專利名稱：風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的方法
風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于對(duì)在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的風(fēng)輪輪轂上安裝的風(fēng)輪葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置、 對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的風(fēng)輪葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)的相應(yīng)方法、以及風(fēng)能轉(zhuǎn)換器?？赏ㄟ^風(fēng)能轉(zhuǎn)換器將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成有用的形式，如電力，該風(fēng)能轉(zhuǎn)換器通常包括由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，該風(fēng)輪例如為可旋轉(zhuǎn)性地支撐在塔架上端的低速轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪。一般地， 風(fēng)輪包括中心定位的風(fēng)輪輪轂和從風(fēng)輪輪轂徑向延伸的至少一個(gè)風(fēng)輪葉片。受風(fēng)力的作用，風(fēng)能轉(zhuǎn)換器受到高的應(yīng)力作用。減小作用在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器上的作用力的一種方法是使用風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)，其中，風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)地附接到風(fēng)輪輪轂，使得每個(gè)葉片可近似沿葉片的縱向繞著旋轉(zhuǎn)軸線在運(yùn)行位置與順槳(feathered)位置之間旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行位置使風(fēng)能夠驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪，在順槳位置風(fēng)輪葉片對(duì)風(fēng)的阻力最小。當(dāng)要關(guān)閉風(fēng)能轉(zhuǎn)換器時(shí)，可通過將風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置將風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)用于制動(dòng)風(fēng)輪。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器中，大部分轉(zhuǎn)換器具有三個(gè)風(fēng)輪葉片，通常通過中心線性驅(qū)動(dòng)結(jié)合機(jī)械桿調(diào)節(jié)這些轉(zhuǎn)換器。更新的系統(tǒng)使用一般位于風(fēng)輪輪轂上的機(jī)械/電氣和機(jī)械/液力的單個(gè)葉片調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。為了能夠快速地將每個(gè)風(fēng)輪葉片在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)動(dòng)到所期望的運(yùn)行位置以及轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置以進(jìn)行關(guān)閉，一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的尺寸必須被確定以提供由風(fēng)輪葉片及其載荷所預(yù)先確定的相應(yīng)動(dòng)力輸出。基本上，風(fēng)輪葉片受到因慣性力引起的載荷、重力(風(fēng)輪葉片的重心通常位于其旋轉(zhuǎn)軸線外側(cè))以及外部的風(fēng)力作用。風(fēng)力朝向使風(fēng)輪葉片沿順槳位置方向旋轉(zhuǎn)的方向作用，而慣性力在一次風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中根據(jù)風(fēng)輪葉片各自的位置沿兩個(gè)方向作用，并且慣性力大多數(shù)情況下占主導(dǎo)。使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)過順槳位置通常會(huì)受到機(jī)械停止的限制。如果比如在葉片調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器故障的情形下風(fēng)輪葉片沒有停止，那么風(fēng)輪葉片在一次風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中繞其旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行來回旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，防止了關(guān)閉風(fēng)能轉(zhuǎn)換器。即使在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器為每個(gè)風(fēng)輪葉片都具有單獨(dú)的葉片調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器中，可以只通過使風(fēng)輪葉片的一部分轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置使風(fēng)輪停止，但是無法使其中一個(gè)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)可能使風(fēng)能轉(zhuǎn)換器受到過大且可能是破壞性的載荷。US 6，939，103公開了一種風(fēng)能設(shè)備，其中，用于調(diào)整風(fēng)輪葉片槳距角的調(diào)節(jié)裝置具有至少兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以施加用于調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的力。