一种教学型风力发电机变桨联动机构制造技术

一种教学型风力发电机变桨联动机构，包括风叶支架(2)、传动齿轮(3)、轴承(4)、轮毂盘(5)、传动齿盘(6)、伺服电机(7)、风机轴(8)和滑环(9)，本实用新型专利技术变桨机构设计在轮毂之外，突破了传统风电系统变桨装置置于轮毂或机舱之内的局限性。该变桨机构传动环节少、运行效率高、故障率和加工制造难度低，可实现集中变桨、独立变桨和匀/变速变桨等环节变桨原理的讲解示范。该变桨机构的开放式设计结构清晰便于观察，可实现变桨原理、集中变桨、独立变桨和匀/变速变桨等环节的讲解示范，因此该装置适用于风力发电机变桨系统原理的教学以及中小功率风力发电领域。

A Teaching Wind Turbine Variable Propeller Linkage Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种教学型风力发电机变桨联动机构
本技术涉及教学科研用风力发电
，特别是一种教学型风力发电机变桨联动机构。
技术介绍
随着人们对可再生能源需求日益迫切，对风能的开发日趋成熟，风力发电逐渐走进人们生活。然而，风能不稳定的特点与人们生产生活对稳定功率输出的需求相矛盾，因此风电机组的控制技术受到广泛重视。采用变桨控制算法可以通过调节叶片桨距角实现更高能量转换效率和稳定风力发电机的输出功率。国内外科技人员对大型风电机组的控制技术开展了大量的研究工作，积累了大量可供借鉴的经验，但是还存在如下问题亟待改进和解决：1.变桨风机通常出现在大型风机上，中小型风机，尤其是教学科研用小型风机未见报道。而教学科研用小型风机要求制作成本低，体积小巧的同时，又要可视化和可拆卸。对功能要求也较为全面，以对变桨风机变桨过程中遇到的各种问题进行讲解、分析及模拟实验。2.现有的变桨方法不外乎两大类：一类是液压变桨，往往结构复杂，存在漏油等弊端，维护成本高，稳定性低。另一类是电动变桨，变桨机构一般设置在风机轮毂内部，供电和检修都很困难，而且这就决定了只有大型机组才能上变桨功能。在教学科研方面的应用基本上是空白，在风电行业人才培养培训方面具有很大的潜在需求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种教学型风力发电机变桨联动机构，该教学型风力发电机变桨联动机构通过伺服电机和变桨联动机构驱动叶片迅速转至指定位置，技术优越可靠。在制作成本低，体积小巧的同时，功能全面，能方便地对风机变桨过程中遇到的各种问题进行原理讲解、分析及模拟实验。为了解决上述问题，本技术提供了一种技术方案，一种教学型风力发电机变桨联动机构，包括风叶支架(2)、传动齿轮(3)、轴承(4)、轮毂盘(5)、传动齿盘(6)、伺服电机(7)、风机轴(8)和滑环(9)。其中，轮毂盘(5)上开设有槽，风机轴(8)的一端刚性连接于轮毂盘(5)的一侧，传动齿盘(6)通过传动轴承安装于风机轴(8)上，伺服电机(7)安装于轮毂盘(5)上风机轴(8)的同一侧，并与传动齿盘(6)啮合；滑环(9)安装在风机轴(8)上，用于在变桨机构运行时向伺服电机(7)传递驱动信号，变桨机构运行时滑环(9)传递驱动信号至伺服电机(7)，伺服电机(7)驱动传动齿盘(6)，传动齿盘(6)驱动传动齿轮(3)，传动齿轮(3)驱动风叶支架(2)和风叶(1)产生相应动作。传动齿轮(3)位于轮毂盘(5)的另一侧，并穿过轮毂盘(5)上的槽与传动齿盘(6)啮合；所述传动齿轮(3)还固定于轴承(4)的内圈，而轴承(4)的外圈固定于轮毂盘(5)上传动齿轮(3)的同一侧；所述风叶支架(2)与传动齿轮(3)连接，并与传动齿轮(3)一体切削成型，所述风叶支架(2)用于固定风叶(1)并承载风叶(1)传递的张力和扭矩。风叶支架(2)呈部分圆环体造型，传动齿轮(3)的齿槽只需要部分圆周并且由最大变桨角度决定。轮毂盘(5)有3个开槽，槽的位置与传动齿轮(3)和传动齿盘(6)相对应，槽在轮毂盘(5)圆周上呈120度对称分布。变桨动作执行时传动齿盘(6)与轮毂盘(5)和风机轴(8)相对转动。滑环(9)实现固定的机舱至旋转的轮毂，即伺服电机(7)的驱动信号传输并连接整个风力发电系统前端的变桨机构和后端的发电机。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：为尽可能展示变桨机构原理，便于分解讲授相关理论，有利于观察各个部件的动作状态，所述部件通过一体切削加工，然后通过螺栓连接。伺服电机(7)安装在叶片背面根部叶弦线上，不对叶片吸收风能有影响同时又能把外界环境带来的冲击和腐蚀降低到最小。风叶支架(2)、传动齿轮(3)和传动齿盘(6)均由铝材制造，便于后续加工改进。轴承(4)、轮毂盘(5)和风机轴(8)采用钢材制造，各部件之间采用螺栓连接。本技术也可加装防尘罩或者其他封闭之设置，以保证机构不受恶劣环境影响。