半直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組特征

采用一級(jí)或兩級(jí)增速齒輪箱，多極同步發(fā)電機(jī)，全容量變流。此外，為了減輕機(jī)艙的重量，半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多為緊湊型機(jī)型，也就是取消低速軸或?qū)⒌退佥S的長度減小，增速箱輸出軸與發(fā)電機(jī)主軸直聯(lián)。

半直驅(qū)概念是在直驅(qū)與雙饋風(fēng)電機(jī)組在向大型化發(fā)展過程中遇到的問題而產(chǎn)生的，兼顧有二者的特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上說半直驅(qū)可與雙饋是類似的，具有布局形式多樣的特點(diǎn)，同時(shí)目前研究中的無主軸結(jié)構(gòu)還具有與直驅(qū)相似的外型。區(qū)別在于一是與雙饋機(jī)型比，半直驅(qū)的齒輪箱的傳動(dòng)比低；二是與直驅(qū)機(jī)型比，半直驅(qū)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高。這個(gè)特點(diǎn)決定了半直驅(qū)一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時(shí)相對(duì)直驅(qū)發(fā)電機(jī)而言，能夠兼顧對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，改善大功率直驅(qū)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造條件。

目前，采用三葉片的半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是主流，典型的機(jī)組為芬蘭Winwind 公司的WWD-3MW 和德國Multibrid公司M5000，而這兩種機(jī)組的技術(shù)來源均來自德國Aerodyn公司。國內(nèi)的哈爾濱哈飛工業(yè)有限責(zé)任公司參照芬蘭Winwind 公司的1.0MW機(jī)組，在2009年5月自行研制成功了1.5MW半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，2009年12月金風(fēng)科技股份有限公司的3MW半直驅(qū)機(jī)組也在新疆達(dá)坂城吊裝成功，根據(jù)重慶齒輪箱公司提供的信息，該機(jī)型的風(fēng)輪直徑為93m，額定轉(zhuǎn)速為14.5 rpm，增速比為1：25，齒輪箱重28噸，內(nèi)齒圓直徑為2160mm。沈陽工業(yè)大學(xué)也正在研制2MW半直驅(qū)式機(jī)組，廣東明陽風(fēng)電技術(shù)有限公司與德國Aerodyn設(shè)計(jì)公司合作研制的3MW緊湊型半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正在德國進(jìn)行測(cè)試。

由于3MW半直驅(qū)機(jī)組沒有任何一家企業(yè)形成了大批量生產(chǎn)能力，芬蘭Winwind 公司的WWD-3MW首臺(tái)機(jī)組是在2006年下線，2008年才有5臺(tái)機(jī)組在芬蘭Kemi港的Ajos并網(wǎng)發(fā)電，此后分別在愛沙尼亞的Aulepa，捷克的Pchery,瑞典的Uljabuouda和芬蘭的Pori安裝了同型號(hào)的機(jī)組，但全部裝機(jī)數(shù)量還不到30臺(tái)。國內(nèi)的企業(yè)更是處于樣機(jī)試制或驗(yàn)證階段，因此，關(guān)于這種機(jī)型的詳細(xì)技術(shù)資料，在公開的場(chǎng)合很少披露。現(xiàn)在，只能根據(jù)所能獲取到的很不完整和不很可靠的資料，對(duì)半直驅(qū)機(jī)組在不同安全等級(jí)下結(jié)構(gòu)變化的情況進(jìn)行推測(cè)。

槳葉的槳距調(diào)節(jié)通過電動(dòng)或液壓推動(dòng)進(jìn)行。風(fēng)力機(jī)主軸上安裝著輪轂，在輪轂圓周分布著3個(gè)變槳距齒輪，齒輪內(nèi)側(cè)有軸承，槳葉根部安裝在軸承內(nèi)，槳葉在軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)就改變了槳距角。在槳葉根部安裝有變槳距驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其減速器輸出接有小齒輪與變槳距齒輪嚙合，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即可改變槳距角。3個(gè)槳葉各有一套變槳距驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與相關(guān)部件，也稱為獨(dú)立電動(dòng)變槳系統(tǒng)，盡管3個(gè)變槳裝置獨(dú)立，但他們的槳距角變化是按規(guī)律同步，也有采用一臺(tái)變槳距驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過齒輪或連桿同時(shí)帶動(dòng)3個(gè)槳葉同時(shí)變距的。 2100433B

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)應(yīng)用在許多的產(chǎn)品中：

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)高速

• 風(fēng)扇：不需精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速依風(fēng)扇而定，約在1000至12000 rpm之間。

• 硬盤：需非常精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速有5400、7200、10000、15000 rpm等。

• 錄影機(jī)：需非常精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速1800 rpm（NTSC）或1500 rpm（PAL）。

• 縫紉機(jī)：依機(jī)種，轉(zhuǎn)速可能是3000 rpm到5000 rpm。

• 數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)盤需要快而且精準(zhǔn)。

• 洗衣機(jī)：最高到1600rpm。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)中速及可變速

