风力发电机的主动制动系统的制作方法

1.本发明属于风力发电领域，特别涉及一种风力发电机的主动制动系统。


背景技术：

3.风力发电的基本结构是：风力发电机的叶片带动转轴转动，并通过增速器带动发电机进行发电。而叶片的旋转，完全靠非常不稳定的风速来推动。风速过低时，叶片不会旋转。但是风力发电机在灾害性天气如发生飓风等自然灾害时，风力发电机会由于狂风而引起电机主轴旋转过速。当风速过快时，为避免叶片和电机主轴转速过快，防止风力发电机被破坏或者影响风力发电机的寿命，一般都设置有发电机过速保护装置，风速过快时对风力发电机的叶片进行制动，常见的风力发电机都是安装过塑报警器，风速超过预警后进行制动，例如公开号为cn202338450u的中国专利公开了一种风力发电机过速保护装置，在轮毂和主轴之间设置有对主轴进行制动的制动装置，当发生飓风等自然灾害使风力发电机主轴过速运转，利用制动装置对主轴进行制动，使风力发电机不会由于过速而损坏，对整机具有保护作用，从而保证风力发电机的正常使用。这种制动方式都是通过在主轴上设置制动装置进行制动，当风速过快时进行被动制动。采用在主轴上设置额外的制动装置，响应速度慢，并且当风速过快时只能进行强制制动，以避免叶片和电机主轴转速过快，没有降低转速的装置，以使得风力发电机在风速较快时通过降低转速的方式进行工作。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中风力发电机在制动时采用在主轴上设置额外的制动装置，响应速度慢，并且当风速过快时只能进行强制制动，以避免叶片和电机主轴转速过快，没有降低转速的装置，无法让风力发电机在风速较快时通过降低转速的方式进行工作的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种风力发电机的主动制动系统，风力发电机包括依次传动连接的叶片、主轴、增速器以及发电机，叶片与主轴连接，主轴的输出端与增速器连接，增速器的输出轴与发电机连接。主轴包括沿着轴线方向延伸设置并传动连接的第一轴段和第二轴段，第一轴段和第二轴段之间设置有第一离合器，第一轴段与叶片固定连接，第二轴段与增速器固定连接。
6.主动制动系统沿主轴的长度方向位于增速器的前端、并传动连接于第一轴段和第二轴段之间，主动制动系统包括：
7.第一增速轮组，第一增速轮组包括两个相互外啮合的增速轮，其中一个增速轮固定设置在第一轴段上。
8.第一减速轮组，第一减速轮组与第一增速轮组传动连接，第一减速轮组包括两个相互外啮合的减速轮，第一减速轮组与第一增速轮组之间设置有第二离合器。
9.第二减速轮组，第二减速轮组与第一减速轮组传动连接，第二减速轮组包括两个相互外啮合的减速轮，第二减速轮组中的其中一个减速轮固定设置在第二轴段上。
10.第一增速轮组远离第一减速轮组的一侧还设置有机械制动装置，机械制动装置用于当风速超过预定阈值以后完全制动第一轴段以及叶片。
11.采用上述技术方案，将主轴设置为第一轴段和第二轴段，并且在第一轴段和第二轴段之间设置第一离合器，能够适应不同的工况，风速较小，在安全阈值内，第一离合器结合，动力和扭矩直接从第一轴段传送到第二轴段；当风速过大时，第一离合器分离，并且此时有两种不同的工况，第一种工况下两个轴段不直接传输工作，动力和扭矩通过第一轴段传递到主动制动系统再传递到第二轴段，两个轴段之间转速不同，第二轴段的转速小于第一轴段，通过主动制动系统降低转速，风速较快时通过降低转轴的转速的方式时也能进行工作，避免像现有技术中当风速过快时直接进行制动不工作，能够进一步提高风力的利用效率，在第二种工况下，当风速过快，超过降速工作的阈值时，机械制动装置介入工作，对主轴进行完全制动。
12.进一步地，本技术中的主动制动系统中设置一个增速轮组，用于和机械制动装置配合工作，当风速超过降速工作的阈值速度时，直接通过增速轮组联动机械制动装置工作，通过机械制动装置去完全制动主轴，避免风速过大，主轴转速过大时造成风机容易被破坏的问题。
13.更进一步，设置两个减速轮组，对转速进行两次降速限制，当风速较大转速较快时，通过第一增速轮组、第一减速轮组以及第二减速轮组所组成的减速机构进行降速处理，进行主动减速，使得风力发电机能够继续工作。
14.并且，本技术中还进一步设置机械制动装置，当风速超过阈值时，此阈值为降速工作的风速阈值，第一增速轮组和机械制动装置联动工作，对主轴进行完全制动，风力发电机停止工作，并且此时制动的是第一轴段和叶片，因此叶片也就不再进行工作，并且本技术中将减速机构和制动机构集成为一体形成主动制动系统，整体结构简单，能够实现正常动力传递工作，降速工作以及完全制动的工作。
15.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，第一增速轮组包括第一增速轮和第二增速轮，第一增速轮固定套设在第一轴段上，第一增速轮与第一轴段的转速相同，第二增速轮设置于第一增速轮的一侧、并与第一增速轮外啮合。
16.第一减速轮组包括第一主动减速轮和第一从动减速轮，第一主动减速轮和第二增速轮通过第一传动轴连接，第一传动轴包括两个轴段，两个轴段之间设置有第二离合器，第一从动减速轮与第一主动减速轮传动连接。
17.第二减速轮组包括外啮合的第二主动减速轮和第二从动减速轮，第二主动减速轮与第一从动减速轮同轴连接，第二从动减速轮和第二主动减速轮啮合传动的，第二从动减速轮固定套设在第二轴段上，第二从动减速轮的转速与第二轴段的转速相同。
18.采用上述技术方案，第一增速轮组、第一减速轮组以及第二减速轮组均设置有两个相互外啮合的齿轮，结构更加简单，在风力发电机组内的占用面积更小，并且能够满足相应的增速要求和减速要求。
19.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，其中：
