專利名稱：用于可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的偏航組件及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)的領(lǐng)域大體涉及風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，且更具體地講，涉及用于在風(fēng)力渦輪發(fā) 電機(jī)上使用的控制裝置。
背景技術(shù)：
至少一些已知的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子有時(shí)聯(lián)接到定位 在底座(例如衍架或管狀塔架)的頂部上的外殼或機(jī)艙上。至少一些已知的公用級(jí)風(fēng)力渦 輪機(jī)(即設(shè)計(jì)成以便對(duì)公用電網(wǎng)提供電功率的風(fēng)力渦輪機(jī))具有有預(yù)定形狀和尺寸的轉(zhuǎn)子 葉片。轉(zhuǎn)子葉片將機(jī)械風(fēng)能轉(zhuǎn)換成誘生的葉片升力，葉片升力進(jìn)一步誘生機(jī)械旋轉(zhuǎn)扭矩，機(jī) 械旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)，隨后產(chǎn)生電功率。發(fā)電機(jī)有時(shí)但不總是通過(guò)齒輪箱旋 轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱逐步提高渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的固有地低的旋轉(zhuǎn)速度，以便于發(fā)電機(jī)高 效地將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成被供應(yīng)到公用電網(wǎng)中的電能。還存在無(wú)齒輪的直接驅(qū)動(dòng)式風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)。在這種已知風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間，可使用偏航裝置來(lái)將風(fēng)力渦輪機(jī)定向到風(fēng)向 中。一些已知的偏航裝置包括電動(dòng)馬達(dá)或液壓馬達(dá)和高速比傳動(dòng)裝置，高速比傳動(dòng)裝置對(duì) 偏航軸承的帶齒的路徑起作用，并且因此將機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)到期望位置。由于風(fēng)切變的影響，例如 在偏航以及在機(jī)器固定時(shí)該機(jī)器會(huì)經(jīng)受脈動(dòng)力。這些力常常沿一個(gè)方向具有主導(dǎo)的趨勢(shì)， 這意味著這些力傾向于使風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)偏離風(fēng)向。已知的偏航裝置包括單個(gè)輸入軸，該單個(gè)輸入軸接收來(lái)自位于風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的馬 達(dá)的扭矩，且通過(guò)多個(gè)傳動(dòng)組件將該扭矩傳遞到有利于使風(fēng)力渦輪機(jī)偏航的單個(gè)輸出扭矩 軸上。但是，因?yàn)榭捎蓡蝹€(gè)輸出軸施加的旋轉(zhuǎn)力有限，所以在各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)需要許多偏 航裝置來(lái)供應(yīng)使風(fēng)力渦輪機(jī)偏航所需的力，尤其是在非最佳天氣條件下，例如在疾風(fēng)中。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，提供了一種用于可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的偏航驅(qū)動(dòng)組件。該偏航驅(qū)動(dòng)組件 包括構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自聯(lián)接在可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的主體內(nèi)的偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩的輸入軸， 其中該扭矩有利于使可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉(zhuǎn)。該偏航驅(qū)動(dòng)組件包括構(gòu)造成用來(lái)接 收扭矩且將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的至少兩個(gè)輸出軸，以及操作性地聯(lián)接到兩個(gè) 輸出軸上的差動(dòng)齒輪級(jí)，其中差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到兩個(gè)輸出軸中的各個(gè) 上的小齒輪的差動(dòng)行星齒輪。在另一個(gè)方面中，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和操 作性地聯(lián)接到該馬達(dá)上的至少一個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)組件。偏航驅(qū)動(dòng)組件包括構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自 聯(lián)接在可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的主體內(nèi)的偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩的輸入軸，其中扭矩有利于使可旋轉(zhuǎn) 式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉(zhuǎn)。偏航驅(qū)動(dòng)組件包括構(gòu)造成用來(lái)接收扭矩且將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到 可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的至少兩個(gè)輸出軸，以及操作性地聯(lián)接到兩個(gè)輸出軸上的差動(dòng)齒輪級(jí)，其中 差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到兩個(gè)輸出軸中的各個(gè)上的小齒輪的差動(dòng)行星齒輪。