每個(gè)單獨(dú)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器都大于正常尺寸，從而在一個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)剩余驅(qū)動(dòng)器仍可以運(yùn)行以使風(fēng)輪葉片處于順槳位置。但是，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的尺寸必須被確定以提供比正常運(yùn)行多的動(dòng)力輸出，所以風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的成本會(huì)急劇增加。同樣，在調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片以克服在順槳位置方向上作用的彈簧力和液壓力的情況下，風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的尺寸必須以昂貴的方式被確定以應(yīng)對(duì)更大的載荷，因?yàn)橐脖仨毧朔椈闪鸵簤貉b置的力。US 6，428，274公開了一種用于對(duì)風(fēng)能設(shè)施的風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)的裝置，該裝置具有用于使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和連接到每個(gè)風(fēng)輪葉片的可起動(dòng)鎖定裝置(lockout)。在已起動(dòng)狀態(tài)下，鎖定裝置防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置，但允許使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。在驅(qū)動(dòng)器由于動(dòng)力故障而無法運(yùn)行的情形下鎖定裝置被起動(dòng)，以當(dāng)風(fēng)輪在其旋轉(zhuǎn)過程中經(jīng)過外部的風(fēng)、重力和慣性力結(jié)合以使葉片沿順槳位置方向轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域時(shí)允許轉(zhuǎn)動(dòng)，并且當(dāng)風(fēng)輪經(jīng)過外部作用力以沿相反方向結(jié)合的區(qū)域時(shí)防止轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管風(fēng)輪葉片以這種方式可能最終到達(dá)順槳位置，但是可能需要風(fēng)輪相當(dāng)多次數(shù)的旋轉(zhuǎn)，在這種轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于葉片尚未到達(dá)順槳位置，因此風(fēng)能轉(zhuǎn)換器受到過大且可能是破壞性的載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)一般方面涉及用于對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的樞轉(zhuǎn)地安裝的風(fēng)輪葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。該裝置包括協(xié)作以使風(fēng)輪葉片在運(yùn)行位置與順槳位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器。在其它的優(yōu)點(diǎn)中，第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器均被配置以向風(fēng)輪葉片施加相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)矩和第二轉(zhuǎn)矩以通過轉(zhuǎn)矩的聯(lián)合作用使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置還包括連接到風(fēng)輪葉片的第一可起動(dòng)鎖定裝置，第一可起動(dòng)鎖定裝置在已起動(dòng)狀態(tài)下防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置但允許風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。因?yàn)樘峁┑膬蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)器均能夠向風(fēng)輪葉片施加轉(zhuǎn)矩，在例如因驅(qū)動(dòng)器自身的技術(shù)故障或連接到驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)或供電系統(tǒng)的技術(shù)故障而導(dǎo)致的第一驅(qū)動(dòng)器無法運(yùn)行的情況下，第二驅(qū)動(dòng)器保持能夠沿朝向風(fēng)輪葉片的順槳位置的方向向風(fēng)輪葉片施加第二轉(zhuǎn)矩。根據(jù)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)位置，第二轉(zhuǎn)矩可與外部力如風(fēng)力、重力和慣性力相結(jié)合，產(chǎn)生足以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置的結(jié)合轉(zhuǎn)矩。當(dāng)風(fēng)輪葉片在旋轉(zhuǎn)過程中經(jīng)過外部力和第二轉(zhuǎn)矩并未結(jié)合成足以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置的結(jié)合轉(zhuǎn)矩的角區(qū)域時(shí)，可起動(dòng)鎖定裝置防止風(fēng)輪葉片沿遠(yuǎn)離順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到風(fēng)輪再次到達(dá)第二轉(zhuǎn)矩與外部力結(jié)合成繼續(xù)使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置的充分結(jié)合轉(zhuǎn)矩的角區(qū)域?yàn)橹?。