用于转动风力发电机转子的装置、方法及风力发电机组

摘要

本发明公开了一种用于转动风力发电机转子的装置、方法及风力发电机，该装置包括抱片、销体、安装座和齿传动组件；该装置通过齿配合传动，转子和机座可以实现自动锁定，并且可以通过设置多个连接于抱片与转子之间的销轴，大大增加了抱片与转子的接触面积，载荷分布比较均匀，转子局部受力比较小，在转动过程中可以减小转子变形量；通过控制驱动部件的转动方向，既可以实现转子顺时针和逆时针两方向转动，当转子转动位置发生偏差时，有利于方便快速进行修正；并且齿传动形成可以不受限制，可以为0至360度任一角度，即本发明所提供的装置可以通过一次周期传动转动至下一叶片的安装位置，大大提高了装配效率。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种用于转动风力发电机转子的装置、方法及风力发电机组。

背景技术

风力发电机是一种将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，来促使发电机发电。

风力发电机包括机舱、发电机、叶片等主要部件。发电机包括转子和定子，转子的主轴设置有轮毂，叶片安装于转子的轮毂用来接受风力并带动转子转动，进而带动发电机转子转动，发电机的定子绕组切割磁力线产生电能。

叶片的数量至少为一个，一般优先为三个，当叶片数量多于一个时，需要改变轮毂的位置以满足不同叶片的组装需求。即当完成一个叶片的组装后，轮毂需要从该位置转动一定角度至另一位置，然后再进行另一叶片的组装。并且，当叶片进行维修或维护时，也需要调节叶片于适当角度。

目前，叶片位置的调节主要依靠设置于风力发电机中的转动装置进行驱动实现，转动装置设置于机舱内部或者部分设置于机舱外部，转动装置可以驱动转子相对定子转动，进而带动连接转子轴的轮毂转动，以实现叶片位置的调节。

现有技术中的转动装置与风力发电机的机舱为一体式结构，增加了机舱的重量，并且不利于风力发电机整体布局。

因此，如何改进现有技术中的转动装置，在实现叶片位置可靠变换的前提下减轻机舱重量，且便于转动装置的安装，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于转动风力发电机转子的装置，包括：

抱片，其包括侧壁，所述侧壁设置有平行于风力发电机的转子轴向的销孔；

销体，用于连接所述抱片的侧壁的销孔和所述转子的盖板上的销孔；

安装座，设置有与风力发电机的机座配合可拆卸连接的定位部；

齿传动组件，包括驱动部件，以及相互啮合配合的第一啮合齿结构和第二啮合齿结构；所述驱动部件支撑于所述安装座，所述第一啮合齿结构连接所述驱动部件的动力输出轴，所述第二啮合齿结构固定于所述抱片。

可选的，所述抱片还包括自所述侧壁的上缘向外弯折的横壁，所述抱片为环形结构，所述环形结构具有朝向所述转子的开口，并且所述抱片的侧壁与横壁围成的安装腔的内壁与所述转子的外缘部相匹配。

可选的，所述驱动部件的驱动轴平行所述转子的转动轴，所述第一啮合齿结构包括主齿轮，所述主齿轮的输入轴连接所述驱动部件的输出轴；所述第二啮合齿结构为与所述主齿轮配合啮合的同步带。

可选的，所述第二啮合齿结构为形成于所述横壁的外表面的齿条。

可选的，所述第二啮合齿结构包括齿条带，所述齿条带沿所述横壁的外表面环形布置，并且其两端分别固定于所述横壁的两端部。

可选的，还包括位于所述主齿轮两侧的两个限位齿轮，其轴向平行于所述主齿轮，两所述限位齿轮均设置于所述主齿轮和所述横壁的外表面之间，两所述限位齿轮的齿轮轴均固定于所述安装座；各所述限位齿轮与所述齿条带的上表面啮合，并且各所述限位齿轮和所述主齿轮交错布置于所述齿条带的两侧。

可选的，所述抱片的弧度在170度至220度范围内。

可选的，所述抱片和所述安装座两者相对的表面上其中一者设置有滚轮。

可选的，所述安装座包括立板，所述驱动部件支撑于所述立板的上端平台，所述立板的下端部具有与机座的外轮廓配合安装的弧形结构。

可选的，所述安装座也设置有与所述销体配合的销孔，并且所述安装座上的销孔与所述抱片的侧壁上的销孔轴向平行，所述安装座和所述抱片通过所述销体组成整体结构。

可选的，所述驱动部件的数量至少为两个，所述装置还包括检测部件和控制器；

所述检测部件，用于检测当前状态所述转子的转动角度；

所述控制器，根据检测的当前状态转子的转动角度控制当前工作的所述驱动部件的数量。

可选的，所述定位部为水平设置的销孔或者销轴，所述销轴或销孔为左右分布的两组，所述控制器还进一步控制处于工作状态的各所述驱动部件的整体相对两组所述销轴或者销孔的纵向中心面对称布置。