本技术的有效效果在于：1、本技术的开放式设计结构清晰明了，便于观察、拆解、组装和讲授变桨理论；设计具有很强适应性，避免改动现有风机机械结构，依托不同市售风力发电机可以在尺寸上作相应调整实现同样功能；2、本技术采用步进电机配合齿盘的驱动模式，传动环节只用到了齿轮和齿盘结构，能够更灵活设置齿比，有效提高系统运行效率，降低故障率和对驱动电机的功率要求；避免了传统机械变桨复杂结构带来的多环节低可靠性问题；3、采用单个伺服电机驱动单个叶片布置方式使得风机在集中变桨和独立变桨两种运行方式之间自由切换，从而增强了系统的冗余度和可靠性。附图说明图1显示了本技术教学型风力发电机变桨联动机构的原理图。图2显示了本技术教学型风力发电机变桨联动机构建模正视图。图3显示了本技术教学型风力发电机变桨联动机构的样机实物图。图1标记如下：1-风叶；2-风叶支架；3-传动齿轮；4-轴承；5-轮毂盘；6-传动齿盘；7-伺服电机；8-风机轴；9-滑环。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1和图2所示，一种教学型风力发电机变桨联动机构，包括风叶支架(2)、传动齿轮(3)、轴承(4)、轮毂盘(5)、传动齿盘(6)、伺服电机(7)、风机轴(8)和滑环(9)。其中，轮毂盘(5)上开设有槽，风机轴(8)的一端刚性连接于轮毂盘(5)的一侧，传动齿盘(6)通过传动轴承安装于风机轴(8)上，伺服电机(7)安装于轮毂盘(5)上风机轴(8)的同一侧，并与传动齿盘(6)啮合；滑环(9)安装在风机轴(8)上，用于在变桨机构运行时向伺服电机(7)传递驱动信号，变桨机构运行时滑环(9)传递驱动信号至伺服电机(7)，伺服电机(7)驱动传动齿盘(6)，传动齿盘(6)驱动传动齿轮(3)，传动齿轮(3)驱动风叶支架(2)和风叶(1)产生相应动作。传动齿轮(3)位于轮毂盘(5)的另一侧，并穿过轮毂盘(5)上的槽与传动齿盘(6)啮合；所述传动齿轮(3)还固定于轴承(4)的内圈，而轴承(4)的外圈固定于轮毂盘(5)上传动齿轮(3)的同一侧；所述风叶支架(2)与传动齿轮(3)连接，并与传动齿轮(3)一体切削成型，所述风叶支架(2)用于固定风叶(1)并承载风叶(1)传递的张力和扭矩。风叶支架(2)呈部分圆环体造型，传动齿轮(3)的齿槽只需要部分圆周并且由最大变桨角度决定。轮毂盘(5)有3个开槽，槽的位置与传动齿轮(3)和传动齿盘(6)相对应，槽在轮毂盘(5)圆周上呈120度对称分布。变桨动作执行时传动齿盘(6)与轮毂盘(5)和风机轴(8)相对转动。滑环(9)实现固定的机舱至旋转的轮毂，即伺服电机(7)的驱动信号传输并连接整个风力发电系统前端的变桨机构和后端的发电机。该教学型风力发电机变桨联动机构通过伺服电机和变桨联动机构驱动叶片迅速转至指定位置。在制作成本低，体积小巧的同时，功能全面，技术优越可靠，能方便地对变桨风机变桨过程中遇到的各种问题进行原理讲解、分析及模拟实验。上述变桨联动机构综合风速信息、桨距角信息和转速信息后实现变桨控制控制算法，指令伺服电机动作。风速信息由风速计搜集，桨距角信息由设置在叶片底部的桨距角位置传感器和内置在变桨控制器内的桨距角位置测量模块搜集，转速信息由风力机转速计和内置在变桨控制器内的转速测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种教学型风力发电机变桨联动机构，其特征在于：包括风叶支架、传动齿轮、轴承、轮毂盘、传动齿盘、风机轴、伺服电机和滑环，其中，轮毂盘上开设有槽，风机轴的一端刚性连接于轮毂盘的一侧，传动齿盘通过传动轴承安装于风机轴上，伺服电机安装于轮毂盘上风机轴的同一侧，并与传动齿盘啮合；滑环安装在风机轴上，用于在变桨机构运行时向伺服电机传递驱动信号；传动齿轮位于轮毂盘的另一侧，并穿过轮毂盘上的槽与传动齿盘啮合；所述传动齿轮还固定于轴承的内圈，而轴承的外圈固定于轮毂盘上传动齿轮的同一侧；所述风叶支架与传动齿轮连接，并与传动齿轮一体切削成型，所述风叶支架用于固定风叶。

【技术特征摘要】
1.一种教学型风力发电机变桨联动机构，其特征在于：包括风叶支架、传动齿轮、轴承、轮毂盘、传动齿盘、风机轴、伺服电机和滑环，其中，轮毂盘上开设有槽，风机轴的一端刚性连接于轮毂盘的一侧，传动齿盘通过传动轴承安装于风机轴上，伺服电机安装于轮毂盘上风机轴的同一侧，并与传动齿盘啮合；滑环安装在风机轴上，用于在变桨机构运行时向伺服电机传递驱动信号；传动齿轮位于轮毂盘的另一侧，并穿过轮毂盘上的槽与传动齿盘啮合；所述传动齿轮还固定于轴承的内圈，而轴承的外圈固定于轮毂盘上传动齿轮的同一侧；所述风叶支架与传动齿轮连接，并与传动齿轮一体切削成型，所述风叶支架用于固定风叶。2.如权利要求1所述的一种教学型风力发电机变桨联动机构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾周，余莉，陈炜峰，郭伟，吴林，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32