20.第一增速轮的轮径和齿数大于第二增速轮的轮径和齿数，能够实现增速效果。
21.第一主动减速轮的轮径和齿数小于第一从动减速轮的轮径和齿数；
22.第二主动减速轮的轮径和齿数小于第二从动减速轮的轮径和齿数。能够实现减速
的效果。
23.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，机械制动装置设置于第二增速轮远离第一主动减速轮的一侧，机械制动装置包括：
24.运动转换机构，运动转换机构具有输入端和输出端，运动转换机构的输入端和输出端的动力输出方向互相垂直，输入端与第二增速轮固定连接，输出端朝向靠近第一轴段的一侧延伸。
25.制动机构，制动机构与输出端传动连接，输出端推动制动机构朝向第一轴段动作并制动第一轴段。
26.采用上述技术方案，设置运动转换机构，能够将第二增速轮的转动转换为直线运动，并且运动转换机构同时能够进行转速判断，当转速在降速工作的阈值范围内时，运动转换机构不工作，当转速超过降速工作的阈值范围以后，运动转换机构开始工作，并联动制动机构工作并制动第一轴段。
27.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，运动转换机构包括齿轮油泵，齿轮油泵包括壳体、以及位于壳体内的第一齿轮和第二齿轮。其中
28.第一齿轮和第二齿轮相互外啮合并可转动地设置在壳体内，壳体具有进油口和出油口，第一齿轮与第二增速轮固定连接，第二增速轮带动第一齿轮转动，第一齿轮与第二齿轮啮合转动、并将壳体内的油液从进油口泵送至出油口。并且，齿轮油泵自进油口泵送至出油口的油量与第一齿轮或者第一主动增速轮的转速呈正相关。
29.采用上述技术方案，通过设置齿轮油泵，将齿轮油泵的第一齿轮的转速和第二增速轮的转速联动，第一齿轮与第二增速轮的转速相同，当第二增速轮对应的转速在降速工作的阈值范围内时，第二增速轮和第一齿轮的转速恒定，此时齿轮油泵泵出的油量也恒定，并且泵油量在正常范围内，当第二增速轮的转速过高，超过降速工作的阈值范围以后，第一齿轮的转速增快，因此泵出的油量也随之增大，泵油量增大以后，增大的液压油能够推动相应的制动机构动作进行制动，并且齿轮油泵自进油口泵送至出油口的油量与第一齿轮或者第一主动增速轮的转速呈正相关，当风速过快，使得叶片和主轴的转速过快时，运动转换机构和制动机构介入工作。
30.本发明的实施方式还公开了一种的风力发电机的主动制动系统，运动转换机构还包括油压阀、触点开关以及电磁控制阀。其中油压阀包括阀本体、弹性构件和阀芯，阀本体内部具有活动腔，油压阀内具有油液，阀芯可活动地设置于活动腔内，弹性构件的一端与阀本体的内壁面连接，另一端与阀芯连接，油压阀与齿轮油泵的出油口连通。
31.触点开关，触点开关与油压阀的阀芯可触碰式分离，电磁控制阀与触点开关连接，并且电磁控制阀与制动机构传动连接。
32.采用上述技术方案，油压阀和齿轮油泵之间的油液联通，齿轮油泵泵出的油量变大以后，油液会推动阀芯朝向触点开关动作，并触动触点开关打开，触点开关控制电磁控制阀打开，电磁控制阀推动制动机构工作。
33.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，阀本体包括一体成形的第一柱形管和第二柱形管，第一柱形管的直径小于第二柱形管的直径，第一柱形管与第二柱形管之间形成有台阶面。
34.阀芯位于阀本体内，并且阀芯沿轴线方向的其中一部分位于第一柱形管内，另一
部分位于第二柱形管内，位于第一柱形管内的部分与第一柱形管的内壁面贴合，阀芯可相对于第一柱形管的内壁面滑动。
35.阀芯的外壁部设置有螺旋形的油槽，油槽在外壁部沿阀芯的轴向长度延伸设置。并且弹性构件位于第一柱形管内，弹性构件的一端与第一柱形管的内壁面固定连接，另一端与阀芯位于第一柱形管内的一端部固定连接。
36.当齿轮油泵内的第一齿轮转速超过阈值时，齿轮油泵泵送至油压阀的油液增多，油压阀内的油压增大，油液推动阀芯朝向触点开关移动、并通过按压触点开关启动电磁控制阀。
37.采用上述技术方案，当风机的转速在降速工作的阈值范围内时，齿轮油泵正常泵送油液时，油液通过螺旋形的油槽流通，因此阀芯的相对位置不变，阀芯处于一种动态平衡的状态。当泵油量增大后，阀芯上的螺线形的油槽的出油量不变，出油速度不变，但是油量变大，因此此时油液会推动阀芯移动，并且克服弹性构件做功，此时弹性构件拉伸，并且油液推动阀芯并按压触点开关打开电磁控制阀。
38.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，制动机构包括活动制动部和固定制动部。固定制动部固定设置于第一轴段的外壁部，固定制动部的外周呈圆柱状，且固定制动部的外周设置有向内凹陷的制动槽。
39.活动制动部可滑动地设置于固定制动部的一侧，活动制动部的内壁部呈圆弧状、并与固定制动部的外周相适配。并且活动制动部的内壁部还设置有制动凸起，制动凸起朝向固定制动部突出设置，制动凸起与制动槽适配，并且制动凸起靠近固定制动部的一侧设置有耐磨层。
40.采用上述技术方案，制动时通过推动活动制动部和固定制动部卡接配合，对主轴的第一轴段进行制动，同时对叶片也进行制动。
41.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，主动制动系统具有三种工况状态，第一工况、第二工况以及第三工况，其中：
42.第一工况，在第一工况下，风速在第一安全阈值范围内，此时第一离合器结合，第二离合器分离，主动制动系统不参与工作，叶片转动产生的扭矩直接自第一轴段传递至第二轴段。
