技术领域
[0001] 本
发明属于海流能发电领域，具体涉及一种水平轴海流能发电机变桨距装置以及包括该变桨距装置的水平轴海流能发电机，该变桨距装置适用于大功率的水平轴海流能发电机。
背景技术
[0002]
能源短缺是当今世界各国共同面对的难题，对
可再生能源的开发刻不容缓。在可再生能源领域中，海流能是一种清洁可再生能源，我国海流能储量丰富，其开发利用潜
力巨大。海流能具有
能量密度大、可预测性强等优点，水平轴海流能发电机是将海流能转换成
电能的一种装置，现有的水平轴海流能发电机多为单向发电，单向发电技术上比较容易，而近海很多地形潮涨潮落，要提高发电量，必须实现双向发电，双向发电量是单向发电量的两倍；而实现水平轴海流能发电机双向发电的控制方法之一就是对桨叶进行变桨距控制，单向发电系统是定桨距装置，双向发电系统是变桨距装置。
[0003] 目前海流能领域的研究热点主要集中在以下方面：（1）海流能发电机桨叶的水动力设计方法（；2）桨叶可调距机构的设计（；3）安装与
支撑方式的设计研究（；4） 桨叶气蚀的研究和抑制；（5）机组布局的研究；（6）海流能发电机新概念的设计。
[0004] 根据动力部件的不同，一般现有的水平轴海流能发电机的变桨距装置可以分为电动变桨距驱动和液压变桨距驱动：电动变桨距驱动采用
电动机加减速箱的结构形式；液压变桨距驱动采用
液压缸加
推杆的结构形式或者
液压马达驱动。在实际应用中二者各有优缺点，比如液压变桨距驱动具有传递
扭矩大、便于集中布置的优点，而电动变桨驱动则不存在非线性、
泄漏、卡涩等现象。
[0005] 常用的水平轴海流能发电机的变桨距执行机构有
曲柄连杆式、蜗轮
蜗杆式、锥
齿轮式等。1、曲柄连杆式机构：
风力发电装置的液压统一变桨距装置常采用这种结构，但这种结构只能实现小于90 度的变桨距动作，不适用于海流能发电中180°甚至更大
角度的变桨距；2、
蜗轮蜗杆式机构：由于机构限制只能进行独立变桨，不能进行统一变桨；3、
锥齿轮式机构：这种结构其
啮合的两个
齿面为非面
接触，
轮齿的压强和接触
应力大，结构复杂，锥齿轮制造成本高，而且在变桨距装置的低速大扭矩工况下，
锥齿轮传动过程中会产生比较大的轴向力，不利于整个海流能变桨距装置的平稳运行。
发明内容
[0006] 本发明针对
现有技术中的上述不足，提供一种水平轴海流能发电机变桨距装置及其水平轴海流能发电机，变桨距装置可以实现大于180°的变桨距角度，从而实现双向发电，并能进行统一变桨，且运行平稳。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：水平轴海流能发电机变桨距装置，包括为电机或液压马达的驱动件、通过
联轴器与驱动件的
输出轴固定连接的
丝杆、套在丝杆上与丝杆
螺纹连接的推盘，推盘具有等间隔角度设置的多个侧面，推盘与丝杆构成丝杆
螺母副，丝杆螺母副将驱动件的输出轴以及丝杆的旋转运动转化为推盘的直线运动，丝杆的左端由一对向心推力
轴承支撑，该对向心
推力轴承可承受来自丝杆的向左或向右的轴向力，从而克服海流能作用下桨叶的旋转力矩对丝杆施加的轴向力，对电机或液压马达起到一定保护作用，丝杆的左端穿过所述向心推力轴承与所述联轴器固定连接，丝杆的右端伸入
主轴法兰及主轴的中心孔左端，并与主轴法兰及主轴的中心孔左端可转动地滑动连接，丝杆与主轴法兰及主轴的中心孔左端之间构成第一
滑动轴承，所述主轴法兰以及主轴内部挖空形成所述中心孔，主轴通过
滚动轴承可转动地支撑在海流能发电机的