與外部力單獨(dú)可能足以使風(fēng)輪葉片沿順槳位置的方向旋轉(zhuǎn)的角區(qū)域相比，由于外部力與由第二驅(qū)動(dòng)器所提供的第二轉(zhuǎn)矩相結(jié)合，因此結(jié)合的轉(zhuǎn)矩足以使風(fēng)輪葉片沿順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角區(qū)域顯著放大為風(fēng)輪的整周旋轉(zhuǎn)的一部分。因此，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中，風(fēng)輪葉片相當(dāng)大部分的時(shí)間都處于風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)向順槳位置的區(qū)域中。因而，風(fēng)輪葉片快速到達(dá)順槳位置，從而避免了作用在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)力?？善饎?dòng)鎖定裝置防止風(fēng)輪葉片沿遠(yuǎn)離順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此防止了來回的轉(zhuǎn)動(dòng)，無需使第二驅(qū)動(dòng)器的尺寸被設(shè)計(jì)成以一般性地能夠在無關(guān)于風(fēng)輪角位置和外部力作用的情況下使風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)。因此，無需花費(fèi)大成本使第二驅(qū)動(dòng)器超出正常尺寸。這方面的實(shí)施方式可包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。該裝置還包括用于檢測第一驅(qū)動(dòng)器故障的檢測器以及控制器，當(dāng)檢測器檢測到第一驅(qū)動(dòng)器的故障時(shí)，控制器控制第二驅(qū)動(dòng)器以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。這樣，可以快速地檢測到第一驅(qū)動(dòng)器的故障，并且可以通過快速關(guān)閉風(fēng)能轉(zhuǎn)換器避免因應(yīng)力而引起的破壞?？蛇x地，控制器被構(gòu)造成當(dāng)檢測器檢測到第一驅(qū)動(dòng)器的故障時(shí)起動(dòng)第一可起動(dòng)鎖定裝置。這樣，阻止了風(fēng)輪葉片遠(yuǎn)離順槳位置的旋轉(zhuǎn)，從而可以進(jìn)行相當(dāng)快速的關(guān)閉。第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器中的至少一個(gè)可包括電機(jī)，該裝置還包括在失去電力時(shí)起動(dòng)第一可起動(dòng)鎖定裝置的第一鎖定裝置起動(dòng)器。這樣即使在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器由于失去電力而同時(shí)故障的情況下也能進(jìn)行關(guān)閉。在一些實(shí)施方式中，第一可起動(dòng)鎖定裝置包括止回器，該止回器防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置。該止回器相當(dāng)牢固且實(shí)施費(fèi)用低。第一可起動(dòng)鎖定裝置可被分配給第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸，也就是說，第一可起動(dòng)鎖定裝置可構(gòu)造成通過鎖定第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸來防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣使得能夠從故障的第一驅(qū)動(dòng)器到鎖定裝置相當(dāng)平順的切換，因?yàn)殒i定轉(zhuǎn)矩是通過與第一驅(qū)動(dòng)器在其故障前施加轉(zhuǎn)矩所通過的軸相同的軸來向風(fēng)輪葉片施加的。在一些實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)器還包括第二可起動(dòng)鎖定裝置，該第二可起動(dòng)鎖定裝置在其已起動(dòng)狀態(tài)下防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置但允許風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。第二可起動(dòng)鎖定裝置被分配給第二驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸，也就是說，第二可起動(dòng)鎖定裝置構(gòu)造成通過鎖定第二驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸來防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣實(shí)現(xiàn)了如果第二驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)向第二鎖定裝置的相當(dāng)平順的切換，因?yàn)橥ㄟ^與第二驅(qū)動(dòng)器在其故障前施加轉(zhuǎn)矩所通過的軸相同的軸來向風(fēng)輪葉片施加鎖定轉(zhuǎn)矩。第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造成在不同的作用位置作用在風(fēng)輪葉片上。這提高了運(yùn)行的平順性，因?yàn)轱L(fēng)輪葉片、風(fēng)輪葉片的軸承和風(fēng)輪輪轂中應(yīng)力得以最小化。在一些實(shí)施方式中，第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器包括各自的第一小齒輪和第二小齒輪，第一小齒輪和第二小齒輪與連接到風(fēng)輪葉片的齒圈嚙合。第一小齒輪和第二小齒輪相對(duì)于齒圈的中軸線以小于90°的相互的角距離定位。由于風(fēng)輪葉片的運(yùn)行位置與順槳位置一般幾乎以等量分開，因此小齒輪僅與齒圈的齒的一部分齒嚙合，從而不必繞齒圈整圈設(shè)置齒?？蛇x地，齒圈包括經(jīng)表面硬化的齒輪齒的角區(qū)域，該角區(qū)域包含小于180°的齒圈。