43.第二工况，在第二工况下，风速超过第一安全阈值范围，此时第一离合器分离，第二离合器结合，主动制动系统参与工作，叶片转动产生的扭矩自第一轴段传送至主动制动系统、再传送至第二轴段，并且第二轴段的转速小于第一轴段的转速。
44.第三工况，在第三工况下，风速超过第二安全阈值范围，此时第一离合器和第二离合器均处于分离状态，机械制动装置介入工作。
45.第二增速轮带动齿轮油泵内的第一齿轮转动，齿轮油泵自进油口泵送至出油口的油液流量增大，油液推动油压阀内的阀芯移动、并使得阀芯触碰触点开关，触点开关启动电磁控制阀，电磁控制阀推动活动制动部朝向固定制动部移动并结合，并使得制动凸起与制动槽卡接，使得第一轴段制动。
46.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，其中风速的第一安全阈值为19～26m/s，风速的第二安全阈值为26m/s。
47.本发明的有益效果是：
48.本发明公开了一种风力发电机的主动制动系统，风力发电机包括依次传动连接的叶片、主轴、增速器以及发电机，其中主轴包括沿着轴线方向延伸设置并传动连接的第一轴段和第二轴段。主动制动系统包括第一增速轮组、第一减速轮组、第二减速轮组以及机械制动装置，该系统在工作时：
49.先是通过增速轮组进行第一次增速，使得转速响应更加灵敏，主要是便于转速过快时及时地响应以判断转速，然后通过机械制动装置进行制动，该系统有三种工况状态：
50.三种工况状态直接响应于风力发电的叶片的转速，在第一工况下，风速在第一安全阈值范围内，此时第一离合器结合，第二离合器分离，主动制动系统不参与工作，叶片转动产生的扭矩直接自第一轴段传递至第二轴段。在第二工况下，风速超过第一安全阈值范围，此时第一离合器分离，第二离合器结合，主动制动系统参与工作，叶片转动产生的扭矩自第一轴段传送至第一增速轮组、第一减速轮组、第二减速轮组，然后再传送至第二轴段，并且第二轴段的转速小于第一轴段的转速。在第三工况下，风速超过第二安全阈值范围，此时第一离合器和第二离合器均处于分离状态，机械制动装置介入工作，第二增速轮带动齿轮油泵内的第一齿轮转动，齿轮油泵自进油口泵送至出油口的油液流量增大，油液推动油压阀内的阀芯移动、并使得阀芯触碰触点开关，触点开关启动电磁控制阀，电磁控制阀推动活动制动部朝向固定制动部移动并结合，并使得制动凸起与制动槽卡接，使得第一轴段制动。通过设置齿轮油泵既起到判断第二增速轮的转速的同时，将轴线方向的转速变为向下的竖直方向的作用力，并且齿轮油泵和油压阀配合工作，在这种结构的设计下，主动制动系统将风速判断、风速过快时的主动减速、以及速度超过降速工作阈值时进行完全制动三种模式集成于一体，并且第一增速轮组、第一减速轮组、第二减速轮组配合进行减速制动的工作，第一增速轮、齿轮油泵、油压阀以及制动机构配合进行完全制动工作，通过风速以及叶片的转速进行判断以及不同模式的切换，并且结构紧凑、响应速度快，提高了风力发电机的效率。
附图说明
51.图1为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统的示意图；
52.图2为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统在第一工况下的动力传递路径示意图；
53.图3为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统在第二工况下的动力传递路径示意图；
54.图4为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统在第三工况下的动力传递路径示意图；
55.图5为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统中齿轮油泵的结构示意图；
56.图6为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统中油压阀的结构示意图；
57.图7为本发明实施例提供的风力发电机的主动制动系统中制动机构的结构示意图。
58.附图标记说明：
59.10、叶片；
60.20、主轴；210、第一轴段；220、第二轴段；230、第一离合器；
61.30、增速器；40、发电机；
62.41、第一增速轮；42、第二增速轮；43、第一主动减速轮；44、第一从动减速轮；45、第一传动轴；46、第二离合器；47、第二主动减速轮；48、第二从动减速轮；
63.50、运动转换机构；
64.51、齿轮油泵；510、壳体；511、第一齿轮；512、第二齿轮；513、进油口；514、出油口；
65.52、油压阀；520、弹性构件；521、阀芯；522、第一柱形管；523、第二柱形管；524、油槽；525、活动腔；
66.53、触点开关；
67.60、制动机构；
68.61、活动制动部；610、制动凸起；
69.62、固定制动部；620、制动槽。
具体实施方式
70.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
71.在详细描述本实施例所公开的风力发电机的主动制动系统之前，对现有技术中的风力发电机的工作原理进行简单说明，当风以一定的速度吹过叶片以后，会带动叶片转动，叶片带动主轴转动，主轴将扭矩传递给增速器，最后通过增速器带动发电机进行发电，当风速过快时，为保护风力发电机，一般是直接将叶片进行制动，但其实通过减低部分转速的情况下发电机可以继续工作，直接制动的话会影响风力发电的发电效率。
72.在详细描述本实施例所公开的风力发电机的主动制动系统之前，对现有技术中的风力发电机的工作原理进行简单说明，当风以一定的速度吹过叶片以后，会带动叶片转动，叶片带动主轴转动，主轴将扭矩传递给增速器，最后通过增速器带动发电机进行发电，当风速过快时，为保护风力发电机，一般是直接将叶片进行制动，但其实通过减低部分转速的情况下发电机可以继续工作，直接制动的话会影响风力发电的发电效率。
