其中叶片桨距角的大小直接影响到了风力发电机组吸收的风能。风力发电机组在运行中需要根据风速的大小不断的调整叶片桨距角，保证风力发电机组处于最优的运行状态，其中采用变桨驱动装置来调整叶片的桨距角。

现有的变桨驱动装置有电动变桨驱动装置和直线型液压缸变桨驱动装置。其中，电动变桨驱动装置中的执行单元由电动机、变桨齿轮箱和蓄电池组成，这种执行单元的成本较高，而且发电机组不能随时启动发电，需要等蓄电池充电后才能启动，系统的响应速度也较慢，具有风轮超速的隐患，使得发电机组具有潜在的超载风险。

直线型液压缸变桨驱动装置的执行单元是直线型液压缸及其控制回路，这种执行单元具有传动力矩大、刚度大、定位精确、动态响应速度快等优点；但是由于其控制回路中部件较多，控制回路很复杂，体积也很大，因此故障率较高，维护极为不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种变桨驱动装置、变桨驱动系统及风力发电机组，该变桨驱动装置能够为叶片提供稳定的动力，且结构简单，便于维护。

一方面，本发明实施例提供了一种变桨驱动装置，用于驱动风涡器转动预定角度，该变桨驱动装置包括：滑环装置，包括同轴设置的固定环和转动环，固定环与转动环之间设置有油道，转动环的外周侧设置有固定部；变桨轴承，设置于固定部与风涡器之间，变桨轴承包括同轴设置的内圈和外圈；驱动装置，包括驱动杆件，驱动杆件与油道连通，且可活动地连接至内圈或者外圈，以通过油压驱动内圈或者外圈带动风涡器往复转动。

根据本发明实施例的一个方面，油道包括沿滑环装置的轴向间隔设置的第一油道和第二油道，驱动杆件包括呈预定角度相互连接的第一杆件和第二杆件，第一杆件的一端可活动地连接至变桨轴承的内圈/外圈，另一端与第一油道连通，第二杆件的一端与第一杆件枢轴连接，另一端与第二油道连通，使得第一杆件与第二杆件共同作用以驱动内圈或者外圈带动风涡器往复转动。

根据本发明实施例的一个方面，第一杆件包括同轴设置的第一空心杆件和第一活塞杆件，第一空心杆件上设置有与第一油道连通的第一油管，外圈/内圈上设置有沿自身径向向外延伸的安装轴，第一活塞杆件的端部设置有长条孔，第一杆件通过长条孔与安装轴的配合可活动地连接至内圈或者外圈。

根据本发明实施例的一个方面，第二杆件包括同轴设置的第二空心杆件和第二活塞杆件，第二空心杆件上设置有与第二油道连通的第二油管，第二活塞杆件的端部与第一空心杆件枢轴连接。

根据本发明实施例的一个方面，第一油道包括由固定环的外表面沿径向向内凹陷形成的第一弧形槽和由转动环的内表面沿径向向内凹陷形成的第二弧形槽，且第一弧形槽与第二弧形槽之间设置有环形密封件，以形成封闭的通道；第二油道包括由固定环的外表面沿径向向内凹陷形成的第三弧形槽和由转动环的内表面沿径向向内凹陷形成的第四弧形槽，且第三弧形槽与第四弧形槽之间设置有环形密封件，以形成封闭的通道。

根据本发明实施例的一个方面，驱动装置进一步包括液压站，第一弧形槽上设置有与液压站连通的第一主油槽，第三弧形槽上设置有与液压站连通的第二主油槽。

根据本发明实施例的一个方面，第二弧形槽上设置有与第一油管连通的第一油槽，第四弧形槽上设置有与第二油管连通的第二油槽。

根据本发明实施例的一个方面，第一油管包括第一进油管和第一回油管，第二油管包括第二进油管和第二回油管；第二弧形槽上设置有与第一进油管连通的第一进油槽和与第一回油管连通的第一回油槽，第四弧形槽上设置有与第二进油管连通的第二进油槽和与第二回油管连通的第二回油槽。

根据本发明实施例的一个方面，固定部的数量为两个以上，两个以上的固定部均布于转动环的外周侧，每个固定部上设置有变桨轴承，并且每个变桨轴承对应设置有驱动装置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种变桨驱动系统，用于风力发电机组，该变桨驱动系统包括：风涡器，设置于风力发电机组的发电机的转子外周侧，风涡器包括叶片和沿自身轴向支撑叶片的导杆；如前所述的任一种变桨驱动装置，变桨驱动装置的滑环装置与发电机同轴设置，变桨驱动装置的变桨轴承的内圈或者外圈与导杆连接，以驱动内圈或者外圈带动风涡器往复转动。