在又一個(gè)方面中，提供了一種用于組裝可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的方法。該方法包括通過(guò)偏 航驅(qū)動(dòng)組件輸入軸將偏航驅(qū)動(dòng)組件聯(lián)接到偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上，其中輸入軸構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái) 自聯(lián)接在可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的主體內(nèi)的偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩，并且其中該扭矩有利于使可旋轉(zhuǎn) 式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉(zhuǎn)。該方法包括使至少兩個(gè)輸出軸自偏航驅(qū)動(dòng)組件延伸，其中，兩個(gè) 輸出軸構(gòu)造成用來(lái)將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)。該方法包括將差動(dòng)齒輪級(jí)操作性地 聯(lián)接到兩個(gè)輸出軸上，其中差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到兩個(gè)輸出軸中的各個(gè)上 的小齒輪的差動(dòng)行星齒輪。



參照下列附圖對(duì)非限制和非窮盡性的實(shí)施例進(jìn)行了描述，其中，除非另外指定，相 同參考標(biāo)號(hào)在所有各附圖中始終表示相同部件。圖1是示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的側(cè)面正視圖。圖2是與圖1所示的示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的機(jī)艙的截面示意視圖。圖3是與圖1所示的示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件的透 視圖。圖4是與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件一起使用的示例性傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5是與圖4所示的示例性傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一起使用的示例性差動(dòng)級(jí)的示意圖。圖6是可與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件一起使用的備選傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7是可與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件一起使用的備選傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖。部件列表
100 風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) ~204輸出/輸出(I/O)線管 206變槳位置反饋裝置 300偏航驅(qū)動(dòng)組件 302~~驅(qū)動(dòng)組件
旋轉(zhuǎn)偏航軸線 306~~下底板 308變速箱 400傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 402輸入軸 ~1θ4第一級(jí)行星組件 406輸入太陽(yáng)齒輪 408 環(huán)形齒輪 "410~~行星齒輪 ~420第二級(jí)行星組件
422傳動(dòng)桿 ~424輸入太陽(yáng)齒輪
426 環(huán)形齒輪 ~428~~行星齒輪 ~~440第三級(jí)行星組件442傳動(dòng)桿
輸入太陽(yáng)齒輪 446 環(huán)形齒輪
具體實(shí)施例方式圖1是示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100的示意視圖。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪 發(fā)電機(jī)100是水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)?；蛘?，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100可為豎直軸風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng) 力渦輪發(fā)電機(jī)100具有自支承面104延伸的塔架102、聯(lián)接到塔架102上的機(jī)艙106，以及 聯(lián)接到機(jī)艙106上的轉(zhuǎn)子108。轉(zhuǎn)子108具有可旋轉(zhuǎn)的輪轂110和聯(lián)接到輪轂110上的多 個(gè)轉(zhuǎn)子葉片112。在該示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子108具有三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片112。或者，轉(zhuǎn)子108 具有使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片112。 在該示例性實(shí)施例中，塔架102由管狀鋼材制成，且具有在支承面104和機(jī)艙106之間延伸 的腔體(圖1中未顯示)。或者，塔架102是使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100能夠如本文描述的 那樣起作用的任何塔架，包括但不限于柵格塔架。塔架102的高度是使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100能夠如本文描述的那樣起作用的任何值。葉片112定位在轉(zhuǎn)子輪轂110周圍，以有利于使轉(zhuǎn)子108旋轉(zhuǎn)，從而將來(lái)自風(fēng)124 的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成可使用的機(jī)械能，并且隨后轉(zhuǎn)換成電能。轉(zhuǎn)子108和機(jī)艙106在偏航軸線116 上圍繞塔架102旋轉(zhuǎn)，以控制葉片112相對(duì)于風(fēng)124的方向的投影(perspective)。葉片 112通過(guò)將葉片根部部分120在多個(gè)載荷傳遞區(qū)122處聯(lián)接到輪轂110上來(lái)與輪轂110配 合。載荷傳遞區(qū)122具有輪轂載荷傳遞區(qū)和葉片載荷傳遞區(qū)(均未在圖1中顯示)。在葉 片112中誘生的載荷通過(guò)載荷傳遞區(qū)122傳遞到輪轂110。各個(gè)葉片112還包括葉片尖端 部分125。
