專利名稱：用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)，屬于風力發(fā)電設備技 術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前商用大型風力發(fā)電機一般為水平軸風力發(fā)電機，它由風輪、增速齒輪 箱、發(fā)電機、機艙、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。它由風輪將風 能轉(zhuǎn)換為機械能，低速轉(zhuǎn)動的風輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳 遞給發(fā)電機。由于風向的變化，為了有效地利用風能，需要有偏航裝置，使大 型風力發(fā)電機在風速矢量方向變化時，能快速平穩(wěn)地對準風向，以便風輪獲得 最大的風能。在偏航過程中，需要偏航制動系統(tǒng)提供一定的偏航阻尼，以保證
偏航過程的安全平穩(wěn)；偏航完成后，偏航制動系統(tǒng)還需要將機艙鎖緊，保證機 艙安全；另外，當風力發(fā)電機需要停機檢修或者因外界環(huán)境變化而不利于風力 發(fā)電機正常工作時，風力發(fā)電機需要停機，即需要主軸停轉(zhuǎn)。主軸停轉(zhuǎn)可以通 過緊急順槳來減小風對風輪槳葉的攻角，間接的減小風力發(fā)電機主軸旋轉(zhuǎn)的動 力，并同時通過機艙內(nèi)安裝的主軸制動系統(tǒng)強行讓主軸停轉(zhuǎn)。 一套可靠的主軸 制動系統(tǒng)，對于保證風力發(fā)電機的安全工作至關(guān)重要。
圖3所示為現(xiàn)有風力發(fā)電機的偏航制動系統(tǒng)與主軸制動系統(tǒng)的液壓制動 原理圖。整個風力發(fā)電機液壓系統(tǒng)共用一個液壓站。
由現(xiàn)有的風力發(fā)電機上使用的偏航制動與主軸制動液壓系統(tǒng)原理圖分析 可以看出，現(xiàn)有的偏航制動與主軸制動系統(tǒng)液壓回路復雜，回路中安裝有一個 電磁換向閥12和一個電液伺服閥15進行控制。由于系統(tǒng)主軸處于自由狀態(tài)的 時間長，因此電磁換向閥12的電磁鐵在風力發(fā)電機正常工作時總是帶電，而 且電液伺服閥15也經(jīng)常動作，即電液伺服閥15的電磁鐵需要頻繁啟動，如果 其中任意一個電磁鐵發(fā)生故障，則制動系統(tǒng)就無法正常工作。另外，由于油液
4污染造成的電磁換向閥12和電液伺服閥15的滑閥閥芯的卡滯現(xiàn)象也是液壓系 統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因之一。可見現(xiàn)有風力發(fā)電機上使用的偏航制動與主軸制 動系統(tǒng)可靠性差；另一方面，偏航制動與主軸制動液壓控制系統(tǒng)沒有冗余配置， 一旦發(fā)生故障，必將造成停機事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有風力發(fā)電機的偏航制動系統(tǒng)與主軸制動系 統(tǒng)采用電磁換向閥和電液伺服閥進行控制，系統(tǒng)液壓回路復雜、故障率高的問 題，提供了一種用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)。
本發(fā)明包括電液制動動力源、制動器、控制器和力傳感器，所述的電液制 動動力源包括雙向定量泵、補油閥、雙向液壓鎖、兩個溢流閥、閉式油罐、交 流伺服電機、編碼器和變頻器，
交流伺服電機的動力輸出軸與雙向定量泵的動力輸入軸連接，雙向定量泵 與制動器之間通過兩條油路組成閉式回路，兩條油路上設置雙向液壓鎖，補油 閥的兩個出油口將補油閥連通于雙向液壓鎖與雙向定量泵之間的兩條油路之 間，補油閥的進油口連通閉式油罐的進出油口，兩個溢流閥的出油口同時與閉 式油罐的進出油口連通， 一個溢流閥的進油口連通制動器的一個油口，另一個 溢流閥的進油口連通制動器的另一個油口 ；
編碼器的輸入轉(zhuǎn)軸與交流伺服電機的動力輸出軸相連，編碼器的檢測信號 輸出端連接變頻器的反饋信號輸入端；變頻器的控制信號輸入端連接控制器的 控制信號輸出端，控制器的控制信號輸入端連接力傳感器的力信號輸出端，力 傳感器的力信號輸入端連接到制動器的油缸的活塞桿出力端；變頻器的控制信 號輸出端連接交流伺服電機的控制信號輸入端。
本發(fā)明的優(yōu)點是