另一方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机组，其包括如前所述的变桨驱动系统。

本发明实施例提供的变桨驱动装置，通过设置具有油道的滑环装置及与滑环装置的油道连通的驱动杆件，并采用液压驱动技术为驱动杆件提供驱动力，从而能够为风涡器提供稳定强劲的动力。另外，本发明实施例提供的变桨驱动系统及风力发电机组，采用该变桨驱动装置，结构简单、易于维护，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的一种变桨驱动装置的局部剖视结构示意图；

图2是图1所示的变桨驱动装置中的区域A的放大结构示意图；

图3是图1所示的变桨驱动装置中的固定环的结构示意图；

图4是图1所示的变桨驱动装置中的一种转动环的局部结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种变桨驱动装置的局部剖视结构示意图；

图6是图5所示的变桨驱动装置中的区域B的放大结构示意图；

图7是图5所示的变桨驱动装置中的转动环的局部结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种变桨驱动系统的结构示意图；

其中：

1-第一油管；1a-第一进油管；1b-第一回油管；2-第二油管；2a-第二进油管；2b-第二回油管；3-第一油槽；4-第二油槽；3a-第一进油槽；3b-第一回油槽；4a-第二进油槽；4b-第二回油槽；

10-滑环装置；11-固定环；12-转动环；13-第一油道；13a-第一弧形槽；13b-第二弧形槽；14-第二油道；14a-第三弧形槽；14b-第四弧形槽；15-固定部；16-油道；

20-变桨轴承；21-变桨轴承的内圈；22-变桨轴承的外圈；22a-安装轴；30-驱动装置；31-第一杆件；31a-第一空心杆件；31b-第一活塞杆件；31c-长条孔；32-第二杆件；32a-第二空心杆件；32b-第二活塞杆件；33-液压站；331-第一主油槽；332-第二主油槽；40-中轴；

100-变桨驱动装置；200-风涡器；210-叶片；220-导杆。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图8对本发明实施例提供的变桨驱动装置、变桨驱动系统及风力发电机组进行详细描述。

参阅图1，本发明实施例提供了一种变桨驱动装置100，用于驱动风涡器转动预定角度，变桨驱动装置100包括：滑环装置10、变桨轴承20和驱动装置30。

滑环装置10包括同轴设置的固定环11和转动环12，固定环11与转动环12之间设置有油道16，转动环12的外周侧设置有固定部15。固定环11固定连接至中轴40，用于向滑环装置10的油道16供油。中轴40可以设计为中空结构，液压站33可以放置与中轴40中，用于向滑环装置10的油道16供油。当然，液压站33也可以设置于其他部位。

变桨轴承20设置于固定部15与风涡器之间，变桨轴承20包括同轴设置的内圈21和外圈22，内圈21与固定部15固定或者二者一体成型设计，外圈22与风涡器连接，内圈21与外圈22之间设置有滚动件。作为一种可选的实施方式，外圈22也可以与固定部15固定或者二者一体成型设计，内圈21沿轴向的高度高于外圈22，从而使内圈21的端部与风涡器连接。

驱动装置30包括驱动杆件，驱动杆件与油道16连通，且可活动地连接至内圈21或者外圈22，以通过油压驱动内圈21或者外圈22带动风涡器200往复转动。

本发明实施例提供的变桨驱动装置100，通过设置具有油道16的滑环装置10及与滑环装置10的油道16连通的驱动杆件，并采用液压驱动技术为驱动杆件提供驱动力，从而能够为风涡器提供稳定强劲的动力。

下面结合附图进一步详细描述本发明实施例提供的变桨驱动装置100的各个部件的具体结构。

为了便于描述，本发明实施例以变桨轴承20的外圈22与风涡器连接、内圈21与固定部15连接为例进行描述。

请一并参阅图1和图2，油道16包括沿滑环装置10的轴向间隔设置的第一油道13和第二油道14，驱动杆件包括呈预定角度相互连接的第一杆件31和第二杆件32，第一杆件31的一端可活动地连接至外圈22，另一端与第一油道13连通，第二杆件32的一端与第一杆件31枢轴连接，另一端与第二油道14连通，使得第一杆件31与第二杆件32共同作用以驱动外圈22带动风涡器200往复转动。

由于外圈22绕自身轴向作往复圆周运动，故第一杆件31连接至外圈22的一端的运动轨迹通过呈预定角度相互连接的第一杆件31和第二杆件32各自的直线运动合成为一段圆弧。该预定角度根据第一杆件31和第二杆件32的尺寸及运动轨迹而定。