在該示例性實(shí)施例中，葉片112具有介于50米(m) (164英尺(ft))和100米(m) (328ft)之間的長(zhǎng)度，但是這些參數(shù)對(duì)本公開(kāi)不形成限制。或者，葉片112可具有使風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)能夠如本文描述的那樣起作用的任何長(zhǎng)度。當(dāng)風(fēng)124撞擊各個(gè)葉片112時(shí)，在各 個(gè)葉片112上誘生葉片升力(未顯示)，且當(dāng)葉片尖端部分125加速時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子108圍繞 旋轉(zhuǎn)軸線114旋轉(zhuǎn)。葉片112的槳距角(未顯示)，即相對(duì)于風(fēng)124的方向確定各個(gè)葉片 112的投影的角，可由變槳調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖1中未顯示)改變。特別地，增大葉片112的槳距 角會(huì)減小暴露于風(fēng)124的區(qū)域126的百分比，而且相反，減小葉片112的槳距角會(huì)增加暴露 于風(fēng)124的區(qū)域126的百分比。
例如，大約0度的葉片槳距角(有時(shí)稱為“動(dòng)力位置”)將很大百分比的葉片表面 區(qū)域126暴露給風(fēng)124，從而導(dǎo)致在葉片112上誘生第一升力值。類似地，大約90度的葉片 槳距角(有時(shí)稱為“順槳位置”)將顯著更小的百分比的葉片表面區(qū)域126暴露給風(fēng)124， 從而導(dǎo)致在葉片112上誘生第二升力值。在葉片112上誘生的第一升力值大于在葉片112 上誘生的第二升力值，從而升力值與暴露于風(fēng)124的葉片表面區(qū)域126成正比例。因此，在 葉片112上誘生的升力值與葉片槳距角的值不成正比例。而且，例如，當(dāng)葉片升力增大時(shí)，葉片尖端部分125的線性速度提高。相反，當(dāng)葉片 升力減小時(shí)，葉片尖端部分125的線性速度降低。因此，葉片尖端部分125的線性速度值與 在葉片112上誘生的升力值成正比例，且由此得出，葉片尖端部分125的線性速度與葉片槳 距角不成正比例。此外，當(dāng)葉片尖端部分125的線性速度提高時(shí)，來(lái)自葉片112的聲發(fā)射(圖1中未 顯示)的幅度(未顯示)增大。相反，當(dāng)葉片尖端部分125的線性速度降低時(shí)，來(lái)自葉片 112的聲發(fā)射的幅度減小。因此，來(lái)自葉片112的聲發(fā)射的幅度與葉片尖端部分125的線性 速度成正比例，且由此得出來(lái)自葉片112的聲發(fā)射的幅度與葉片槳距角不成正比例。對(duì)于各個(gè)葉片112，繞變槳軸線118來(lái)調(diào)節(jié)葉片112的槳距角。在該示例性實(shí)施 例中，葉片112的槳距角是單獨(dú)地控制的。或者，槳距角可作為一組來(lái)進(jìn)行控制。更進(jìn)一步 或者，可調(diào)整葉片的變槳以及葉片112的速度，以便降低聲發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)100可由本地控制器(未顯示)控制來(lái)降低潛在的聲發(fā)射，或者通過(guò)遠(yuǎn)程控制器 (未顯示)遠(yuǎn)程地控制來(lái)降低噪聲。圖2是示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100的機(jī)艙106的截面示意視圖。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100的各種構(gòu)件容納在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100的塔架102頂部的機(jī)艙106中。機(jī)艙106包括 聯(lián)接到一個(gè)葉片112 (在圖1中顯示)上的一個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130。機(jī)構(gòu)130沿著變槳軸線 118調(diào)整相關(guān)聯(lián)的葉片112的變槳。圖2中僅顯示了三個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130中的一個(gè)。在 該示例性實(shí)施例中，各個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130包括至少一個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)131。變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 131是使機(jī)構(gòu)130能夠如本文描述的那樣起作用的、由電功率驅(qū)動(dòng)的任何電動(dòng)馬達(dá)。或者， 變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130包括任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、構(gòu)造、布置和/或構(gòu)件，例如但不限于液壓缸、彈簧 和伺服機(jī)構(gòu)。另外，變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130可由任何適當(dāng)?shù)姆绞津?qū)動(dòng)，例如但不限于液壓流體， 以及/或者機(jī)械動(dòng)力，例如但不限于誘生彈簧力和/或電磁力。機(jī)艙106還包括通過(guò)轉(zhuǎn)子軸134(有時(shí)稱為低速軸134)、齒輪箱136、高速軸138 和聯(lián)接件140可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到定位在機(jī)艙106內(nèi)的發(fā)電機(jī)132上的轉(zhuǎn)子108。轉(zhuǎn)子軸134 的旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)齒輪箱136，齒輪箱136隨后可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)高速軸138。高速軸138通過(guò)聯(lián)接件140可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)132，且軸138旋轉(zhuǎn)有利于發(fā)電機(jī)132產(chǎn)生電功率。齒輪箱136和發(fā)電機(jī)132分別由支承件142和144支承。