這是相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)閮H須進(jìn)行較少的表面硬化工序，而且將齒圈制造為整圈齒一般較容易。在一些實(shí)施方式中，提供多個(gè)驅(qū)動(dòng)器以在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行過程中在風(fēng)輪輪轂的任意角位置共同提供使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩。這里，在驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)故障后，剩余的驅(qū)動(dòng)器共同提供比所需的轉(zhuǎn)矩小的轉(zhuǎn)矩，使得能夠降低的供應(yīng)成本?？蛇x地，多個(gè)驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)單一驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造成供應(yīng)相等的單一的轉(zhuǎn)矩。這樣，在其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)可能出現(xiàn)的所提供轉(zhuǎn)矩的最大可能損失被降至最低。本發(fā)明的另一方面提供了一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換器，其包括可樞轉(zhuǎn)地安裝在風(fēng)輪輪轂上的風(fēng)輪葉片以及如上所述的用于對(duì)風(fēng)輪葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。在這一方面的實(shí)施方式中，風(fēng)輪葉片可安裝在風(fēng)輪輪轂上以繞著樞轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪葉片包括離開樞轉(zhuǎn)軸線定位的重心。重心的這種定位使風(fēng)輪葉片上的重力能夠被用于在一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。本發(fā)明的另一方面提供了用于對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的可樞轉(zhuǎn)地安裝的風(fēng)輪葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。該方法包括以下步驟控制第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器以共同使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置。另一步驟包括檢測第一驅(qū)動(dòng)器是否已經(jīng)發(fā)生故障。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)， 起動(dòng)連接到風(fēng)輪葉片的第一可起動(dòng)鎖定裝置。第一可起動(dòng)鎖定裝置構(gòu)造成防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)到運(yùn)行位置并允許風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。此外，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，控制第二驅(qū)動(dòng)器以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。這一方面的實(shí)施方式包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。該方法還包括當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)使第一驅(qū)動(dòng)器與風(fēng)輪葉片脫開。即使第一驅(qū)動(dòng)器由于故障而以機(jī)械方式被卡住時(shí)，此方法也使風(fēng)輪葉片能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。該方法還包括檢測已經(jīng)發(fā)生第二驅(qū)動(dòng)器的故障的步驟，以及在發(fā)生這種故障時(shí)起動(dòng)第一可起動(dòng)鎖定裝置的步驟。該方法還用于在第二驅(qū)動(dòng)器故障發(fā)生時(shí)保護(hù)風(fēng)輪葉片免于遠(yuǎn)離順槳位置轉(zhuǎn)動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，其中，第一可起動(dòng)止回器被分配給第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸，該方法還包括在已經(jīng)發(fā)生第二驅(qū)動(dòng)器的故障時(shí)激發(fā)被分配給第二驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸的第二可起動(dòng)止回器的步驟，同樣地，第二可起動(dòng)止回器在已起動(dòng)狀態(tài)下防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置但允許風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。這樣使得在其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障的情況下能夠向相關(guān)聯(lián)的鎖定裝置相當(dāng)平順的切換，因?yàn)殒i定轉(zhuǎn)矩是通過與發(fā)生故障的驅(qū)動(dòng)器施加轉(zhuǎn)矩所通過的軸相同的軸來向風(fēng)輪葉片施加的。該方法還包括當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)控制第一驅(qū)動(dòng)器以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置的步驟。