风涡器开桨时，外圈22带动风涡器绕自身轴向转动预定桨距角，风涡器收桨时，外圈22带动风涡器绕自身轴向逆向转动，回归原位置。预定桨距角的大小根据风力大小可自适应调整。

进一步地，第一杆件31包括同轴设置的第一空心杆件31a和第一活塞杆件31b，第一空心杆件31a上设置有与第一油道13连通的第一油管1，外圈22上设置有沿自身径向向外延伸的安装轴22a，安装轴22a可以固定于由外圈22沿自身径向向外延伸的安装耳上。第一活塞杆件31b的端部设置有长条孔31c，第一杆件31通过长条孔31c与安装轴22a的配合可活动地连接至外圈22。

第二杆件32包括同轴设置的第二空心杆件32a和第二活塞杆件32b，第二空心杆件32a上设置有与第二油道14连通的第二油管2，第二活塞杆件32b的端部与第一空心杆件31a枢轴连接。

其中，第一活塞杆件31b的端部设置长条孔31c的目的是为了防止第一杆件31与第二杆件32在各自直线运动过程中被卡住，长条孔31c与安装轴22a可活动连接，从而使第一杆件31与第二杆件32各自直线运动轨迹合成为一段圆弧。

请一并参阅图1、图3和图4，第一油道13包括由固定环11的外表面沿径向向内凹陷形成的第一弧形槽13a和由转动环12的内表面沿径向向内凹陷形成的第二弧形槽13b，且第一弧形槽13a与第二弧形槽13b之间设置有环形密封件(图中未示出)，以形成封闭的通道，防止液压油从第一弧形槽13a与第二弧形槽13b的接合处溢出。

第二油道14包括由固定环11的外表面沿径向向内凹陷形成的第三弧形槽14a和由转动环12的内表面沿径向向内凹陷形成的第四弧形槽14b，且第三弧形槽14a与第四弧形槽14b之间设置有环形密封件(图中未示出)，以形成封闭的通道，防止油从第三弧形槽14a与第四弧形槽14b的接合处溢出。

可选地，第一弧形槽13a、第二弧形槽13b、第三弧形槽14a和第四弧形槽14b分别为1/2圆弧，便于加工。

其中，第一弧形槽13a上设置有与液压站33连通的第一主油槽331，第三弧形槽14a上设置有与液压站33连通的第二主油槽332。第二弧形槽13b上设置有与第一油管1连通的第一油槽3，第四弧形槽14b上设置有与第二油管2连通的第二油槽4。

由此，当液压站33收到开桨指令时，通过固定环11上的第一主油槽331将液压油从油箱中供油到第一油道13中，然后通过转动环12上的第一油槽3、第一油管1进入第一杆件31的第一空心杆件31a内，并向第一活塞杆件31b提供油压驱动力；通过固定环11上的第二主油槽332将液压油从油箱中供油到第二油道14中，然后通过转动环12上的第二油槽4、第二油管2进入第二空心杆件32a内，并向第二活塞杆件32b提供油压驱动力，以分别驱动第一杆件31和第二杆件32各自运动，从而使与第一杆件31连接的外圈22带动风涡器绕自身轴向转动预定桨距角。

当液压站33收到收桨指令时，第一空心杆件31a内的液压油通过第一油管1、第一油槽3流回至第一油道13内，然后再通过第一主油槽331回收到油箱中；第二空心杆件32a内的液压油通过第二油管2、第二油槽4流回至第二油道14内，然后再通过第二主油槽332回收到油箱中。此时，第一活塞杆件31b和第二活塞杆件32b开始带动外圈22逆向转动，从而使与第一杆件31连接的外圈22带动风涡器沿原来的运动轨迹返回至原位置。

由于液压站33收到开桨指令或者收桨指令后，液压油驱动第一杆件31或者第二杆件32的运动会略有延迟，故作为一种可选的实施方式，可以将第一杆件31上设置的第一油管1分为进油管和回油管，第二杆件32上设置的第二油管2分为进油管和回油管，转动环12上也相应地设置进油槽和回油槽。进油管和回油管单独设置，可以更加灵活、精确地控制每个驱动杆件的速度和流量。

请一并参阅图5、图6和图7，第一油管1包括第一进油管1a和第一回油管1b，第二油管2包括第二进油管2a和第二回油管2b，第二弧形槽13b上设置有与第一进油管1a连通的第一进油槽3a和与第一回油管1b连通的第一回油槽3b，第四弧形槽14b上设置有与第二进油管2a连通的第二进油槽4a和与第二回油管2b连通的第二回油槽4b。