可选的，所述驱动部件为电机或者马达，所述电机或者马达的数量至少为两个，每一个所述电机或者马达的驱动轴连接有一个所述主齿轮，各所述主齿轮均与所述第二啮合齿结构啮合。

可选的，还包括锁定装置，所述锁定装置为设置于风力发电机的转子和定子之间的锁定销。

另外，本发明还提供了一种使用上述任一项所述的装置驱动转子进行转动的方法，该方法包括：

利用销体将抱片固定于转子上，将安装座与风力发电机的机座固定；

控制齿传动部件的驱动部件动作，通过第一啮合齿结构和第二啮合齿结构的啮合传动驱动转子相对机座转动一定角度；

当转子转动至预定位置后，锁定转子的位置；

将销体脱离抱片和转子的销孔以解锁抱片和转子，驱动驱动部件向相反方向转动，带动抱片恢复至初始状态。

再者，本发明还提供了一种使用上述任一项所述的装置驱动转子进行转动的方法，该方法包括：

利用销体将抱片固定于转子上，将安装座与风力发电机的机座固定；

实时检测当前状态转子的转动角度；

根据检测的当前状态转子的转动角度控制当前工作的所述驱动部件的数量；

控制各驱动部件动作，通过第一啮合齿结构和第二啮合齿结构的啮合传动驱动转子相对机座转动一定角度；

当转子转动至预定位置后，锁定转子的位置；

将销体脱离抱片和转子的销孔以解锁抱片和转子，驱动驱动部件向相反方向转动，带动抱片恢复至初始状态。

可选的，所述控制器根据以下条件选择工作的驱动部件：处于工作状态的各所述驱动部件的整体相对安装座的左右两组销轴或者销孔的纵向中心面对称布置。

可选的，所述第一啮合齿结构和所述第二啮合齿结构完成一个周期传动动作，驱动转子旋转角度为120°。

此外，本发明还提供了一种风力发电机，包括转子、机座；还包括上述任一项所述的用于转动风力发电机转子的装置，所述转子的盖板周向开设有若干销孔，所述销体连接所述抱片的销孔和所述转子的销孔；所述安装座通过定位部固定所述机座。

当本发明中的装置应用于叶片安装或维修时，首先，可以预组装安装座和齿传动组件于一体，然后将抱片以及组装于一体的安装座和齿传动组件吊装至风力发电机机座的适当位置。然后，将安装座的定位部固定连接风力发电机的机座，将抱片利用销体固定于转子，也就是将销体同时设于抱片侧壁的销孔与转子侧壁的销孔内部；接下来，控制齿传动部件的驱动部件动作，通过第一啮合齿结构和第二啮合齿结构的啮合传动驱动转子相对机座转动。转子转动从而带动固定于转子轴上的轮毂转动，最终转动至适合叶片安装或维修的位置。

本发明中所提供的装置通过齿配合传动，转子和机座可以实现自动锁定，并且可以通过设置多个连接于抱片与转子之间的销轴，实现可靠锁定，多个销轴锁定转子，大大增加了抱片与转子的接触面积，载荷分布比较均匀，转子局部受力比较小，在转动过程中可以减小转子变形量。

并且，通过控制驱动部件的转动方向，既可以实现转子顺时针转动，又可以实现转子的逆时针转动。当转子转动位置发生偏差时，有利于方便快速进行修正。

再者，齿传动形成可以不受限制，可以为0至360度任一角度，即对于三个叶片的风力发电机而言，本文所提供的装置一次周期传动可以使转子转动120°，即本发明所提供的装置可以通过一次周期传动转动至下一叶片的安装位置，大大提高了装配效率。

当叶片安装或维修结束后，因定位部与机座可拆卸地连接，可以将安装座从机座上拆卸，并且将销体自转子的销孔中脱出，即可实现销体和抱片与转子的分离，最终实现整个装置与风力发电机的分离，并将其提升到机舱外部。即本文中用于转动风力发电机转子的装置独立于风力发电机，可以降低风力发电机的整体重量。

