專利名稱：用于控制風輪機的葉片間距的電液致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風輪機領域，尤其涉及一種改進的具有多個電液致動器的風輪機，所 述電液致動器安裝在風輪機的可旋轉的旋翼葉轂上，用于對同樣多個葉片的間距進行獨立 控制。
背景技術：
當然，風輪機是已知的。最近幾年，有很多有關風輪機的電力供應與電網同步的問 題已經被提出并被解決了?，F代的風輪機是比較先進的。它們通常安裝在塔臺上，并且具有多個(通常是三 個)安裝在旋翼葉轂上的相對于機艙繞水平軸旋轉的葉片。機艙可以朝向進入風的方向。 通常每個葉片都具有可變的間距，并且每個葉片的間距可以獨立于其它葉片進行控制。這 些葉片通常間隔120°設置。當一個葉片向下指向六點鐘的位置時，接近地面的風速通常要 小于經過其它兩個葉片的風速。因此，葉片的間距要相互獨立地控制，以達到努力使旋翼葉 轂的旋轉速度規(guī)范(即保持合理的恒定)，而不受地面效應、氣流等的影響的目標。迄今位置，風輪機的特征在于為電力類型的或者液壓類型的。在每種情況下，馬達 通常都安裝在機艙中?？刂菩盘柡碗娏νㄟ^塔臺提供，并且供給間距控制機構。在這兩種情 況下，該間距控制機構都安裝在機艙中，因此這就需要在機艙和可旋轉的旋翼葉轂之間具 有一類滑環(huán)接頭。另外，這樣的布置還需要使用大的主齒輪和旋翼葉轂中的各種軟管。由 于風速變化而導致的在主齒輪上的過度磨損，這種結構的機器的壽命只有短短大約四年。因此，通常希望提出一種改進的風輪機，在該風輪機中，控制間距的電液致動器安 裝在旋翼葉轂中，而不是在機艙上。

發(fā)明內容
通過公開實施例中的相應部件、部分或表面的插入在括號中的附圖標記(僅是用 于說明目的，而不作為限制)，本發(fā)明提供了一種用于風輪機(20)中的改進，該風輪機(20) 具有安裝在旋翼葉轂(23)上的用于相對于機艙(22)旋轉的多個可變間距葉片(24)。本發(fā)明的改進包括用于控制所述葉片中的一個的間距的電液致動器(25)，該電 液致動器包括適于被供給電流的馬達(26)；由該馬達驅動的泵(27)，該泵(27)設置成根 據提供給馬達的電流提供液壓輸出；以及液壓致動器(28)，其可操作地設置成根據泵的液 壓輸出選擇性地改變相關葉片的間距；其中，所述馬達、泵和致動器物理設置在風輪機的旋 翼葉轂內。在一種形式中，風輪機具有三個安裝在旋翼葉轂上的可變間距葉片(24)，所述電 液致動器(25)中的一個設置用于所述葉片中的每一個。馬達可以是直流無刷馬達。泵可以是固定容量泵。在優(yōu)選的實施例中，來自泵的液壓輸出的極性隨供給馬達的電流的極性而變化。
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所述致動器具有活塞(30)，該活塞(30)可滑動地安裝在缸(31)中，并密封地將 所述活塞的一側上的第一腔室(35)與所述活塞的另一側上的第二腔室(36)分開，其中，桿 (32)安裝在活塞上，并延伸通過第一腔室(35)，且穿透所述缸的端壁，從而活塞具有朝向 所述腔室的不相等面積的表面。該改進的致動器可以進一步包括液壓儲存器(41)和防空 蝕閥(57)，該防空蝕閥(57)可操作地設置在儲存器和致動器之間，從而當面向較大面積的 活塞表面的腔室擴張時，液壓流體將從儲存器流向該腔室，而當該面向較大面積的活塞表 面的腔室收縮時，液壓流體將從該腔室流向儲存器。所述液壓儲存器可以被加壓。所述防空蝕閥可以根據泵的液壓輸出的極性自動地操作。本發(fā)明的改進還包括壓力釋放閥(48，52)，其可操作地設置成限制泵的液壓輸出 的最大壓力。所述泵可以具有高壓側和低壓側以及殼體泄流管。旁通閥(54)可以設置成可選擇性地操作以使高壓區(qū)與低壓區(qū)連通。所述殼體泄流管(40)可以通過過濾器與儲存器連通。本發(fā)明的改進可以進一步包括與旁通閥串聯(lián)的限流孔(56)。本發(fā)明的改進可以進一步包括加壓的液壓流體源(62)，其通過導管(63)與所述 小面積的活塞表面所面向的腔室連通；以及設置在所述導管中的常開電磁閥(64)，其中， 該電磁閥設置成當發(fā)生電力故障時被打開以允許液壓流體從所述液壓流體源流動通過導 管并進入所述小面積的活塞表面所面向的腔室，從而使該腔室擴張并促使活塞相對于所述 缸朝向使葉片位于順槳的位置運動。 