在該示例性實(shí)施例中，齒輪箱136使 用雙路徑幾何結(jié)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)高速軸138?；蛘?，主轉(zhuǎn)子軸134通過(guò)聯(lián)接件140直接聯(lián)接到發(fā)電 機(jī)132上。機(jī)艙106進(jìn)一步包括偏航驅(qū)動(dòng)組件146，偏航驅(qū)動(dòng)組件146固定地聯(lián)接到下底板 147上，且接合塔架環(huán)形齒輪148，可使用塔架環(huán)形齒輪148來(lái)使機(jī)艙106和轉(zhuǎn)子108在軸線 116(在圖1中顯示)上旋轉(zhuǎn)，以控制葉片112相對(duì)于風(fēng)向的投影，如本文更加詳細(xì)地描述。 機(jī)艙106還包括至少一個(gè)氣象桿149。桿149包括風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)力計(jì)(圖2中均未顯示)。桿 149為渦輪機(jī)控制系統(tǒng)(未顯示)提供可包括風(fēng)向和/或風(fēng)速的信息。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的 一部分駐留在控制面板150內(nèi)。機(jī)艙106進(jìn)一步包括有利于轉(zhuǎn)子軸134的徑向支承和對(duì)準(zhǔn) 的前支承軸承152和后支承軸承154。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100包括變槳控制系統(tǒng)200。在一個(gè)實(shí)施例中，變槳控制系統(tǒng)200 的至少一部分定位在機(jī)艙106中?；蛘撸儤刂葡到y(tǒng)200的至少一部分定位在機(jī)艙106 外面。特別地，本文描述的變槳控制系統(tǒng)200的至少一部分包括至少一個(gè)處理器202和存 儲(chǔ)裝置(未顯示)，以及至少一個(gè)輸入/輸出(I/O)線管204，其中線管204包括至少一個(gè) I/O通道(未顯示)。更具體地，處理器202定位在控制面板150內(nèi)。變槳控制系統(tǒng)200基 本提供本文描述的風(fēng)力渦輪機(jī)噪聲減小的技術(shù)效果。如本文所用，用語(yǔ)處理器不僅限于本領(lǐng)域中稱為計(jì)算機(jī)的那些集成電路，而是寬 泛地指微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其它可編程電路， 而且這些用語(yǔ)在本文中可互換地使用。在本文描述的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器可包括但不限于，諸 如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和諸如快閃存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)可讀的非易失性 介質(zhì)?；蛘撸部墒褂密洷P、壓縮盤_只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、磁光盤(MOD)，以及/或者數(shù)字 多功能盤(DVD)。而且，在本文描述的實(shí)施例中，額外的輸入通道可以是但不限于與操作者 接口相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，例如鼠標(biāo)和鍵盤?；蛘?，也可使用其它計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，其 可包括例如但不限于掃描器。此外，在該示例性實(shí)施例中，額外的輸出通道可包括但不限于 操作者接口監(jiān)視器。處理器202和本文描述的其它處理器(未顯示)處理傳輸自多個(gè)電氣裝置和電子 裝置的信息，該多個(gè)電氣裝置和電子裝置可包括但不限于葉片變槳位置反饋裝置206 (在 下文中進(jìn)一步描述)和發(fā)電反饋裝置(未顯示)。RAM和存儲(chǔ)裝置(未顯示)存儲(chǔ)和傳遞 將由處理器202執(zhí)行的信息和指令。在處理器202執(zhí)行指令期間，RAM和存儲(chǔ)裝置也可用 來(lái)存儲(chǔ)臨時(shí)變量、靜態(tài)(即不改變的)信息和指令以及其它中間信息，以及將臨時(shí)變量、靜 態(tài)(即不改變的)信息和指令以及其它中間信息提供給處理器202。所執(zhí)行的指令包括但 不限于常駐的葉片變槳系統(tǒng)200控制命令。指令序列的執(zhí)行不限于硬件電路和軟件指令的 任何特定組合。在該示例性實(shí)施例中，包括但不限于處理器202的變槳控制系統(tǒng)200的至少一部 分定位在控制面板150內(nèi)。此外，處理器202通過(guò)至少一個(gè)I/O線管204聯(lián)接到葉片變槳 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)131上。I/O線管204包括具有任何體系結(jié)構(gòu)(包括但不限于Cat 5/6電纜、雙絞 線線材以及無(wú)線通信特征)的任何數(shù)量的通道。變槳控制系統(tǒng)200可包括分布式和/或集 中式控制體系結(jié)構(gòu)。
變槳控制系統(tǒng)200還包括通過(guò)至少一個(gè)I/O線管204與處理器202聯(lián)接的多個(gè)獨(dú) 立的葉片變槳位置反饋裝置206。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130與單個(gè)葉 片變槳位置反饋裝置206相關(guān)聯(lián)?；蛘?，任何數(shù)量的葉片變槳位置反饋裝置206與各個(gè)機(jī) 構(gòu)130相關(guān)聯(lián)。因此，在該示例性實(shí)施例中，如本文描述，變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130和相關(guān)聯(lián)的驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)131以及葉片變槳位置反饋裝置206均包括在系統(tǒng)200中。各個(gè)葉片變槳位置反饋 裝置206測(cè)量各個(gè)葉片112的變槳位置，或者更具體地測(cè)量各個(gè)葉片112相對(duì)于風(fēng)124(在 圖1中顯示)和/或相對(duì)于轉(zhuǎn)子輪轂110的角度。葉片變槳位置反饋裝置206是在風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)100內(nèi)或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100具有任何適當(dāng)?shù)奈恢玫娜魏芜m當(dāng)?shù)膫鞲衅?，?