所述风机发电机具有上述用于转动风力发电机转子的装置，故也具有该装置的上述技术效果。

同理，上述方法是依赖上述用于转动风力发电机转子的装置实施的，故也具有上述装置的上述技术效果。

附图说明

图1为本发明一种实施例中用于转动风力发电机转子的装置的结构示意图；

图2为图1所示装置另一方位的三维视图；

图3为本发明中用于转动风力发电机转子的装置安装于风力发电机上局部结构示意图；

图4为图3另一方位的结构示意图；

图5本发明所提供的安装座的正视示意图；

图6为本发明一种具体实施例中转子转动过程所受载荷的变化示意图。

其中，图1至图5中：

齿传动组件，10；第一电机，11；第二电机，12；第三电机13；齿条带，14；主齿轮，15；第一主齿轮151；第二主齿轮，152；第三主齿轮，153；抱片，20；侧壁，21；销孔，21a；横壁，22；安装座，30；第一销孔，31；第二销孔，32；锁定销，33；销体，40；转子，50；机座，60；第一限位齿轮71；第二限位齿轮72；检测部件，80；吊座，90；滚轮，100。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合装置、方法、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

正如背景技术所述，风力发电机包括机舱、转子、定子，转子的转轴上连接有轮毂，轮毂上安装有叶片，叶片至少为一个，一般叶片的数量优选为三个。风力发电机中转子和定子的布置型式主要有两种：其一为内转子、外定子型式；其二为外转子、内定子型式。本文以外转子、内定子型式发电机为例继续介绍技术方案，当然，也不排除本文技术方案在内转子、外定子型式发电机中的应用。

转子的内壁周向排布有永磁体磁钢，定子的外周壁设置有绕组，定子安装于转子的内部。定子固定安装于定子支架上，定子支架固定连接塔筒上端。

请参考图1至图5，图1为本发明一种实施例中用于转动风力发电机转子的装置的结构示意图；图2为图1所示装置另一方位的三维视图；图3为本发明中用于转动风力发电机转子的装置安装于风力发电机上局部结构示意图；图4为图3另一方位的结构示意图；图5本发明所提供的安装座的正视示意图。

本发明提供了一种用于转动风力发电机转子的装置，该装置包括抱片20、销体40、安装座30和齿传动组件10。抱片20包括侧壁21，侧壁21设置有沿轴向的销孔21a，该销孔21a用于与转子50盖板上的销孔配合安装，抱片20侧壁21上销孔21a的数量至少为一个，一般设置数量大于等于两个。销体40穿过抱片20侧壁21的销孔21a和转子50盖板上的销孔，从而实现将抱片20与转子50的连接。

抱片20可以有多种具体结构，抱片20可以进一步包括横壁22，横壁22连接于侧壁21的上缘并且向外弯折，需要说明的是，本文将靠近机座60的一侧为内，相应地，远离机座60的一侧为外。

抱片20优选为环形结构，侧壁21上的销孔21a可以沿周向均匀布置。环形结构具有朝向转子50的开口，抱片20的侧壁21与横壁22围成的安装腔的内壁与转子50的外缘部相匹配。这样有利于抱片20与转子50的安装。优选地，抱片20的弧度在170度至220度范围。不限于此，抱片20的弧度在90度至360度范围内，只要能够满足第二啮合齿结构的设置，提供足够的转动行程满足驱动转子50转动要求即可。

安装座30设置有与风力发电机的机座60配合拆卸的定位部，该定位部可以为销轴或者销孔，相应地，机座60上设置有销孔或者销轴，安装座30可以通过销轴与销孔的配合固定于机座60上。当然定位部可以为其他结构，例如螺栓连接或者铆接等。

本发明中的齿传动组件10主要包括驱动部件以及相互啮合配合的第一啮合齿结构和第二啮合齿结构，驱动部件支撑于安装座30，第一啮合齿结构连接驱动部件的动力输出轴，第二啮合齿结构固定于抱片20，具体地，第二啮合齿结构可以固定于抱片20的横壁22，关于第二啮合齿结构的具体结构下文将详细介绍。

当本发明中的装置应用于叶片安装或维修时，首先，可以预组装安装座30和齿传动组件10于一体，然后将抱片20以及组装于一体的安装座30和齿传动组件10吊装至风力发电机机座60的适当位置。然后，将安装座30的定位部固定连接风力发电机的机座60，将抱片20利用销体40固定于转子50，也就是将销体40同时设于抱片20侧壁21的销孔21a与转子50侧壁的销孔内部；接下来，控制齿传动部件的驱动部件动作，通过第一啮合齿结构和第二啮合齿结构的啮合传动驱动转子50相对机座60转动。转子50转动从而带动固定于转子50轴上的轮毂转动，最终转动至适合叶片安装或维修的位置。