73.本发明的实施方式公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图1，风力发电机包括依次传动连接的叶片10、主轴20、增速器30以及发电机40，叶片10与主轴20连接，主轴20的输出端与增速器30连接，增速器30的输出轴与发电机40连接。主轴20包括沿着轴线方向延伸设置并传动连接的第一轴段210和第二轴段220，第一轴段210和第二轴段220之间设置有第一离合器230，第一轴段210与叶片10固定连接，第二轴段220与增速器30固定连接。
74.主动制动系统沿主轴20的长度方向位于增速器30的前端、并传动连接于第一轴段210和第二轴段220之间，主动制动系统包括：
75.第一增速轮41组，第一增速轮41组包括两个相互外啮合的增速轮，其中一个增速轮固定设置在第一轴段210上。
76.第一减速轮组，第一减速轮组与第一增速轮41组传动连接，第一减速轮组包括两个相互外啮合的减速轮，第一减速轮组与第一增速轮41组之间设置有第二离合器46。
77.第二减速轮组，第二减速轮组与第一减速轮组传动连接，第二减速轮组包括两个
相互外啮合的减速轮，第二减速轮组中的其中一个减速轮固定设置在第二轴段220上。
78.第一增速轮41组远离第一减速轮组的一侧还设置有机械制动装置，机械制动装置用于当风速超过预定阈值以后完全制动第一轴段210以及叶片10。
79.具体的，请参见图1，将主轴20设置为第一轴段210和第二轴段220，第一轴段210直接和叶片10连接，并且在第一轴段210和第二轴段220之间设置第一离合器230，能够适应不同的工况，其中风速较小，在安全阈值内时，第一离合器230结合，可以参见图2，动力和扭矩直接从第一轴段210传送到第二轴段220。需要说明的是图2～图4中的黑色粗箭头为动力传递路径。
80.当风速过大时，第一离合器230分离，并且此时有两种不同的工况，可以分别参见图3和图4，其中一种工况时下，风速较大，但是在降低转速的情况下能够继续工作，请参见图3，这种状态下第一轴段210和第二轴段220两个轴段不直接传输工作，动力和扭矩通过第一轴段210传递到主动制动系统再传递到第二轴段220，具体为动力先从第一轴段210传递到第一增速轮41组，然后通过第一增速轮41组传递到第一减速轮组，再通过第一减速轮组传递到第二减速轮组，最后传递到第二轴段220，两个轴段之间转速不同，第二轴段220的转速小于第一轴段210，通过主动制动系统降低转速，风速较快时通过降低转轴的转速的方式时也能进行工作，避免像现有技术中当风速过快时直接进行制动不工作，能够进一步提高风力的利用效率。
81.在另一种二种工况下，参见图4，当风速过快，超过降速工作的阈值时，机械制动装置介入工作，对主轴20进行完全制动。
82.进一步地，本技术中的主动制动系统中设置一个增速轮组，用于和机械制动装置配合工作，当风速超过降速工作的阈值速度时，直接通过增速轮组联动机械制动装置工作，通过机械制动装置去完全制动主轴20，避免风速过大，主轴20转速过大时造成风机容易被破坏的问题。
83.更进一步地，设置两个减速轮组，对转速进行两次降速限制，当风速较大转速较快时，通过第一增速轮41组、第一减速轮组以及第二减速轮组所组成的减速机构进行降速处理，进行主动减速，使得风力发电机能够继续工作。
84.以其中一种具体的实施例为例进行说明：在主动减速过程中，第一轴段210的转动速度为w1，第一增速轮41组的增速倍率为x，第一减速轮组的减速倍率为y1，第二减速轮组的减速倍率为y2时，主动减速后传递至第二轴段220的转速w2时，最终的w2为：
85.w2＝w1*x*y1*y2
86.例如当第一增速轮41组的增速倍率x为2，第一减速轮组的减速倍率y1为0.6，第二减速轮组的减速倍率y2也为0.6时，最终第二轴段220的转速w2＝0.75w1，需要说明的是，本实施例中只是进行其中一种举例说明，第一增速轮41组的增速倍率可以设置为其他值，第一减速轮组和第二减速轮组的减速倍率可以相同也可以不同，并且，本领域技术人员还可根据实际需求设置三组减速轮组、四组减速轮组甚至更多，本实施例对此不做具体限定。
87.并且，本技术中还进一步设置机械制动装置，当风速超过将转速工作的阈值时，第一增速轮41组和机械制动装置联动工作，对主轴20进行完全制动，风力发电机停止工作，并且此时制动的是第一轴段210和叶片10，因此叶片10也就不再进行转动工作，避免叶片10转动过快影响风力发电机的使用寿命，并且本技术中将减速机构和制动机构60集成为一体形
成主动制动系统，整体结构简单，能够实现正常动力传递工作，降速工作以及完全制动的工作。
88.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图1，第一增速轮41组包括第一增速轮41和第二增速轮42，第一增速轮41固定套设在第一轴段210上，第一增速轮41与第一轴段210的转速相同，第二增速轮42设置于第一增速轮41的一侧、并与第一增速轮41外啮合。
89.第一减速轮组包括第一主动减速轮43和第一从动减速轮44，第一主动减速轮43和第二增速轮42通过第一传动轴45连接，第一传动轴45包括两个轴段，两个轴段之间设置有第二离合器46，第一从动减速轮44与第一主动减速轮43传动连接。
90.第二减速轮组包括外啮合的第二主动减速轮47和第二从动减速轮48，第二主动减速轮47与第一从动减速轮44同轴连接，第二从动减速轮48和第二主动减速轮47啮合传动的，第二从动减速轮48固定套设在第二轴段220上，第二从动减速轮48的转速与第二轴段220的转速相同。