如但不限于光學(xué)角編碼器、磁性旋轉(zhuǎn)編碼器和增量編碼器或者它們的一些組合。此外，葉片 變槳位置反饋裝置206將基本表示相關(guān)聯(lián)的葉片112變槳 位置的變槳量度信號(hào)(未顯示) 傳輸?shù)教幚砥?02，以便于處理器202處理。圖3是與圖1所示的示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100 —起使用的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件 300和302的透視圖。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100包括圍繞旋轉(zhuǎn)偏航軸線 304彼此基本沿徑向相對(duì)地定位的兩個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302?；蛘?，可包括使風(fēng)力渦輪 發(fā)電機(jī)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何數(shù)量的偏航驅(qū)動(dòng)組件。在一個(gè)實(shí)施例中， 可使用基本類似的驅(qū)動(dòng)組件來(lái)控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100的轉(zhuǎn)子葉片112 (在圖1中顯示) 的變槳。在該示例性實(shí)施例中，偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302聯(lián)接到定位在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架 102 (如圖2所示)頂部的下底板306上，從而使得偏航驅(qū)動(dòng)組件接合聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架102上的塔架環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)上，并且使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100可如本文 描述的那樣起作用。偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302包括變速箱308，變速箱308基本包圍了各個(gè) 偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302，且在其中保持內(nèi)部傳動(dòng)構(gòu)件。圖4是與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302 —起使用的示例性傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 400的示意圖。在該示例性實(shí)施例中，輸入軸402可旋轉(zhuǎn)地支承在變速箱308內(nèi)，且操作性 地聯(lián)接到第一級(jí)行星組件404上。第一級(jí)行星組件404包括輸入太陽(yáng)齒輪406和環(huán)形齒輪 408，輸入太陽(yáng)齒輪406接收由輸入軸402傳遞到該太陽(yáng)齒輪406上的扭矩，環(huán)形齒輪408 固定地聯(lián)接在變速箱308內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪410操作性地聯(lián)接在太陽(yáng)齒 輪406和環(huán)形齒輪408之間。或者，可在第一級(jí)行星組件404內(nèi)使用任何數(shù)量的行星齒輪 410，以傳遞來(lái)自輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302可如本文描述 的那樣起作用。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪410通過(guò)力傳動(dòng)桿422將輸入扭矩傳遞到第二級(jí) 行星組件420。第二級(jí)行星組件420包括輸入太陽(yáng)齒輪424和環(huán)形齒輪426，輸入太陽(yáng)齒輪 424接收通過(guò)力傳動(dòng)桿422傳遞到該太陽(yáng)齒輪424上的扭矩，環(huán)形齒輪426固定地聯(lián)接在變 速箱308內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪428操作性地聯(lián)接在太陽(yáng)齒輪424和環(huán)形齒 輪426之間?；蛘?，可在第二級(jí)行星組件420內(nèi)使用任何數(shù)量的行星齒輪428，以傳遞來(lái)自 輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302可如本文描述的那樣起作用。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪428通過(guò)力傳動(dòng)桿422將輸入扭矩傳遞到第三級(jí) 行星組件440。第三級(jí)行星組件440包括輸入太陽(yáng)齒輪444和環(huán)形齒輪446，輸入太陽(yáng)齒輪 444接收通過(guò)力傳動(dòng)桿442傳遞到該太陽(yáng)齒輪444上的扭矩，環(huán)形齒輪446固定地聯(lián)接在變速箱308內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪448操作性地聯(lián)接在太陽(yáng)齒輪444和環(huán)形齒 輪446之間。或者，可在第三級(jí)行星組件440內(nèi)使用任何數(shù)量的行星齒輪448，以傳遞來(lái)自 輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302可如本文描述的那樣起作用。在該示例性實(shí)施例中，行星齒輪448通過(guò)力傳動(dòng)桿462將輸入扭矩傳遞到第四級(jí) 行星組件460。第四級(jí)行星組件460包括輸入太陽(yáng)齒輪464和差動(dòng)齒輪466，輸入太陽(yáng)齒輪 464接收通過(guò)力傳動(dòng)桿462傳遞到該輸入太陽(yáng)齒輪464上的扭矩。在該示例性實(shí)施例中，行 星齒輪468操作性地聯(lián)接在太陽(yáng)齒輪464和差動(dòng)齒輪466之間?；蛘撸稍诘谒募?jí)行星組 件460內(nèi)使用任何數(shù)量的行星齒輪468，以傳遞來(lái)自輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航 驅(qū)動(dòng)組件300和302可如本文描述的那樣起作用。行星齒輪468通過(guò)力傳動(dòng)桿472將輸入 扭矩傳遞到第一輸出軸470。