本发明中所提供的装置通过齿配合传动，转子50和机座60可以实现自动锁定，并且可以通过设置多个连接于抱片20与转子50之间的销轴，实现可靠锁定，多个销轴锁定转子50，大大增加了抱片20与转子50的接触面积，载荷分布比较均匀，转子50局部受力比较小，在转动过程中可以减小转子50变形量。

并且，通过控制驱动部件的转动方向，既可以实现转子50顺时针转动，又可以实现转子50的逆时针转动。当转子50转动位置发生偏差时，有利于方便快速进行修正。

再者，齿传动形成可以不受限制，可以为0至360度任一角度，即对于三个叶片的风力发电机而言，本文所提供的装置一次周期传动可以使转子50转动120°，即本发明所提供的装置可以通过一次周期传动转动至下一叶片的安装位置，大大提高了装配效率。

当叶片安装或维修结束后，因定位部与机座60可拆卸地连接，可以将安装座30从机座60上拆卸，并且将销体40自转子50的销孔中脱出，即可实现销体40和抱片20与转子50的分离，最终实现整个装置与风力发电机的分离，并将其提升到机舱外部。即本文中用于转动风力发电机转子的装置独立于风力发电机，可以降低风力发电机的整体重量。

在一种具体实施方式中，驱动部件的驱动轴平行转子50的转动轴，第一啮合齿结构包括主齿轮15，主齿轮15的输入轴连接驱动部件的输出轴，第二啮合齿结构为与主齿轮15配合啮合的同步带。同步带例如可以为齿条、齿条带14或者链条。即第二啮合齿结构可以直接形成于抱片20的横壁22的外表面，也就是说，第二啮合齿结构为形成于横壁22外表面的齿条。第二啮合齿结构也可以与抱片20相互独立，其可以为齿条带14或者链条，只要能与主齿轮15可靠啮合实现动力传输即可。本文以第二啮合齿结构为齿条带14为例进一步介绍技术方案。

上述实施例中的驱动部件可以为电机，也可以为马达。齿条带14沿横壁22外表面环形布置，其两端分别固定于横壁22的两端部。以驱动转子50向右转动为例，使用上述装置驱动转子50进行转动的方法为：

S1、将销体40插入抱片20侧壁的销孔21a和转子50的销孔内部，将安装座30与风力发电机的机座60固定；

S2、控制驱动部件带动第一啮合齿结构转动，以使齿条带14的左端逐渐靠近安装座30，进而带动转子50转动一定角度；

S3、当转子50转动至预定位置后，锁定转子50的位置；

其中，转子50位置的锁定可以利用风力发电机自身的锁定装置，即设置于转子50和定子之间的锁定销，可以通过插入风力发电机自身的锁定销使转子50保持位置不变；当然，转子50位置的锁定还可以利用专门设置的锁定装置。

S4、将销体40脱离抱片20和转子50的销孔以解锁抱片20和转子50，驱动部件向相反方向转动，带动抱片20向左转动，恢复至初始状态。

步骤S1之前还可以进行准备步骤S0、初始安装时，先控制驱动部件带动第一啮合齿结构向右转动，以将第一啮合齿结构移动至齿条带14的右端；

一般地，驱动部件和主齿轮15的高度高于抱片20，这样，自齿条带14的固定端至主齿轮15位置，齿条带14与抱片20外表面之间的间距越来越大，不利于传动，针对以上问题，本发明进一步设置如下。

本发明中的装置进一步包括位于主齿轮15两侧的两个限位齿轮，其轴向平行于主齿轮15，两限位齿轮均设置于主齿轮15和横壁22的外表面之间，两限位齿轮的齿轮轴均固定于安装座30；各限位齿轮与齿条带14的上表面啮合，各限位齿轮和主齿轮15交错布置于齿条带14的两侧。为了描述技术方案的简洁，本文将两个限位齿轮定义为第一限位齿轮和第二限位齿轮。齿轮带的左端固定于抱片20的左端，其右端自第一限位齿轮的下方穿入，然后从主齿轮15的上方穿入，最后从第二限位齿轮的下方穿出，最后固定于抱片20的右端。