這使得能夠當(dāng)任一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)快速關(guān)閉風(fēng)能轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施方式中，該方法包括控制第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器以在風(fēng)輪葉片上施加相互反作用的轉(zhuǎn)矩。這避免了后沖以及驅(qū)動(dòng)器與風(fēng)輪葉片之間的相關(guān)聯(lián)的磨損。在附圖中圖示并在說明書的以下部分中描述了其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中圖1是包括用于風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)的裝置的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的輪轂的剖視圖；圖2是圖1的裝置的齒圈和小齒輪的示意圖；圖3是圖1的裝置的風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的剖視圖；圖4是用于風(fēng)輪葉片調(diào)節(jié)的裝置的控制器的電路圖；圖5是用于調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的方法的流程圖。在所有附圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的或功能等同的裝置。
具體實(shí)施例方式圖1示出了風(fēng)輪輪轂103的剖視圖，該風(fēng)輪輪轂103繞著風(fēng)輪軸線195被旋轉(zhuǎn)地保持在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的風(fēng)輪軸承193中。在所示的具體輪轂中，風(fēng)輪軸承193安裝在機(jī)艙 194(部分地示出)中，機(jī)艙194自身可旋轉(zhuǎn)地被保持在塔架的頂部。一個(gè)風(fēng)輪葉片101附接到樞軸承102的內(nèi)圈，樞軸承102的外圈旋擰到風(fēng)輪輪轂103。為了清楚，只繪制了風(fēng)輪葉片101。然而，風(fēng)能轉(zhuǎn)換器通常包括多于一個(gè)的風(fēng)輪葉片101，并且一般包括三個(gè)風(fēng)輪葉片。風(fēng)輪葉片101附接到具有內(nèi)齒111的樞軸承102，內(nèi)齒111形成齒圈(circular gear)。樞軸承102繞著葉片旋轉(zhuǎn)軸線196可旋轉(zhuǎn)地保持風(fēng)輪葉片101，葉片旋轉(zhuǎn)軸線196 相對(duì)于風(fēng)輪葉片101的縱向(未示出)略微傾斜，使得風(fēng)輪葉片的重心處于葉片旋轉(zhuǎn)軸線 196外側(cè)。為每個(gè)風(fēng)輪葉片分配第一帶齒輪的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器151和第二帶齒輪的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 152以及相應(yīng)的第一小齒輪131和第二小齒輪132，第一小齒輪131和第二小齒輪132當(dāng)繞著各自的驅(qū)動(dòng)軸141和142旋轉(zhuǎn)時(shí)使風(fēng)輪葉片101轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，第一小齒輪131和第二小齒輪132在各自的角位置201和202處與樞軸承102的內(nèi)齒111嚙合，角位置201和202以小于45°的角間隔200分隔開。在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器運(yùn)行過程中，小齒輪131和132僅在包含小于一個(gè)半圓的角區(qū)域204內(nèi)與內(nèi)齒111 嚙合，角區(qū)域204的大小等于角間隔200加上風(fēng)輪葉片的運(yùn)行位置與順槳位置之間的角度。 內(nèi)齒111僅在角區(qū)域204內(nèi)具有經(jīng)表面硬化的齒。經(jīng)由滑環(huán)116和線路115為所有驅(qū)動(dòng)單元151、152在正常運(yùn)行時(shí)提供電源。驅(qū)動(dòng)控制單元114確保了風(fēng)輪葉片101彼此之間的同步性，驅(qū)動(dòng)控制單元114從滑環(huán)線路115 接收電力并經(jīng)由驅(qū)動(dòng)線路171、172連接到驅(qū)動(dòng)器151、152。驅(qū)動(dòng)器151、152的每一個(gè)都包括電機(jī)161、162、傳動(dòng)裝置181、182以及鎖定裝置191、192。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器151、152中的一個(gè)故障時(shí)，各自的鎖定裝置191、192使風(fēng)輪葉片101只能沿順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3示出了來自圖1的鎖定裝置191是止回器(backstop)的示例。所示的驅(qū)動(dòng)器151具有傳動(dòng)裝置181、定子321和具有長型轉(zhuǎn)子軸322的轉(zhuǎn)子。鎖定裝置191具有殼體323，該殼體323永久地連接到定子321，和自由輪的底部部件324，底部部件3M永久地連接到殼體323。自由輪的頂部部件341具有聯(lián)接部件325，聯(lián)接部件325在遠(yuǎn)離底部部件 324的一側(cè)具有制動(dòng)襯片326。聯(lián)接部件325自由轉(zhuǎn)動(dòng)并被支撐以能夠在風(fēng)輪軸322上軸向移動(dòng)。聯(lián)接部件325和底部部件324在朝向彼此的側(cè)面上具有鋸齒狀的輪廓328，鋸齒狀的輪廓3 僅允許在一個(gè)方向上共同旋轉(zhuǎn)。頂部部件341還具有制動(dòng)盤327，制動(dòng)盤327 以具有軸向位移能力但扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度大的方式連接到風(fēng)輪軸322，也就是說，以允許制動(dòng)盤327 沿著風(fēng)輪軸322軸向移動(dòng)但防止制動(dòng)盤327與風(fēng)輪軸322相對(duì)彼此旋動(dòng)的方式連接到風(fēng)輪軸322。風(fēng)輪軸322具有附接的同心盤338。