第一輸出小齒輪474聯(lián)接到第一輸出軸470上，且接合塔架環(huán) 形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對(duì)塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100圍繞軸線116 (在圖1中顯示)偏航。差動(dòng)齒輪466接合輸出齒輪476。在該示例性實(shí)施例中，輸出齒輪476是接合差動(dòng) 齒輪466且將輸出扭矩傳遞到第二輸出軸478的正齒輪。或者，輸出齒輪476可為使偏航 驅(qū)動(dòng)組件300和302能夠如本文描述的那樣起作用的任何類型的齒輪，例如，諸如斜齒輪。 第二輸出小齒輪480聯(lián)接到輸出軸478上，且接合塔架環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對(duì) 塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100圍繞軸線116 (在圖1中顯示) 偏航。在該示例性實(shí)施例中，第一輸出軸470和第二輸出軸478沿著塔架環(huán)形齒輪148基 本相等地分配輸入旋轉(zhuǎn)偏航力 ，以有利于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100圍繞軸線116旋轉(zhuǎn)。圖5是適用于與圖4所示的示例性傳動(dòng)結(jié)構(gòu)400 —起使用的示例性差動(dòng)級(jí)500的 示意圖。在該示例性實(shí)施例中，第四級(jí)行星組件460容納在通過(guò)多個(gè)螺栓504聯(lián)接到下底 板147上的箱體502內(nèi)。或者，箱體502可通過(guò)使偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302能夠如本文描 述的那樣起作用的任何類型的緊固裝置或其組合(例如，諸如通過(guò)焊縫和/或螺釘)聯(lián)接 到下底板147上。在該示例性實(shí)施例中，差動(dòng)齒輪466通過(guò)多個(gè)軸承508和510支承在箱體502內(nèi)， 且齒輪476 (在圖4中顯示)由軸承512和513支承。或者，齒輪476可僅由軸承512支承。 輸入太陽(yáng)齒輪464旋轉(zhuǎn)地支承在箱體502內(nèi)，而第一輸出軸470和第二輸出軸478通過(guò)多 個(gè)軸承旋轉(zhuǎn)地支承在箱體502內(nèi)。在操作期間，偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302使用多個(gè)輸出軸，從而減少每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā) 電機(jī)100所需的偏航驅(qū)動(dòng)組件的數(shù)量。更具體地，本文描述的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)造使 得能夠使用兩個(gè)輸出小齒輪以有利于供應(yīng)通常由兩個(gè)單獨(dú)的偏航驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的扭矩。因 此，減少了偏航驅(qū)動(dòng)組件的數(shù)量。圖6是可與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件一起使用的備選傳動(dòng)結(jié)構(gòu)600的示意 圖。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)600的操作類似于圖4所示的且在本文中描述的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)400。因此，其中相 似的構(gòu)件類似地編號(hào)。但是，雖然傳動(dòng)結(jié)構(gòu)600類似于圖4所示的實(shí)施例，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)600 結(jié)合了使用定位在第四行星組件460內(nèi)的額外的輸出正齒輪604的第三輸出傳動(dòng)組件602。 更具體地，第三輸出傳動(dòng)組件602包括接合差動(dòng)齒輪466的輸出齒輪604。在所示備選實(shí) 施例中，輸出齒輪604是接合差動(dòng)齒輪466且將輸出扭矩傳遞到第三輸出軸606的正齒輪。 或者，輸出齒輪604可為使偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302能夠如本文描述的那樣起作用的任何類型的齒輪，例如，諸如斜齒輪。第三輸出小齒輪608聯(lián)接到輸出軸606上，且接合塔架環(huán) 形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對(duì)塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100(在圖1中顯示)偏航和/或變槳。或者，可使用使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100能夠如本文描 述的那樣起作用的任何數(shù)量的輸出齒輪、軸和小齒輪組合。在操作期間，這種備選傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 600將沿著塔架環(huán)形齒輪148基本相等地分配輸入旋轉(zhuǎn)偏航力，以有利于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100圍繞軸線116旋轉(zhuǎn)。圖7是可與圖3所示的示例性偏航驅(qū)動(dòng)組件300和302 —起使用的備選傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 700的示意圖。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)700的操作類似于圖4所示的且在本文描述的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)400。因 此，其中相似的構(gòu)件類似地編號(hào)。然而，雖然傳動(dòng)結(jié)構(gòu)700類似于圖4所示的實(shí)施例，但是 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)700結(jié)合了第二輸出行星傳動(dòng)組件702。更具體地，且在所示的備選實(shí)施例中，第 五級(jí)行星組件702包括太陽(yáng)齒輪706、接合差動(dòng)齒輪466的差動(dòng)齒輪708，且行星齒輪704 操作性地聯(lián)接在太陽(yáng)齒輪706和差動(dòng)齒輪708之間。