同时，第一限位齿轮和第二限位齿轮也有利于张紧齿条带14，进一步有利于齿条带14的平稳可靠传动。

上述各实施例中，电机或者马达的数量可以至少为两个，每一个电机或者马达的驱动轴连接有一个所述主齿轮15，各主齿轮15均与第二啮合齿结构啮合。本发明给出了驱动部件为三个电机的具体实施方式，三个电机分别定义为：第一电机11、第二电机12和第三电机13；相应地，主齿轮15也为三个，分别为：第一主齿轮151、第二主齿轮152和第三主齿轮153。第一限位齿轮71、第一主齿轮151、第二主齿轮152和第三主齿轮153和第二限位齿轮72交错布置于齿条带14的两侧。

如上文所述安装座30的定位部可以为销轴或者销孔，即安装座30通过销轴定位于机座60上。图中示出了定位部为销孔的具体实施方式，销孔具体为两个分别为第一销孔31和第二销孔32。通常安装座30通过左右两组销轴定位于机座60上，每一组可以为一个，也可以为两个或者多个，本文给出了一组包括一个销轴或者销孔的实施方式，即立板左右两侧分别设置一个销轴，在转子50转动时，为了尽量使两个销轴所受的扭矩相等，处于工作状态的各电机或者马达构成的整体优选相对于两销轴的纵向中心面对称布置。

上述各实施例中，安装座具体可以包括立板，驱动部件支撑于立板的上端平台，立板的下端部具有与机座60的外轮廓配合安装的弧形结构。

通过大量试验证实，转子50在转动过程中，载荷会相应发生变化，以逆时针为例，随着转动角度增加，弯矩载荷逐渐减小，载荷变化趋势可以参考图6，其中横坐标表示转动角度，纵坐标表示弯矩。当转子50在0°至40°区间范围时，转动转子50所需的弯矩最大；当转子50转动至40°至60°区间范围时，转动转子50所需的弯矩相对减小；当转子50转动至60°至120°区间范围时，转动转子50所需的弯矩最小。

针对以上发现，本文进一步对装置进行了以下改进。

本发明中的用于转动风力发电机转子的装置进一步包括检测部件80和控制器。检测部件80用于检测当前状态转子50的转动角度，检测部件80可以为角度传感器，角度传感器可以安装于转子50上。

控制器根据检测的当前状态转子50的转动角度控制当前工作的驱动部件的数量。

以上述驱动部件为三个为例，当控制器判断当前状态转子50的转动角度位于0°至40°范围时，可以控制三个驱动部件(电机或者马达)同时工作，以共同驱动转子50转动；即第一电机11、第二电机12和第三电机13同时工作；

当控制器判断当前状态转子50的转动角度位于40°至60°范围时，可以控制两个驱动部件同时工作，以共同驱动转子50转动；兼顾上述所述的对称设计原理，优选第一电机11和第三电机13同时工作；

当控制器当前状态转子50的转动角度位于40°至60°范围时，可以控制一个驱动部件工作，以驱动转子50转动。优选位于中间的第二电机12单独工作。

相应地，本发明上述控制方法在步骤S2之前还可以增加步骤S12和步骤S13，具体为：

S12、实时检测当前状态转子50的转动角度；

S13、根据检测的当前状态转子50的转动角度控制当前工作的所述驱动部件的数量。

在传动过程中，抱片20有可能向安装座30相对靠近，为了避免二者接触磨损，可以在抱片20和安装座30两者相对的两表面其中一者上设置滚轮100，滚轮100的数量可以为多个，优选设置于安装座30上。这样，即使抱片20向安装座30相对移动时，两者可以通过滚轮100滚动接触，避免发生干涉等现象。

为了提高吊装效率，安装座30还设置有锁定销33，锁定销33可松开的连接抱片20的侧壁21上的销孔21a，即安装座30通过锁定销33可锁定或解锁与抱片20的位置。这样，吊装时仅通过依次吊装就可以将安装座30和抱片20提升至风力发电机的相应位置。并且只需在安装座30和抱片20其中一者上设置吊座90，文中给出了在安装座30上设置吊座90，大大简化整体装置的结构。

当然，上述两实施方式中安装座30与机座60上不局限于螺栓、销轴连接，还可以为其他形式的连接形式。例如利用夹具固定等方式。

本发明的实施例还提供一种风力发电机组，包括转子50、机座60，以及上文所述的用于转动风力发电机转子的装置，转子50的盖板周向开设有若干销孔，销体40连接抱片20的销孔和转子50的销孔；安装座30通过定位部固定机座60。

以上对本发明所提供的一种用于转动风力发电机转子的装置、方法及风力发电机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。