91.采用这种结构的设计，第一增速轮41组、第一减速轮组以及第二减速轮组均设置有两个相互外啮合的齿轮，结构更加简单，在风力发电机组内的占用面积更小，并且能够满足相应的增速要求和减速要求。
92.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图1，第一增速轮41的轮径和齿数大于第二增速轮42的轮径和齿数，能够实现较好的增速效果。
93.第一主动减速轮43的轮径和齿数小于第一从动减速轮44的轮径和齿数；第二主动减速轮47的轮径和齿数小于第二从动减速轮48的轮径和齿数。能够实现减速较好的效果。
94.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图1，机械制动装置设置于第二增速轮42远离第一主动减速轮43的一侧，机械制动装置包括：
95.运动转换机构50，运动转换机构50具有输入端和输出端，运动转换机构50的输入端和输出端的动力输出方向互相垂直，输入端与第二增速轮42固定连接，输出端朝向靠近第一轴段210的一侧延伸。
96.制动机构60，制动机构60与输出端传动连接，输出端推动制动机构60朝向第一轴段210动作并制动第一轴段210。
97.具体的，在本实施例中，设置运动转换机构50，能够将第二增速轮42的转动转换为直线运动，并且运动转换机构50同时能够进行转速判断，当转速在降速工作的阈值范围内时，运动转换机构50不工作，当转速超过降速工作的阈值范围以后，运动转换机构50开始工作，并联动制动机构60工作并制动第一轴段210。
98.例如，将运动转换机构50设置为蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构中的蜗轮直接和第二增速轮42固定连接，蜗杆朝向制动机构60一侧延伸设置，蜗轮和第二增速轮42的转动速度相同，当第二增速轮42转速超过阈值时，蜗杆转速也变快，并通过蜗杆联动和触发制动机构60工作并制动第一轴段210，使得第一轴段210和叶片10完全制动，并且，运动转换机构50也可以根据需求设置为例如齿轮齿条、滚珠丝杠等机构，本实施例对此不做具体限定。
99.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图5，运动转换机构50包括齿轮油泵51，齿轮油泵51包括壳体510、以及位于壳体510内的第一齿轮511和第二齿轮512。
100.第一齿轮511和第二齿轮512相互外啮合并可转动地设置在壳体510内，壳体510具有进油口513和出油口514，第一齿轮511与第二增速轮42固定连接，第二增速轮42带动第一齿轮511转动，第一齿轮511与第二齿轮512啮合转动、并将壳体510内的油液从进油口513泵送至出油口514。并且，齿轮油泵51自进油口513泵送至出油口514的油量与第一齿轮511或者第一主动增速轮的转速呈正相关。
101.采用这种结构的设计，通过设置齿轮油泵51，将齿轮油泵51的第一齿轮511的转速和第二增速轮42的转速联动，第一齿轮511与第二增速轮42的转速相同，当第二增速轮42对应的转速在降速工作的阈值范围内时，第二增速轮42和第一齿轮511的转速恒定，此时齿轮油泵51泵出的油量也恒定，并且泵油量在正常范围内，当第二增速轮42的转速过高，超过降速工作的阈值范围以后，第一齿轮511的转速增快，因此泵出的油量也随之增大，泵油量增大以后，增大的液压油能够推动相应的制动机构60动作进行制动，并且齿轮油泵51自进油口513泵送至出油口514的油量与第一齿轮511或者第一主动增速轮的转速呈正相关，当风速过快，使得叶片10和主轴20的转速过快时，运动转换机构50和制动机构60介入工作。
102.本发明的实施方式还公开了一种的风力发电机的主动制动系统，请参见图6，运动转换机构50还包括油压阀52、触点开关53以及电磁控制阀。其中油压阀52包括阀本体、弹性构件520和阀芯521，阀本体内部具有活动腔525，油压阀52内具有油液，阀芯521可活动地设置于活动腔525内，弹性构件520的一端与阀本体的内壁面连接，另一端与阀芯521连接，油压阀52与齿轮油泵51的出油口514连通。
103.触点开关53，触点开关53与油压阀52的阀芯521可触碰式分离，电磁控制阀与触点开关53连接，并且电磁控制阀与制动机构60传动连接。
104.采用这种结构的设计，油压阀52和齿轮油泵51之间的油液联通，齿轮油泵51泵出的油量变大以后，油液会推动阀芯521朝向触点开关53动作，并触动触点开关53打开，触点开关53控制电磁控制阀打开，电磁控制阀推动制动机构60工作。
105.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图6，阀本体包括一体成形的第一柱形管522和第二柱形管523，第一柱形管522的直径小于第二柱形管523的直径，第一柱形管522与第二柱形管523之间形成有台阶面。
106.阀芯521位于阀本体内，并且阀芯521沿轴线方向的其中一部分位于第一柱形管522内，另一部分位于第二柱形管523内，位于第一柱形管522内的部分与第一柱形管522的内壁面贴合，阀芯521可相对于第一柱形管522的内壁面滑动。
107.阀芯521的外壁部设置有螺旋形的油槽524，油槽524在外壁部沿阀芯521的轴向长度延伸设置。并且弹性构件520位于第一柱形管522内，弹性构件520的一端与第一柱形管522的内壁面固定连接，另一端与阀芯521位于第一柱形管522内的一端部固定连接。
108.当齿轮油泵51内的第一齿轮511转速超过阈值时，齿轮油泵51泵送至油压阀52的油液增多，油压阀52内的油压增大，油液推动阀芯521朝向触点开关53移动、并通过按压触点开关53启动电磁控制阀。