本發(fā)明的改進可以進一步包括鎖閉閥(59，60)，其可操作地設置成選擇性地將泵 與致動器的小面積腔室和較大面積腔室隔離。供給馬達的電力和/或控制信號優(yōu)選地從機艙通過非接觸式旋轉變壓器提供給 旋翼葉轂。這樣的例子顯示且描述在美國專利No. 5，608，771，6，813，316和5，572，178中， 它們的總的公開內容通過參弓I結合在本文中。因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種電液致動器，其用于風輪機中以控制其上的 多個可變間距葉片中的一個間距。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于風輪機的改進電液致動器，其中，該致動器 的主要部件可以安裝在旋轉的旋翼葉轂中，而不是在機艙上。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于風輪機的改進電液致動器，其中，該致動器 包括故障保護裝置，用于在出現電力故障或中斷時使相關葉片朝向順槳位置運動。這些目的和效果以及其它目的和效果通過下面正在描述的具體實施例、附圖和附 屬的權利要求將變得清楚明顯。


圖1是風輪機的上邊緣端部的軸側圖，示出了具有可變間距葉片的片斷部分，該 可變間距葉片安裝在旋翼葉轂上用于相對于機艙圍繞水平軸線旋轉。圖2是本發(fā)明改進的電液致動器的液壓示意圖。圖3是用于控制葉片中的一個間距的改進電液致動器的左側視圖。
圖4是圖3中所示致動器的頂視圖。圖5是圖4中所示致動器的左端視圖。圖6是用于獨立地控制三個葉片的方塊圖。
具體實施例方式首先，應該清楚了解的是附圖標記用于在多個附圖中一致地標識相同的結構元 件、部分或表面，因為這些元件、部分或表面可能會在整個說明書中被進一步地描述或解 釋，它們在整個說明書中的詳細描述是一個完整的部分。除非另有說明，附圖應當結合實施 例一起理解(例如，交叉陰影線、部件的位置布置、比例，角度、等等)，并且應當被理解為本 發(fā)明的說明書的一部分。在下面的描述中，詞語“水平的”，“垂直的”，“左”，“右”，“上”，“下”， 以及其副詞形式(例如，“水平地” “向右” “向上”，等等)簡單地指當特定的附圖面向讀者 時所述結構的取向。類似地，“向內地”和“向外地”一般適當地指該表面相對于其延長軸線 或旋轉軸線的取向。參照附圖，尤其是附圖1，改進的風輪機(通常以20標識)顯示為安裝在塔臺的上 邊緣端部部分上，該塔臺的一部分標識為21，機艙22可旋轉地安裝在塔臺的該上邊緣端部 部分上，用于圍繞垂直軸線y_y旋轉。旋翼葉轂23安裝在機艙上，用于圍繞水平軸線χ-χ 旋轉。多個葉片(各自以24標識)安裝在旋翼葉轂上，用于與其一起旋轉。每個葉片的間 距通過下面公開的改進的電液致動器單獨地控制。主軸(未示出)將旋翼葉轂的旋轉運動 傳遞給機艙，以便以正常方式驅動發(fā)電機(未示出)。機艙還包括各種通常和典型的部件， 例如用于提高從動軸的速度的齒輪箱(未示出)、變壓器(未示出)以及類似物。迄今為止，用于控制葉片的間距的結構安裝在機艙上，并通過主齒輪將控制傳遞 給旋翼葉轂。但是在本發(fā)明中，電液致動器安裝在旋翼葉轂內，并且主齒輪可以完全省略。參照附圖2，該改進的電液致動器25被示意性地示出為包括馬達26、由該馬達驅 動的泵27和通常以28標識的雙動液壓致動器。在該優(yōu)選的實施例中，馬達是無刷直流馬達，通過非接觸式旋轉變壓器(未示出) 從機艙向該無刷直流馬達提供電流。當該供給的電流是一個極性的時候，馬達將在一個方 向上旋轉，當該供給的電流是相反的極性時，馬達將在相反的方向上旋轉。泵27優(yōu)選地是固定容量泵，并且通過軸29與馬達連接。所述致動器28顯示為具有活塞30，該活塞30可滑動地安裝在缸31內。桿32的 左端連接在該活塞30上，該桿32穿透缸的右端壁?？?眼3安裝在桿32的右端上，另一 個孔眼34顯示為安裝在缸的左端壁上?；钊苫瑒拥匕惭b在活塞缸內，并且密封地將左腔 室35和右腔室36分開?；钊?0的整個圓形垂直端表面面向左腔室35。然而，活塞的環(huán)形 垂直表面向右面向右腔室36。整個電液致動器安裝在風輪機的可旋轉的旋翼葉轂內?？