由此，当液压站33收到开桨指令时，通过固定环11上的第一主油槽331将液压油从油箱中供油到第一油道13中，然后通过转动环12上的第一进油槽3a、第一进油管1a进入第一杆件31的第一空心杆件31a内，并向第一活塞杆件31b提供油压驱动力；通过固定环11上的第二主油槽332将液压油从油箱中供油到第二油道14中，然后通过转动环12上的第二进油槽4a、第二进油管2a进入第二杆件32的第二空心杆件32a内，并向第二活塞杆件32b提供油压驱动力，以分别驱动第一杆件31和第二杆件32各自运动，从而使与第一杆件31连接的外圈22带动风涡器绕自身轴向转动预定桨距角。

当液压站33收到收桨指令时，第一空心杆件31a内的液压油通过第一回油管1b、第一回油槽3b流回至第一油道13内，然后再通过第一主油槽331回收到油箱中；第二空心杆件32a内的液压油通过第二回油管2b、第二回油槽4b流回至第二油道14内，然后再通过第二主油槽332回收到油箱中。此时，第一活塞杆件31b和第二活塞杆件32b开始带动外圈22逆向转动，从而使与第一杆件31连接的外圈22带动风涡器沿原来的运动轨迹返回至原位置。

需要说明的是，当风涡器需要的驱动力较小时，本发明实施例中的滑环装置10可以采用单个油道16，油道16上设置有与驱动杆件连通的油槽；当风涡器需要的驱动力较大时，滑环装置10也可以采用双油道设计，即第一油道13和第二油道14，每个油道上均布置有相应的进油槽和回油槽，并分别连接至对应的第一杆件31和第二杆件32，如果第二杆件32在工作过程中因故障失效，第一杆件31可以继续带动风涡器转动，即使风涡器达不到预定角度，至少可以继续带动发电机发电而不必停止工作，相对于单通道、单个驱动杆件来说，提高了变桨驱动装置的可靠性，同时也减小了液压站33的功率；或者滑环装置10也可以采用多油道设计，相应的驱动杆件为多个杆件，分别各自独立控制，以提高系统的可靠性和安全性。

另外，本发明实施例中的滑环装置10的固定部15的数量可以为两个以上，例如三个，两个以上的固定部15均布于转动环12的外周侧，每个固定部15上设置有变桨轴承20，并且每个变桨轴承20对应设置有驱动装置30，以驱动相应的风涡器转动预定角度，两个以上的驱动装置30带动两个以上的风涡器转动，从而增大了风能积聚能力，提高了发电功率和发电效率。

虽然以上为了方便描述，以变桨驱动装置100的变桨轴承20的外圈22与风涡器连接、内圈21与固定部15固定作为示例进行了描述，但应理解的是，根据本发明的示例性实施例的变桨驱动装置100同样适用于变桨轴承20的内圈21与风涡器连接、外圈22与固定部15固定的结构，不再赘述。

由此，本发明实施例提供的变桨驱动装置100，采用液压驱动技术为风涡器提供稳定强劲的动力，相对于现有技术中的直筒型液压缸来说，结构简单，易于维护，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。

参阅图8，本发明实施例还提供了一种变桨驱动系统，用于风力发电机组，该变桨驱动系统包括：如前所述的变桨驱动装置100和风涡器200。

风涡器200设置于风力发电机组的发电机M的转子外周侧，风涡器200包括叶片210和沿自身轴向支撑叶片210的导杆220。

变桨驱动装置100的滑环装置10与发电机M同轴设置，变桨驱动装置100的变桨轴承20的内圈21或者外圈22与导杆220连接，以驱动内圈21或者外圈22带动风涡器200往复转动。

另外，本发明实施例还提供了一种风力发电机组，其包括如前所述的变桨驱动系统。

本发明实施例提供的风力发电机组，通过控制风涡器200的桨距角来控制风轮对风能的吸收，具有输出功率平稳、转矩振荡及机舱振荡小的特点，而且能有效降低噪音，改善风涡器200和整机的受力状况，因而能保证发电机组的安全可靠运行，延长设备整体的使用寿命。例如，遇到台风等强风力时，将风涡器200控制在与风向相平行的位置上，此时风涡器200变距起到气动刹车的作用，使风涡器200不再转动，从而使发电机组停止运行；风力较小时，控制风涡器200增加受力面积，以尽可能多的吸收风能。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，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。本发明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。