行星齒輪704通過(guò)力傳動(dòng)桿712將輸 入扭矩傳遞到第二輸出軸710。第二輸出小齒輪714聯(lián)接到第二輸出軸710上，且接合塔架 環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對(duì)塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 100圍繞軸線116(在圖1中顯示)偏航。在一個(gè)備選實(shí)施例中，可提供不止一個(gè)行星組件 460，從而使得不止一個(gè)輸出將扭矩傳遞到塔架環(huán)形齒輪(在圖2中顯示)。以上詳細(xì)描述了偏航驅(qū)動(dòng)組件的示例性實(shí)施例。上述偏航驅(qū)動(dòng)組件使用多個(gè)輸出 軸組件以有利于減少每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的偏航驅(qū)動(dòng)組件的數(shù)量。更具體地，偏航驅(qū)動(dòng)組件的 最后一級(jí)可包括差動(dòng)行星齒輪，該差動(dòng)行星齒輪使得能夠使用兩個(gè)輸出小齒 輪，以有利于 供應(yīng)由兩個(gè)單獨(dú)的偏航驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的扭矩。因此，偏航驅(qū)動(dòng)組件的數(shù)量可減少50%，即每個(gè) 風(fēng)力渦輪機(jī)可使用兩個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)組件，而非四個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)組件，且因此有利于減小整個(gè)風(fēng) 力渦輪機(jī)偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量。這可產(chǎn)生可被優(yōu)化成較小的大小的控制系統(tǒng)，且最大程度 地減少工作構(gòu)件的數(shù)量，從而簡(jiǎn)化風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的制造、組裝和維護(hù)。另外，這種系統(tǒng)可減小在已知的風(fēng)力渦輪機(jī)中普遍的齒隙效應(yīng)，且通過(guò)提供偏航 驅(qū)動(dòng)組件使得能夠更有效地使用控制系統(tǒng)，通過(guò)改進(jìn)克服波動(dòng)的風(fēng)載荷的阻尼，該偏航驅(qū) 動(dòng)組件更易于以提高的精度進(jìn)行控制。對(duì)于所傳遞的扭矩的量，較少數(shù)量的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可產(chǎn) 生偏航齒輪構(gòu)件的壽命得以提高的系統(tǒng)。雖然前述描述包含許多細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍，而是 僅理解為提供對(duì)一些實(shí)施例的說(shuō)明。類似地，可設(shè)計(jì)不偏離本發(fā)明的精神或范圍的本發(fā)明 的其它實(shí)施例。可以組合的方式采用來(lái)自不同實(shí)施例的特征。因此，本發(fā)明的范圍僅由所 附的權(quán)利要求書及其法律等效物而非由前述描述來(lái)表明和限制。由此將包含落在權(quán)利要求 書的意思和范圍內(nèi)的本文所公開(kāi)的本發(fā)明的所有添加、刪除和修改。雖然是在用于與風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)一起使用的偏航驅(qū)動(dòng)組件的情況下對(duì)本文所述 的裝置和方法進(jìn)行描述的，但要理解的是，該裝置和方法不限于風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用，而是可包 括在任何可旋轉(zhuǎn)式機(jī)器內(nèi)使用的偏航和/或變槳驅(qū)動(dòng)組件。同樣地，所示系統(tǒng)構(gòu)件不限于 本文描述的具體實(shí)施例，而是相反，可與本文描述的其它構(gòu)件獨(dú)立地及分開(kāi)地使用系統(tǒng)構(gòu) 件。如本文所用，以單數(shù)形式敘述且前面有詞語(yǔ)“一個(gè)”或“一種”的元件或步驟應(yīng)理 解為不排除復(fù)數(shù)個(gè)元件或步驟，除非明確敘述了這種排除。此外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的引用不意圖被理解為排除了同樣結(jié)合了所述特征的額外實(shí)施例的存在性。

本書面描述使用實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予 專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這種其它 實(shí)例具有不異于權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實(shí)例包括與權(quán)利要 求書的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求書的范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，所述偏航驅(qū)動(dòng)組件包括構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自聯(lián)接在所述可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的主體內(nèi)的偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩的輸入軸(402)，所述扭矩有利于使所述可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)圍繞偏航軸線(116)旋轉(zhuǎn)；構(gòu)造成用來(lái)接收所述扭矩且將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到所述可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的至少兩個(gè)輸出軸(470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到所述輸出軸上的差動(dòng)齒輪級(jí)(500)，所述差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到所述輸出軸中的各個(gè)上的小齒輪(474，480，608，714)的差動(dòng)行星齒輪(704)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)包括構(gòu)造成用來(lái)通過(guò)所述差動(dòng)行星齒輪(428，448，468)操作性地接合所述差動(dòng) 