109.具体的，在本实施例中，当风机的转速在降速工作的阈值范围内时，齿轮油泵51正常泵送油液时，因为第一柱形管522的直径小于第二柱形管523的直径，第一柱形管522与第二柱形管523之间形成有台阶面，油液只能通过螺旋形的油槽524流通，油槽524内的油路通道如图6中虚线以及箭头所示，因此阀芯521的相对位置不变，并且此时油压和弹性构件520
的力相抵消，此时阀芯521处于一种动态平衡的状态，从齿轮油泵51泵出的油液都能够从螺旋形的油槽524流出，然后流回到油箱中，需要说明的是油箱的出口和齿轮油泵51的进油口513连通，油箱的进油口513是和油压阀52的出油口514连通的，从而形成油路通道。
110.当转速增大、泵油量增大后，阀芯521上的螺线形的油槽524的出油量不变，出油速度不变，但是油量变大以后，第一柱形管522内的油液压力会变大，因此此时油液会推动阀芯521移动，并且克服弹性构件520做功，此时弹性构件520被拉伸，并且油液推动阀芯521并按压触点开关53打开电磁控制阀，电磁控制阀控制制动机构60进行制动工作以后，第一轴段210和叶片10停止转动，此时第二增速轮42停止转动，齿轮油泵51停止泵油，阀芯521在弹性构件520的带动下恢复初始状态，重新达到平衡状态。
111.进一步的，本技术中的触点开关53可以是各种常见的触点按钮、触点按键等，触点开关53和电磁控制阀电连接，触点开关53被触碰以后控制电磁控制阀工作，电磁控制阀动作并推动活动制动部61，本领域技术人员应该理解的是，电磁控制阀也可以根据需求设置为电动推杆、液压推杆等推动制动机构60进行制动，并且，电磁控制阀和制动机构60的连接方式包括但不仅限于滑动连接、转动连接等。
112.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，请参见图7，制动机构60包括活动制动部61和固定制动部62。固定制动部62固定设置于第一轴段210的外壁部，固定制动部62的外周呈圆柱状，且固定制动部62的外周设置有向内凹陷的制动槽620。
113.活动制动部61可滑动地设置于固定制动部62的一侧，活动制动部61的内壁部呈圆弧状、并与固定制动部62的外周相适配。并且活动制动部61的内壁部还设置有制动凸起610，制动凸起610朝向固定制动部62突出设置，制动凸起610与制动槽620适配，并且制动凸起610靠近固定制动部62的一侧设置有耐磨层。
114.采用这种结构的设计，制动时通过推动活动制动部61和固定制动部62卡接配合，对主轴20的第一轴段210进行制动，同时对叶片10也进行制动。制动凸起610和制动槽620适配，制动效果好，并且耐磨层也能提高其使用寿命，耐磨层可以是例如高强度钢、铬钢、锰钢等。
115.更进一步地，参见图7，在固定制动部62的外周设置多个制动槽620，以提高制动凸起610和制动槽620的结合效率，例如本实施例中在固定制动部62的外周设置有4个制动槽620，并且将制动槽620设置为外部开口大于内部开口的结构，制动凸起610设置为和制动槽620适配，外部的凸起外径小于靠近根部的凸起外径，这种结构更容易相互之间啮合制动，活动制动部61在朝向固定制动部62活动并咬合以后，对第一轴段210进行制动，同时也对叶片10进行制动。
116.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，主动制动系统具有三种工况状态，第一工况、第二工况以及第三工况，其中：
117.请参见图2为第一工况下的动力路径传递状况，在第一工况下，风速在第一安全阈值范围内，此时第一离合器230结合，第二离合器46分离，主动制动系统不参与工作，叶片10转动产生的扭矩直接自第一轴段210传递至第二轴段220。
118.请参见图3为第二工况下的动力路径传递状况，在第二工况下，风速超过第一安全阈值范围，此时第一离合器230分离，第二离合器46结合，主动制动系统参与工作，叶片10转动产生的扭矩自第一轴段210传送至主动制动系统、再传送至第二轴段220，并且第二轴段
220的转速小于第一轴段210的转速。
119.请参见图4为第三工况下的动力路径传递状况，在第三工况下，风速超过第二安全阈值范围，此时第一离合器230和第二离合器46均处于分离状态，机械制动装置介入工作。
120.第二增速轮42带动齿轮油泵51内的第一齿轮511转动，齿轮油泵51自进油口513泵送至出油口514的油液流量增大，油液推动油压阀52内的阀芯521移动、并使得阀芯521触碰触点开关53，触点开关53启动电磁控制阀，电磁控制阀推动活动制动部61朝向固定制动部62移动并结合，并使得制动凸起610与制动槽620卡接，使得第一轴段210制动。
121.本发明的实施方式还公开了一种风力发电机的主动制动系统，其中风速的第一安全阈值为19～26m/s，风速的第二安全阈值为26m/s。
122.也就是说，风速在19m/s以内时，例如5m/s、10m/s、15m/s时，是直接通过第一轴段210和第二轴段220连接传递动力，风速在19～26m/s内，例如19m/s、21m/s、23m/s、26m/s或者其他风速时，处于第二工况，风速大于26m/s时，直接进行制动。本领域技术人员应该理解，本技术只是公开了其中一种阈值范围，在实际使用过程中，可以根据实际需求和情况调整阈值范围。
123.综上，本发明公开了一种风力发电机的主动制动系统，风力发电机包括依次传动连接的叶片10、主轴20、增速器30以及发电机40，其中主轴20包括沿着轴线方向延伸设置并传动连接的第一轴段210和第二轴段220。主动制动系统包括第一增速轮41组、第一减速轮组、第二减速轮组以及机械制动装置，该系统在工作时：