一個(gè)彈簧3 在盤338與制動(dòng)盤327之間的壓力下而被預(yù)壓縮。對(duì)于正常運(yùn)行中的風(fēng)輪葉片的調(diào)節(jié)，通過電磁鐵330克服彈簧329的力使制動(dòng)盤 327從制動(dòng)襯片3 處升高。因而，驅(qū)動(dòng)器151可以在兩個(gè)方向上自由轉(zhuǎn)動(dòng)?；旧线€可以想到，省略制動(dòng)盤327和制動(dòng)襯片326，使彈簧3 壓在聯(lián)接部件325上，以及聯(lián)接部件325 由電磁體330直接吸引。從而聯(lián)接部件325必須以扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度大的方式連接到軸322，也就是說，以防止聯(lián)接部件325與軸322相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)的方式連接到軸322。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器151故障時(shí)，電磁體330也自動(dòng)停止運(yùn)行。因而，彈簧329的力使制動(dòng)盤 327壓靠制動(dòng)襯片326，從而防止了自由輪的聯(lián)接部件325相對(duì)于風(fēng)輪軸322的旋轉(zhuǎn)。通過自由輪的聯(lián)接部件325和底部部件324的鋸齒狀的輪廓3 并通過軸向克服彈簧3 的力的聯(lián)接部件325的位移能力，電機(jī)161的風(fēng)輪軸322只能繼續(xù)沿順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且因此風(fēng)輪葉片101只能繼續(xù)沿順槳位置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，只要機(jī)械止動(dòng)件(未示出)允許。圖4示出了用于控制第一驅(qū)動(dòng)器151和第二驅(qū)動(dòng)器152的電機(jī)161、162的控制器單元114的電路原理圖?？刂破鲉卧?14包括整流器404，整流器404從滑環(huán)116接收三相電壓并向電容406供應(yīng)直流電壓。直流電壓被供給第一變流器411和第二變流器412，第一變流器411和第二變流器412分別輸出三相電流以驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)器151和第二驅(qū)動(dòng)器152 的電機(jī)161、162?？梢詫⒘硗獾淖兞髌鬟B接到整流器404的直流電壓以向另外的驅(qū)動(dòng)器供電。此外，為了使得能夠在斷電時(shí)運(yùn)行，可以將電池與電容406并聯(lián)?？刂破鲉卧?14還包括檢測器402以檢測驅(qū)動(dòng)器151、152中一個(gè)的故障，例如，相應(yīng)電機(jī)161、162或附接的相應(yīng)變流器411、412的故障。檢測器402連接到控制器單元114 的關(guān)閉控制器400，關(guān)閉控制器400在第一驅(qū)動(dòng)器故障的情況下控制第二驅(qū)動(dòng)器152以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置，并且在第二驅(qū)動(dòng)器故障的情況下控制第一驅(qū)動(dòng)器151以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。圖5示出了用于調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的方法的流程圖，該風(fēng)輪葉片樞轉(zhuǎn)地安裝在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的風(fēng)輪輪轂上。在起始步驟512中，例如基于現(xiàn)有風(fēng)的條件確定風(fēng)輪葉片的期望運(yùn)行位置。在步驟514中，確定風(fēng)輪葉片的現(xiàn)有位置。在步驟500中，對(duì)都被構(gòu)造成向風(fēng)輪葉片施加轉(zhuǎn)矩的第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制以共同地使風(fēng)輪葉片從在步驟514中所確定的現(xiàn)有位置轉(zhuǎn)動(dòng)到在步驟512中所確定的運(yùn)行位置。在判斷步驟502中，確定是否發(fā)生第一驅(qū)動(dòng)器的故障。如果未發(fā)生任何故障，則在步驟516中檢查是否已經(jīng)到達(dá)步驟512中該所確定的運(yùn)行位置。如果沒有到達(dá)，則該方法返回步驟500。一旦到達(dá)運(yùn)行位置，則在步驟508中控制第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器以在風(fēng)輪葉片上施加相互反作用的轉(zhuǎn)矩，從而使風(fēng)輪葉片穩(wěn)定而在運(yùn)行位置上無后沖。在判斷步驟510中，再次確定是否發(fā)生第一驅(qū)動(dòng)器的故障。如果未檢測到任何故障，則該方法返回步驟508。如果在步驟502或步驟510中檢測到第一驅(qū)動(dòng)器的故障，那么在步驟504中起動(dòng)連接到風(fēng)輪葉片的第一可起動(dòng)鎖定裝置以防止風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置并允許風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。在步驟506中，控制第二驅(qū)動(dòng)器以使風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。在步驟508中，確定是否已經(jīng)到達(dá)順槳位置。一旦到達(dá)順槳位置，則在步驟520中使風(fēng)輪葉片鎖定。