本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的風力發(fā)電機制動系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠、效 率高、故障率低的優(yōu)點。本發(fā)明系統(tǒng)通過變頻器控制交流伺服電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn) 速來控制制動器的制動力，去除了對油液顆粒度敏感的電液伺服閥和容易發(fā)生 故障的電磁換向閥，簡化了液壓回路，并使系統(tǒng)的故障率降低。本發(fā)明的控制系統(tǒng)由于既有對交流伺服電機的速度與轉(zhuǎn)向控制，又有對制動器的制動力反饋 控制，整機系統(tǒng)的加載精度達到了很高的水平。溢流閥能夠保證進入制動器的 壓力油壓力一定，保證足夠的制動力矩，還可防止壓力過高引起故障；當交流 伺服電機停止工作時，雙向液壓鎖可保持制動器的制動或非制動狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是實施方式三中采用兩套電液制動 動力源的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是已有風力發(fā)電機制動系統(tǒng)的液壓原理 圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式包括電液制
動動力源20、制動器30、控制器60和力傳感器70，所述的電液制動動力源 20包括雙向定量泵20-1、補油閥20-2、雙向液壓鎖20-3、兩個溢流閥20-4、 閉式油罐20-5、交流伺服電機20-6、編碼器20-7和變頻器20-8，
交流伺服電機20-6的動力輸出軸與雙向定量泵20-1的動力輸入軸通過聯(lián) 軸節(jié)50連接，雙向定量泵20-1與制動器30之間通過兩條油路組成閉式回路， 兩條油路上設置雙向液壓鎖20-3，補油閥20-2的兩個出油口將補油閥20-2連 通于雙向液壓鎖20-3與雙向定量泵20-1之間的兩條油路之間，補油閥20-2 的進油口連通閉式油罐20-5的進出油口 ，兩個溢流閥20-4的出油口同時與閉 式油罐20-5的進出油口連通， 一個溢流閥20-4的進油口連通制動器30的一 個油口 ，另一個溢流閥20-4的進油口連通制動器30的另一個油口 ；
編碼器20-7的輸入轉(zhuǎn)軸與交流伺服電機20-6的動力輸出軸相連，編碼器 20-7的檢測信號輸出端連接變頻器20-8的反饋信號輸入端；變頻器20-8的控 制信號輸入端連接控制器60的控制信號輸出端，控制器60的控制信號輸入端 連接力傳感器70的力信號輸出端，力傳感器70的力信號輸入端連接到制動器 30的油缸的活塞桿出力端；變頻器20-8的控制信號輸出端連接交流伺服電機 20-6的控制信號輸入端。
本實施方式中雙向定量泵20-1由控制器60通過變頻器20-8和交流伺服
6電機20-6進行控制；雙向液壓鎖20-3由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向 閥的出油口分別與制動器30的油缸的兩個不同油口相連通，兩個液控單向 閥的進油口分別與雙向定量泵20-l的兩個不同油口相連通，每個液控單向閥 的控制油口分別與另一個液控單向閥的進油口所連接的油路相連通。雙向液壓 鎖20-3的作用是用于保持制動器30的制動或非制動狀態(tài)，制動器30可以采 用常開式，也可以采用常閉式。
本發(fā)明針對現(xiàn)有風力發(fā)電機偏航剎車與主軸制動系統(tǒng)的不足和缺陷，提供 了一種用于風力發(fā)電機的新型電液制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制元件 少、效率高、重量輕、占地面積小、安全可靠的優(yōu)點，減少了故障發(fā)生的幾率， 確保制動操作安全可靠地進行。
本發(fā)明的工作過程控制器60接受由風力發(fā)電機總控制器發(fā)出的指令， 通過與力傳感器70輸入的信號進行比較與運算，然后輸出控制電壓給變頻器 20-8，變頻器20-8發(fā)出控制信號給交流伺服電機20-6，交流伺服電機20-6在 收到變頻器20-8的控制信號后順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，并帶動雙向定量泵20-1 轉(zhuǎn)動，雙向定量泵20-l向制動器30輸出壓力油。制動器30可實現(xiàn)制動、提 供阻尼力或者取消制動，當完成控制器60下達的指令后，由雙向液壓鎖20-3 保持制動或非制動狀態(tài)。
本發(fā)明系統(tǒng)可用在風力發(fā)電機的偏航剎車系統(tǒng)上，也可用在主軸制動系統(tǒng) 上。應用時只需改變具體參數(shù)即可。
控制器60可采用可編程控制器PLC，由PLC發(fā)出控制信號控制變頻器 20-8工作。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于所述補油閥 20-2由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥并聯(lián)于兩條油路之間，兩個液控 單向閥的進油口同時連通閉式油罐20-5的進出油口。其它組成及連接關(guān)系與
實施方式一相同。
本實施方式中所述的每個液控單向閥的出油口分別與不同的油路連接，每 個液控單向閥的控制油口分別與另一個液控單向閥的出油口所連接的油路相連通。