• 軟盤。

• 光盤驅(qū)動(dòng)器：CD會(huì)直接耦合在轉(zhuǎn)子上，播放音樂的轉(zhuǎn)速是250至500rpm，若是配合電腦使用，轉(zhuǎn)速會(huì)更高。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)非常低的轉(zhuǎn)速

• 唱片留聲機(jī)：速度需非常精準(zhǔn)，速度會(huì)是78, 33 1/3或45 rpm。

• 望遠(yuǎn)鏡架臺(tái)：速度需非常精準(zhǔn)，24小時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)一圈。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)其他應(yīng)用

• 洗衣機(jī)：像Fisher & Paykel、LG集團(tuán)、三星集團(tuán)、惠而浦及東芝等廠商有生產(chǎn)直驅(qū)式的洗衣機(jī)，洗衣滾筒直接裝在馬達(dá)上，取代較低效率的皮帶驅(qū)動(dòng)或是配合減速機(jī)的機(jī)種。

• 火車：1919年的Milwaukee Road class EP-2電車是直接用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)火車的輪軸。東日本旅客鐵道（JR East）在2002年1月架設(shè)了實(shí)驗(yàn)性的JR東日本E993系電力動(dòng)車組電聯(lián)車（EMU），稱為AC Train，測(cè)試在電聯(lián)車使用直驅(qū)馬達(dá)的可行性。此技術(shù)后來應(yīng)用在JR東日本E331系電聯(lián)車，在2007年開始在京葉線上行駛。

• 車輛：自19世紀(jì)后期開始就有車轂馬達(dá)，在21世紀(jì)開始用電動(dòng)車的概念上。

• 風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)（參考無齒輪風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)）：許多公司都有開發(fā)風(fēng)力發(fā)電的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)，目的是在提升效率，也降低維護(hù)成本。

• 車輛：例如單輪車、高輪單車及兒童的自行三輪車。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)就是需要特制的電動(dòng)機(jī)。一般電動(dòng)機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)在較高轉(zhuǎn)速（例如1500或是3000rpm時(shí)才會(huì)有最大轉(zhuǎn)矩。這様?shù)奶匦赃m用于許多應(yīng)用場(chǎng)合（例如風(fēng)扇），但其他的機(jī)構(gòu)需要在非常低的轉(zhuǎn)速下有較大的轉(zhuǎn)矩，例如留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤，需要固定在33 1/3 rpm或45 rpm（而且要很精確）。

較慢的馬達(dá)其體積也會(huì)比（應(yīng)用在較高轉(zhuǎn)速下的）標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)要大。例如皮帶驅(qū)動(dòng)的留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤，其馬達(dá)直徑為2.5cm，若是直驅(qū)式留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤，直徑為10cm。因?yàn)榉侵彬?qū)式的機(jī)構(gòu)可以用減速機(jī)構(gòu)使實(shí)際負(fù)載的轉(zhuǎn)速下降，而提高負(fù)載上的轉(zhuǎn)矩，相對(duì)而言，直驅(qū)式機(jī)構(gòu)的馬達(dá)就要產(chǎn)生夠大的轉(zhuǎn)矩。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)需要比較精準(zhǔn)的控制機(jī)械。有減速機(jī)的馬達(dá)其慣量較大，會(huì)讓輸出的運(yùn)動(dòng)變的較平緩。大部分馬達(dá)會(huì)有位置的轉(zhuǎn)矩漣波，稱為磁卡力矩。在高速馬達(dá)上，磁卡力矩的頻率較高，不致影響系統(tǒng)特性。而直驅(qū)式機(jī)構(gòu)下，馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩漣波比較容易影響系統(tǒng)，需要加慣量（例如飛輪）或是系統(tǒng)加入回授才能改善。

• 提升效率：功率不會(huì)消耗在減速機(jī)構(gòu)中，皮帶、鏈條或變速箱中元件的摩擦上。

• 降低噪音：因?yàn)樵O(shè)備較簡單，零件較少，直驅(qū)式機(jī)構(gòu)也比較不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，產(chǎn)生的噪音也比較小。

• 延長壽命：可動(dòng)件較少也表示容易損壞的零件變少了。一般系統(tǒng)的損壞多半來自零件的老化（例如皮帶的拉伸）或是應(yīng)力。

• 低轉(zhuǎn)速下的高轉(zhuǎn)矩。

• 反應(yīng)快且精準(zhǔn)的定位：減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)定位的影響，若是馬達(dá)改用低慣量的永久磁鐵馬達(dá)，低慣量也會(huì)讓定位反應(yīng)加快。

• 驅(qū)動(dòng)的剛性：沒有變速箱或滑珠螺桿等機(jī)構(gòu)，也避免了機(jī)械上的背隙、磁滯及彈性等相關(guān)問題。