124.先是通过增速轮组进行第一次增速，使得转速响应更加灵敏，主要是便于转速过快时及时地响应以判断转速，然后通过机械制动装置进行制动，该系统有三种工况状态：
125.三种工况状态直接响应于风力发电的叶片10的转速，在第一工况下，风速在第一安全阈值范围内，此时第一离合器230结合，第二离合器46分离，主动制动系统不参与工作，叶片10转动产生的扭矩直接自第一轴段210传递至第二轴段220。在第二工况下，风速超过第一安全阈值范围，此时第一离合器230分离，第二离合器46结合，主动制动系统参与工作，叶片10转动产生的扭矩自第一轴段210传送至第一增速轮41组、第一减速轮组、第二减速轮组，然后再传送至第二轴段220，并且第二轴段220的转速小于第一轴段210的转速。在第三工况下，风速超过第二安全阈值范围，此时第一离合器230和第二离合器46均处于分离状态，机械制动装置介入工作，第二增速轮42带动齿轮油泵51内的第一齿轮511转动，齿轮油泵51自进油口513泵送至出油口514的油液流量增大，油液推动油压阀52内的阀芯521移动、并使得阀芯521触碰触点开关53，触点开关53启动电磁控制阀，电磁控制阀推动活动制动部61朝向固定制动部62移动并结合，并使得制动凸起610与制动槽620卡接，使得第一轴段210制动。通过设置齿轮油泵51既起到判断第二增速轮42的转速的同时，将轴线方向的转速变为向下的竖直方向的作用力，并且齿轮油泵51和油压阀52配合工作，在这种结构的设计下，主动制动系统将风速判断、风速过快时的主动减速、以及速度超过降速工作阈值时进行完全制动三种模式集成于一体，并且第一增速轮41组、第一减速轮组、第二减速轮组配合进行减速制动的工作，第一增速轮41、齿轮油泵51、油压阀52以及制动机构60配合进行完全制动工作，通过风速以及叶片10的转速进行判断以及不同模式的切换，并且结构紧凑、响应速度快，提高了风力发电机的效率。
126.以上由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，上述描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
127.应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
128.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
129.术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
130.在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
131.虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

技术特征：
1.一种风力发电机的主动制动系统，所述风力发电机包括依次传动连接的叶片、主轴、增速器以及发电机，所述叶片与所述主轴连接，所述主轴的输出端与所述增速器连接，所述增速器的输出轴与所述发电机连接，其特征在于：所述主轴包括沿着轴线方向延伸设置并传动连接的第一轴段和第二轴段，所述第一轴段和所述第二轴段之间设置有第一离合器，所述第一轴段与所述叶片固定连接，所述第二轴段与所述增速器固定连接；所述主动制动系统沿所述主轴的长度方向位于所述增速器的前端、并传动连接于所述第一轴段和所述第二轴段之间，所述主动制动系统包括：第一增速轮组，所述第一增速轮组包括两个相互外啮合的增速轮，其中一个增速轮固定设置在所述第一轴段上；第一减速轮组，所述第一减速轮组与所述第一增速轮组传动连接，所述第一减速轮组包括两个相互外啮合的减速轮，所述第一减速轮组与所述第一增速轮组之间设置有第二离合器；第二减速轮组，所述第二减速轮组与所述第一减速轮组传动连接，所述第二减速轮组包括两个相互外啮合的减速轮，所述第二减速轮组中的其中一个减速轮固定设置在所述第二轴段上；并且所述第一增速轮组远离所述第一减速轮组的一侧还设置有机械制动装置，当风速超过预定阈值时，所述机械制动装置完全制动所述第一轴段以及所述叶片。2.如权利要求1所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于：所述第一增速轮组包括第一增速轮和第二增速轮，所述第一增速轮固定套设在所述第一轴段上，所述第一增速轮与所述第一轴段的转速相同，所述第二增速轮设置于所述第一增速轮的一侧、并与所述第一增速轮外啮合；所述第一减速轮组包括第一主动减速轮和第一从动减速轮，所述第一主动减速轮和所述第二增速轮通过第一传动轴连接，所述第一传动轴包括两个轴段，两个所述轴段之间设置有第二离合器，所述第一从动减速轮与所述第一主动减速轮传动连接；所述第二减速轮组包括外啮合的第二主动减速轮和第二从动减速轮，所述第二主动减速轮与所述第一从动减速轮同轴连接，所述第二从动减速轮和所述第二主动减速轮啮合传动的，所述第二从动减速轮固定套设在所述第二轴段上，所述第二从动减速轮的转速与所述第二轴段的转速相同。3.如权利要求2所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于：所述第一增速轮的轮径和齿数大于所述第二增速轮的轮径和齿数；所述第一主动减速轮的轮径和齿数小于所述第一从动减速轮的轮径和齿数；所述第二主动减速轮的轮径和齿数小于所述第二从动减速轮的轮径和齿数。4.如权利要求3所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于，所述机械制动装置设置于所述第二增速轮远离所述第一主动减速轮的一侧，所述机械制动装置包括：运动转换机构，所述运动转换机构具有输入端和输出端，所述运动转换机构的所述输入端和所述输出端的动力输出方向互相垂直，所述输入端与所述第二增速轮固定连接，所述输出端朝向靠近所述第一轴段的一侧延伸；制动机构，所述制动机构与所述输出端传动连接，所述输出端推动所述制动机构朝向