齒輪級(jí)的正齒輪(476)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述偏航驅(qū)動(dòng)組件(146) 進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在所述輸入軸(402)和所述輸出軸(470，478，606，710)之間的至 少一個(gè)行星級(jí)，各個(gè)所述行星級(jí)包括至少一個(gè)行星齒輪(428，448，468)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述行星級(jí)(404，420， 440，460，702)包括通過(guò)相應(yīng)的行星齒輪(428，448，468)操作性地聯(lián)接在所述輸入軸和所 述差動(dòng)行星齒輪之間的至少三個(gè)行星級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述偏航驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)一步 包括構(gòu)造成用來(lái)基本包圍所述偏航驅(qū)動(dòng)組件的變速箱(308)，并且其中，所述行星級(jí)(404， 420，440，460，702)進(jìn)一步包括固定地聯(lián)接到所述變速箱(308)的內(nèi)部上的環(huán)形齒輪(148， 408,446)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)通過(guò)所述差動(dòng)齒輪級(jí)操作性地并聯(lián)聯(lián)接，所述輸出軸構(gòu)造成用來(lái)通過(guò)所述相應(yīng)的 小齒輪(474，480，608，714)接合聯(lián)接到所述可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的上部部分上的環(huán)形齒輪(148， 408,446)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)構(gòu)造成用來(lái)沿著所述環(huán)形齒輪(148，408，446)的表面基本相等地分配所述旋轉(zhuǎn) 偏航力。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；操作性地聯(lián)接到所述偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的至少一個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)組件(142)，所述偏航驅(qū)動(dòng) 組件包括構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自聯(lián)接在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的主體內(nèi)的所述偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩的 輸入軸(402)，所述扭矩有利于使所述風(fēng)力渦輪機(jī)圍繞偏航軸線(116)旋轉(zhuǎn)；構(gòu)造成用來(lái)接收所述扭矩且將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到所述風(fēng)力渦輪機(jī)的至少兩個(gè)輸出軸 (470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到所述輸出軸上的差動(dòng)齒輪級(jí)(500)，所述差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái) 驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到所述輸出軸中的各個(gè)上的小齒輪(474，480，608，714)的差動(dòng)行星齒輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述輸出軸(470，478，606，710)包 括構(gòu)造成用來(lái)通過(guò)所述差動(dòng)行星齒輪(428，448，468)操作性地接合所述差動(dòng)齒輪級(jí)(500)的正齒輪(476)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括可旋 轉(zhuǎn)地聯(lián)接在所述輸入軸(402)和所述輸出軸(470，478，606，710)之間的至少一個(gè)行星級(jí) (404，420，440，460，702)，各個(gè)所述行星級(jí)包括至少一個(gè)行星齒輪(428，448，468)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的偏航組件及其組裝方法。提供了一種用于可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的偏航驅(qū)動(dòng)組件(146)。該偏航驅(qū)動(dòng)組件包括構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自聯(lián)接在可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的主體內(nèi)的偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩的輸入軸(402)，該扭矩有利于使可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)圍繞偏航軸線(116)旋轉(zhuǎn)；構(gòu)造成用來(lái)接收扭矩且將旋轉(zhuǎn)偏航力傳遞到可旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的至少兩個(gè)輸出軸(470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到輸出軸上的差動(dòng)齒輪級(jí)(500)，該差動(dòng)齒輪級(jí)包括構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到輸出軸中的各個(gè)上的小齒輪(474，480，608，714)的差動(dòng)行星齒輪(704)。
文檔編號(hào)F03D7/04GK101839215SQ201010145550
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者N·K·艾亞肯努 申請(qǐng)人:通用電氣公司