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的可樞轉(zhuǎn)地安裝的風(fēng)輪葉片(101)進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，所述裝置包括第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152)，所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152)協(xié)作以使所述風(fēng)輪葉片(101)在運(yùn)行位置與順槳位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)；以及第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)，所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)連接到所述風(fēng)輪葉片 (101)，所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)在已起動(dòng)狀態(tài)下防止所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述運(yùn)行位置但允許所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括檢測器002)，其用于檢測所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障；以及控制器G00)，當(dāng)所述檢測器002)檢測到所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障時(shí)，所述控制器(400)控制所述第二驅(qū)動(dòng)器(152)以使所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述控制器(402)被構(gòu)造成當(dāng)所述檢測器(400)檢測到所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障時(shí)起動(dòng)所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152) 中的至少一個(gè)包括電機(jī)(161，162)，所述裝置還包括第一鎖定裝置起動(dòng)器(330)，所述第一鎖定裝置起動(dòng)器(330)在失去電力的情況下起動(dòng)所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)包括止回器，所述止回器防止所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述運(yùn)行位置。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)被構(gòu)造成通過鎖定所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的驅(qū)動(dòng)軸(141)來防止所述風(fēng)輪葉片(101)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，還包括第二可起動(dòng)鎖定裝置，所述第二可起動(dòng)鎖定裝置在已起動(dòng)狀態(tài)下防止所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述運(yùn)行位置但允許所述風(fēng)輪葉片(101) 轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置，所述第二可起動(dòng)鎖定裝置被構(gòu)造成通過鎖定所述第二驅(qū)動(dòng)器(152) 的驅(qū)動(dòng)軸(142)來防止所述風(fēng)輪葉片(101)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152) 被構(gòu)造成在不同的作用位置(201，202)處作用在所述風(fēng)輪葉片(101)上。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152) 包括各自的第一小齒輪(131)和第二小齒輪(132)，所述第一小齒輪(131)和第二小齒輪 (132)與聯(lián)接到所述風(fēng)輪葉片(101)的齒圈(111)嚙合。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述第一小齒輪(131)和第二小齒輪(13 相對(duì)于所述齒圈(111)的中軸線以小于90°的相互的角距離定位。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述齒圈(111)包括經(jīng)表面硬化的齒輪齒的角區(qū)域004)，所述角區(qū)域包含小于180°的所述齒圈(111)。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，設(shè)置多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(151，152)以在所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行過程中在風(fēng)輪輪轂(10 的任意角位置共同提供使所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩，且其中，在所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(151，152)中的一個(gè)(151)故障后剩余的驅(qū)動(dòng)器 (152)共同提供比所需的轉(zhuǎn)矩小的轉(zhuǎn)矩。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(151，152)中的每一個(gè)被構(gòu)造成供應(yīng)相等的單一的轉(zhuǎn)矩。
14.一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換器，包括風(fēng)輪輪轂(103)；風(fēng)輪葉片(101)，其可樞轉(zhuǎn)地安裝在所述風(fēng)輪輪轂(10 上；以及根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的用于對(duì)所述風(fēng)輪葉片(101)進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置(151，152， 114)。
15.如權(quán)利要求14所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器，其中，所述風(fēng)輪葉片(101)安裝在所述風(fēng)輪輪轂 (103)上以繞著樞轉(zhuǎn)軸線(196)旋轉(zhuǎn)，所述風(fēng)輪葉片(101)包括離開所述樞轉(zhuǎn)軸線(196)定位的重心。