所述第一轴段动作并制动所述第一轴段。5.如权利要求4所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于，所述运动转换机构包括齿轮油泵，所述齿轮油泵包括壳体、以及位于所述壳体内的第一齿轮和第二齿轮；其中所述第一齿轮和所述第二齿轮相互外啮合并可转动地设置在所述壳体内，所述壳体具有进油口和出油口，所述第一齿轮与所述第二增速轮固定连接，所述第二增速轮带动所述第一齿轮转动，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合转动、并将所述壳体内的油液从所述进油口泵送至所述出油口；并且所述齿轮油泵自所述进油口泵送至所述出油口的油量与所述第一齿轮或者所述第一主动增速轮的转速呈正相关。6.如权利要求5所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于，所述运动转换机构还包括油压阀、触点开关以及电磁控制阀；其中所述油压阀包括阀本体、弹性构件和阀芯，所述阀本体内部具有活动腔，所述油压阀内具有油液，所述阀芯可活动地设置于所述活动腔内，所述弹性构件的一端与所述阀本体的内壁面连接，另一端与所述阀芯连接，所述油压阀与所述齿轮油泵的出油口连通；触点开关，所述触点开关与油压阀的阀芯可触碰式分离；所述电磁控制阀与所述触点开关连接，并且所述电磁控制阀与所述制动机构传动连接。7.如权利要求6所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于：所述阀本体包括一体成形的第一柱形管和第二柱形管，所述第一柱形管的直径小于所述第二柱形管的直径，所述第一柱形管与所述第二柱形管之间形成有台阶面；所述阀芯位于所述阀本体内，并且所述阀芯沿轴线方向的其中一部分位于所述第一柱形管内，另一部分位于所述第二柱形管内，位于所述第一柱形管内的部分与所述第一柱形管的内壁面贴合，所述阀芯可相对于所述第一柱形管的内壁面滑动；其中所述阀芯的外壁部设置有螺旋形的油槽，所述油槽在所述外壁部沿所述阀芯的轴向长度延伸设置；并且所述弹性构件位于所述第一柱形管内，所述弹性构件的一端与所述第一柱形管的内壁面固定连接，另一端与所述阀芯位于所述第一柱形管内的一端部固定连接；并且当所述齿轮油泵内的所述第一齿轮转速超过阈值时，所述齿轮油泵泵送至所述油压阀的油液增多，所述油压阀内的油压增大，所述油液推动所述阀芯朝向所述触点开关移动、并通过按压所述触点开关启动所述电磁控制阀。8.如权利要求7所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于，所述制动机构包括活动制动部和固定制动部；其中所述固定制动部固定设置于所述第一轴段的外壁部，所述固定制动部的外周呈圆柱状，且所述固定制动部的外周设置有向内凹陷的制动槽；所述活动制动部可滑动地设置于所述固定制动部的一侧，所述活动制动部的内壁部呈圆弧状、并与所述固定制动部的外周相适配；并且所述活动制动部的内壁部还设置有制动凸起，所述制动凸起朝向所述固定制动部突出设置，所述制动凸起与所述制动槽适配，并且所述制动凸起靠近所述固定制动部的一侧设置有耐磨层。
9.如权利要求1～8任一项所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于，所述主动制动系统具有三种工况状态：第一工况，在所述第一工况下，风速在第一安全阈值范围内，此时第一离合器结合，第二离合器分离，所述主动制动系统不参与工作，所述叶片转动产生的扭矩直接自所述第一轴段传递至所述第二轴段；第二工况，在所述第二工况下，风速超过第一安全阈值范围，此时所述第一离合器分离，所述第二离合器结合，所述主动制动系统参与工作，所述叶片转动产生的扭矩自所述第一轴段传送至所述主动制动系统、再传送至所述第二轴段，并且所述第二轴段的转速小于所述第一轴段的转速；第三工况，在所述第三工况下，风速超过第二安全阈值范围，此时所述第一离合器和所述第二离合器均处于分离状态，所述机械制动装置介入工作；并且所述第二增速轮带动齿轮油泵内的第一齿轮转动，所述齿轮油泵自进油口泵送至出油口的油液流量增大，所述油液推动所述油压阀内的阀芯移动、并使得所述阀芯触碰所述触点开关，所述触点开关启动所述电磁控制阀，所述电磁控制阀推动活动制动部朝向固定制动部移动并结合，并使得制动凸起与制动槽卡接，使得所述第一轴段制动。10.如权利要求9所述的风力发电机的主动制动系统，其特征在于：所述风速的第一安全阈值为19～26m/s；所述风速的第二安全阈值为26m/s。

技术总结
本发明公开了一种风力发电机的主动制动系统，风力发电机包括依次传动连接的叶片、主轴、增速器以及发电机，主动制动系统沿主轴的长度方向位于增速器的前端、并传动连接于第一轴段和第二轴段之间，主动制动系统包括：第一增速轮组、第一减速轮组以及第二减速轮组。第一增速轮组远离第一减速轮组的一侧还设置有机械制动装置，机械制动装置用于当风速超过预定阈值以后完全制动第一轴段以及叶片。将主轴设置为第一轴段和第二轴段，能够满足不同工况的需求，将减速机构和制动机构集成为一体形成主动制动系统，整体结构简单，能够实现正常动力传递工作，降速工作以及完全制动的工作。降速工作以及完全制动的工作。降速工作以及完全制动的工作。


技术研发人员：贾瑞超
受保护的技术使用者：青岛兰道尔航空科技有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15