籽?34安裝在可旋轉的旋翼葉轂上，孔眼33連接在杠桿臂上(未示出)，該杠桿臂連接用于控 制相關葉片的間距。泵27的一側通過導管38與致動器的左腔室35連通，泵27的相對側通過導管39 與致動器的右腔室36連通。排放管40通過過濾器42和止回閥43使泵的一部分與儲存器 41流動連通。尤其是，導管40在該殼體泄流管和該過濾器之間延伸，導管44使過濾器42 與止回閥43連通，導管45使止回閥43與另一個導管46連通，該另一個導管46與儲存器或容器41連通。該容器顯示為具有隔膜，并被氣體加壓到約90-250psi的壓力。導管38通過導管47與容器41連通，該導管47包括高壓釋放閥48，并與導管49， 50，46連接。導管39通過導管51與容器41連通，該導管51包含另一個高壓釋放閥52，并 與導管49，50，46連接。壓力釋放閥48，52的作用是根據泵操作的極性提供用于過壓狀況 的釋放。導管38還通過導管53、旁通電磁閥54和包含限流孔56的導管55與導管39連
ο導管38和39還通過導管54、防空蝕閥55和導管56互相連通。電磁操作的旁通 閥57，60分別設置在導管38，39中。該防空蝕閥57是一種反往復閥，其對導管38，39中的 流體的壓力取樣，并響應于之間的壓力差自動地運動。該防空蝕閥57的功能是調節(jié)對置的 致動器腔室35，36之間的容積變化。換句話說，當活塞在缸內向左運動時，從塌縮的左腔室 35中移出的流體的體積要大于被供給以擴張右腔室36的流體的體積。該防空蝕閥用于使 過量的流體或相差流體通過導管46，49，50流向儲存器中。相反地，當致動器的活塞相對于 缸向右移動時，流體的相差量可以從儲存器41中通過導管46和防空蝕閥流入擴張的致動 器的左腔室中。填充裝置61與導管39連通，以使得流體能夠添加到該系統(tǒng)中。故障保護積蓄器 62通過包含常開電磁閥64的導管63與導管39連通。當風輪機首先被啟動時，旁通閥59，60關閉，流體首先被泵入到積蓄器62中以進 行填充，并將該積蓄器加壓大約3000psi。然后，閥59，60打開以允許流體流向致動器。故障保護積蓄器62的功能是在馬達失去電力時向該系統(tǒng)提供加壓的液壓流體 源。在電源故障的情況下，故障保護積蓄器62會提供加壓的液壓流體源，以使致動器的桿 向左朝向葉片的順槳位置運動。本裝置的商業(yè)產品形式如附圖3-5所示，其中，相同的附圖標記用于指示先前描 述的部件?，F在參考附圖6，其示出了用于對三個葉片中的每個的間距進行獨立控制的較大 的控制系統(tǒng)。來自三相滑環(huán)65的信號被提供給三個馬達控制器66A，66B，66C中的每一個。 每個馬達控制器分別提供信號給電力站67A，67B，67C，這些電力站又分別將合適大小和極 性的電流提供給電液致動器A，B，C。每個桿32的位置都通過LVDT 68A，68B，68C分別進行 監(jiān)控，然后，這些位置信號被分別反饋給與它們的相關馬達控制器66A，66B，66C。用于數據 傳輸的旋轉光學環(huán)69還向每個馬達控制器提供輸入信號。因此，以這種方式，該系統(tǒng)可以 獨立地控制每個葉片的間距。當然，如附圖6所示的結構是特定地用于三葉片風輪機的。如 果使用更多或更少的葉片，致動器的數目也要進行相應的調整。變化本發(fā)明清楚地考慮到可以做出許多改變和變化。在該改進的風輪機中，電液致動 器設置用于每個葉片，這樣不同葉片的間距可以相互獨立地進行控制。雖然本文中優(yōu)選地 使用無刷直流馬達，但是其它類型的馬達也可以使用。類似地，雖然本文中優(yōu)選地使用固定 容量泵，但是也可以用其它類型的泵替代。當然，致動器也可以具有穿透缸的兩個端壁的桿。但是，這樣會和旋翼葉轂的突出 部產生干擾。盡管如此，如果可以調整結構，將不需要防空蝕閥，這是因為擴張腔室的體積 將等于塌縮腔室的體積。
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如果需要，馬達控制器和電力站可以直接結合到改進的旋翼葉轂安裝的電液致動 器中。因此，雖然對本文的改進的優(yōu)選形式進行了描述，以及對它的幾種不同變化進行 了討論，但是本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行其它變化和改變，而不脫離開本發(fā)明的 精神，如下面的權利要求所限定和區(qū)別的。