補油閥20-2并聯(lián)在閉式回路上并與閉式油罐20-5連通，作用是閉式回路 中油液不足時從閉式油罐20-5中向閉式回路中補充油液和將閉式回路中多余 的油液排回閉式油罐20-5。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與實施方式 一或二的不同之處在于它還包括兩個三位四通閥40，所述的電液制動動力源 20為兩套，每套電液制動動力源20的一條油路通過一個三位四通閥40連通 制動器30的油缸的一個油口 ，每套電液制動動力源20的另一條油路通過另一 個三位四通閥40連通制動器30的油缸的另一個油口 ；控制器60的控制信號 輸出端連接每套電液制動動力源20中變頻器20-8的控制信號輸入端。其它組 成及連接關(guān)系與實施方式一或二相同。
本實施方式中通過控制兩個三位四通闊40來切換兩套電液制動動力源20 實現(xiàn)冗余配置，當一套電液制動動力源20的液壓回路發(fā)生故障時，可通過控 制系統(tǒng)自動切換到第二套電液制動動力源20，這使得液壓制動系統(tǒng)的可靠性 大大提高。在突發(fā)情況需要快速停機時，可以控制兩套電液制動動力源20同 時工作，加快制動器30的制動速度，在最短時間內(nèi)使制動盤停止轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1、一種用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)，其特征在于它包括電液制動動力源(20)、制動器(30)、控制器(60)和力傳感器(70)，所述的電液制動動力源(20)包括雙向定量泵(20-1)、補油閥(20-2)、雙向液壓鎖(20-3)、兩個溢流閥(20-4)、閉式油罐(20-5)、交流伺服電機(20-6)、編碼器(20-7)和變頻器(20-8)，交流伺服電機(20-6)的動力輸出軸與雙向定量泵(20-1)的動力輸入軸連接，雙向定量泵(20-1)與制動器(30)之間通過兩條油路組成閉式回路，兩條油路上設置雙向液壓鎖(20-3)，補油閥(20-2)的兩個出油口將補油閥(20-2)連通于雙向液壓鎖(20-3)與雙向定量泵(20-1)之間的兩條油路之間，補油閥(20-2)的進油口連通閉式油罐(20-5)的進出油口，兩個溢流閥(20-4)的出油口同時與閉式油罐(20-5)的進出油口連通，一個溢流閥(20-4)的進油口連通制動器(30)的一個油口，另一個溢流閥(20-4)的進油口連通制動器(30)的另一個油口；編碼器(20-7)的輸入轉(zhuǎn)軸與交流伺服電機(20-6)的動力輸出軸相連，編碼器(20-7)的檢測信號輸出端連接變頻器(20-8)的反饋信號輸入端；變頻器(20-8)的控制信號輸入端連接控制器(60)的控制信號輸出端，控制器(60)的控制信號輸入端連接力傳感器(70)的力信號輸出端，力傳感器(70)的力信號輸入端連接到制動器(30)的油缸的活塞桿出力端；變頻器(20-8)的控制信號輸出端連接交流伺服電機(20-6)的控制信號輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)，其特征在 于所述補油閥(20-2)由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥并聯(lián)于兩條油 路之間，兩個液控單向閥的進油口同時連通閉式油罐(20-5)的進出油口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)，其特 征在于它還包括兩個三位四通閥(40)，所述的電液制動動力源(20)為兩套， 每套電液制動動力源(20)的一條油路通過一個三位四通閥(40)連通制動器(30)油缸的一個油口，每套電液制動動力源(20)的另一條油路通過另一個三位四通閥(40)連通制動器(30)油缸的另一個油口；控制器(60)的控制信號輸出端連接每套電液制動動力源(20)中變頻器(20-8)的控制信號輸入端。
全文摘要
用于風力發(fā)電機上的電液制動系統(tǒng)，屬于風力發(fā)電設備技術(shù)領域。它是為了解決現(xiàn)有風力發(fā)電機的偏航制動系統(tǒng)與主軸制動系統(tǒng)采用電磁換向閥和電液伺服閥進行控制，系統(tǒng)液壓回路復雜、故障率高的問題。它以交流伺服電機驅(qū)動雙向定量泵作為動力源，由變頻器驅(qū)動交流伺服電機進行變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向運動從而控制與交流伺服電機輸出軸相連的雙向定量泵出口油液的壓力和流向，控制制動器實現(xiàn)制動、提供阻尼力或者取消制動，通過雙向液壓鎖保持制動器的制動或非制動狀態(tài)，通過補油閥實現(xiàn)閉式回路的油液補充和將多余的油液排出，通過溢流閥保證進入制動器的壓力油壓力一定。本發(fā)明作為風力發(fā)電機上使用的制動系統(tǒng)。
文檔編號F03D11/00GK101644236SQ200910072748
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者姜繼海, 王克龍, 馬琛俊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學