16.一種用于對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的可樞轉(zhuǎn)地安裝的風(fēng)輪葉片(101)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，所述方法包括控制(500)第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152)以共同使所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置；檢測(502，510)是否已經(jīng)發(fā)生所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障；當(dāng)發(fā)生所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障時(shí)，起動(dòng)(504)連接到所述風(fēng)輪葉片(101)的第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)，防止所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述運(yùn)行位置但允許所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置；以及當(dāng)發(fā)生所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障時(shí)，控制(506)所述第二驅(qū)動(dòng)器(152)以使所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括當(dāng)發(fā)生所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的故障時(shí)使所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)與所述風(fēng)輪葉片 (101)脫開。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括檢測是否已經(jīng)發(fā)生所述第二驅(qū)動(dòng)器(152)的故障；以及當(dāng)發(fā)生所述第二驅(qū)動(dòng)器(152)的故障時(shí)，起動(dòng)所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)與所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)的驅(qū)動(dòng)軸(141)聯(lián)接，所述方法還包括當(dāng)發(fā)生所述第二驅(qū)動(dòng)器(15 的故障時(shí)，起動(dòng)第二可起動(dòng)鎖定裝置(192)，處于已起動(dòng)狀態(tài)下的所述第二可起動(dòng)鎖定裝置(19 防止所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述運(yùn)行位置但允許所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置，所述第二可起動(dòng)鎖定裝置(19 與所述第二驅(qū)動(dòng)器(152)的驅(qū)動(dòng)軸(14 聯(lián)接。
20.如權(quán)利要求17或19所述的方法，還包括當(dāng)發(fā)生所述第二驅(qū)動(dòng)器(15 的故障時(shí)，控制所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)以使所述風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述順槳位置。
21.如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的方法，包括控制(508)所述第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152)以在所述風(fēng)輪葉片(101)上施加相互反作用的轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明的一些方面提供了用于對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的樞轉(zhuǎn)地安裝的風(fēng)輪葉片(101)進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置(151，152，114)。該裝置包括第一驅(qū)動(dòng)器(151)和第二驅(qū)動(dòng)器(152)，第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器協(xié)作以使風(fēng)輪葉片(101)在運(yùn)行位置與停止位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置還包括連接到風(fēng)輪葉片(101)的第一可起動(dòng)鎖定裝置(191)，第一可起動(dòng)鎖定裝置在已起動(dòng)狀態(tài)下防止風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到運(yùn)行位置但允許風(fēng)輪葉片(101)轉(zhuǎn)動(dòng)到順槳位置。在其它方面，本發(fā)明提供了包括該裝置(151，152，114)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器以及用于對(duì)風(fēng)輪葉片(101)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，該風(fēng)輪葉片樞轉(zhuǎn)地安裝在風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的風(fēng)輪輪轂(103)上。
文檔編號(hào)F03D7/02GK102232144SQ200980100756
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者安東·沃爾夫 申請(qǐng)人:美國超導(dǎo)威德泰克有限公司