權利要求
在一種風輪機中，該風輪機具有多個安裝在旋翼葉轂上的用于相對于機艙旋轉的可變間距葉片，改進包括電液致動器，其用于控制所述葉片中的一個的間距，所述電液致動器包括適于被供給電流的馬達；由所述馬達驅動的泵，該泵設置成根據供給所述馬達的電流提供液壓輸出；以及液壓致動器，該液壓致動器可操作地設置成根據所述泵的液壓輸出選擇性地改變相關葉片的間距；以及其中，所述馬達、泵和致動器物理設置在所述風輪機中的旋翼葉轂內。
2.如權利要求1所述的改進，其中，所述風輪機具有三個安裝在所述旋翼葉轂上的所 述可變間距葉片，對于所述葉片中的每一個都設置有所述電液致動器中的一個。
3.如權利要求1所述的改進，其中，所述馬達是直流無刷馬達。
4.如權利要求1所述的改進，其中，所述泵是固定容量泵。
5.如權利要求1所述的改進，其中，來自所述泵的液壓輸出的極性隨供給所述馬達的 電流的極性而變化。
6.如權利要求1所述的改進，其中，所述致動器具有可滑動地安裝在缸內的活塞，該活 塞密封地將位于所述活塞的一側上的第一腔室與位于所述活塞的另一側上的第二腔室分 開，桿安裝在所述活塞上，該桿延伸通過所述腔室中的一個，并穿透所述缸的端壁，從而所 述活塞具有面向所述腔室的不相等面積的表面。
7.如權利要求6所述的改進，進一步包括液壓儲存器和位于所述儲存器和所述致動器 之間的防空蝕閥，這樣當面向所述較大面積的活塞表面的腔室擴張時，液壓流體從所述儲 存器流向該腔室，當面向所述較大面積的活塞表面的腔室收縮時，液壓流體從該腔室流向 所述儲存器。
8.如權利要求7所述的改進，其中，所述液壓儲存器被加壓。
9.如權利要求7所述的改進，其中，所述防空蝕閥根據所述泵的液壓輸出的極性自動 地操作。
10.如權利要求1所述的改進，進一步包括壓力釋放閥，該壓力釋放閥可操作地設置成 限制所述泵的液壓輸出的最大壓力。
11.如權利要求7所述的改進，其中，所述泵具有高壓區(qū)、低壓區(qū)和殼體泄流管。
12.如權利要求1所述的改進，進一步包括旁通閥，該旁通閥設置成可選擇地操作以連 通所述高壓區(qū)和低壓區(qū)。
13.如權利要求11所述的改進，其中，所述殼體泄流管通過過濾器與所述儲存器連通。
14.如權利要求11所述的改進，進一步包括與所述旁通閥串聯(lián)的限流孔。
15.如權利要求1所述的改進，進一步包括通過導管與所述小面積的活塞表面所朝向的腔室連通的加壓液壓流體源，以及設置在所述導管中的常開電磁閥，以及其中，所述電磁閥設置成在電力故障時打開，以允許液壓流體從所述液壓流體源流動 通過所述導管，并進入所述小面積的活塞表面所朝向的腔室，從使該腔室擴張，并促使所述 活塞相對于所述缸朝向使葉片處于順槳的位置運動。
16.如權利要求15所述的改進，進一步包括鎖閉閥，該鎖閉閥可操作地設置成選擇性2地將所述泵與所述致動器的小面積腔室和較大面積腔室隔離。
17.如權利要求1所述的改進，其中，來自所述機艙的電力通過非接觸式旋轉變壓器被 提供給所述馬達。
18.如權利要求1所述的改進，進一步包括馬達控制器和電力站，其中，所述馬達控制 器和電力站也物理設置在所述風輪機的旋翼葉轂內。
19.如權利要求18所述的改進，其中，所述馬達控制器和所述電力站安裝在所述電液 控制器上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于風輪機(20)中的改進，該風輪機(20)具有安裝在旋翼葉轂(23)上的用于相對于機艙(22)旋轉的多個可變間距葉片(24)。該改進廣泛地包括用于控制葉片中的一個的間距的電液致動器(25)，該電液致動器包括適于被供給電流的馬達；由所述馬達驅動的泵(27)，該泵設置成根據供給所述馬達的電流提供液壓輸出；以及液壓致動器(28)，該液壓致動器可操作地設置成根據所述泵的液壓輸出選擇性地改變相關葉片的間距；其中，所述馬達、泵和致動器物理設置在所述風輪機中的旋翼葉轂內。
文檔編號F03D7/02GK101918709SQ200780101882
公開日2010年12月15日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者D·蓋格 申請人:莫戈公司