箱体上，主轴转动以带动海流能发电机的
发电机组发电，所述驱动件的左端安装有用于测量所述驱动件旋转角度的角度
传感器；
当驱动件为电机时，主轴的右端安装与电机电源连接的第一电滑环以及与传感器电源连接的第二电滑环，电机电源与第一电滑环的静环连接，传感器电源与第二电滑环的静环连接，第一电滑环和第二电滑环的动环均随主轴一并转动，第一电滑环的动环通过穿设在主轴和丝杆内的电源线与所述电机连接，第二电滑环的动环通过穿设在主轴和丝杆内的电源线与所述角度传感器连接，所述第一电滑环和第二电滑环可以分别避免主轴转动引起的给电机供电以及给角度传感器供电的电源线缠绕，当驱动件为液压马达时，主轴的右端安装与液压站连接的液压滑环以及与传感器电源连接的第二电滑环，液压站与液压滑环的静环连接，传感器电源与第二电滑环的静环连接，液压滑环和第二电滑环的动环均随主轴一并转动，液压滑环的动环通过穿设在主轴和
轮毂内的液压管路与所述液压马达连接，第二电滑环的动环通过穿设在主轴和丝杆内的电源线与所述角度传感器连接，所述液压滑环和第二电滑环可以分别避免主轴转动引起的给液压马达供油的液压管路以及给角度传感器供电的电源线缠绕；同时主轴内部挖空可以减轻重量，减少了变桨距带来的惯性，使得海流能发电系统更加平稳可靠；
所述推盘与丝杆之间采用螺纹传动，此传动方式简单可靠，传动平稳，丝杆螺母副的调节
精度高，易于实现精确控制；采用螺纹传动可以实现自
锁，也即推盘的移动无法带动丝杆转动，因此与齿轮固定的桨叶无法带动丝杆转动，这样可以防止桨叶在水流作用下顺桨，不需要额外的限位装置，同时变桨距装置失效时可以做定桨机组使用；采用螺纹传动的
传动比大，可以以丝杆较小的转矩得到推盘较大的轴向推力，省去了与驱动件连接的减速机构，节省了空间和成本；
所述推盘具有的侧面数目与水平轴海流能发电机的桨叶数目一致，推盘的各个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的
齿条，各个齿条分别可滑动地安装在一齿条
导轨内，在齿条导轨的限位作用下，齿条和推盘在丝杆的转动作用下沿齿条导轨滑动，各个齿条分别啮合有一齿轮，各个齿轮的端面分别与一桨叶的根部垂直布置，各个齿轮通过一变桨法兰与对应桨叶的根部固定连接，变桨法兰的一端通过螺钉与齿轮固定连接，变桨法兰的另一端通过螺钉与桨叶的根部固定连接，所述向心推力轴承、丝杆、推盘、齿条、齿轮均设置在海流能发电机的所述轮毂内，所述角度传感器、驱动件、联轴器设置在海流能发电机的轮毂外部的前端壳体内，所述变桨法兰与轮毂壁可转动地滑动连接，变桨法兰与轮毂壁之间构成第二滑动轴承，通过齿条的移动带动齿轮转动以使变桨法兰转动从而实现桨叶的桨距角的调节，第二滑动轴承形式简单，接触面积大，承载能力大，回转精度高，其
润滑油形成的润滑膜具有抗冲击作用，在齿轮轴的两侧和轮毂壁上对应开有给第二滑动轴承供油的润滑油路，通过轮毂内存有的润滑油以及轮毂的转动对润滑油路进行供油，以保证第二滑动轴承润滑的良好，有利于其抗磨性能的提高以及延长其使用寿命；
采用齿轮齿条机构作为液压变桨距装置的执行机构，可以实现大于180°的变桨距角度，适合海流能双向来流的作用，当来流方向相反时，可以通过调节丝杆的转动方向和角度来移动齿条进而调整桨叶的桨距角以适应海流的来流方向，从而实现双向发电；此外，齿轮齿条机构能进行多个
叶片的统一变桨距调节，并且相对其他形式的执行机构更为简单可靠，使用寿命长，而且传递功率大，效率高，并且速度范围广，能保证恒定传动比，容易实现对于变桨距的精确控制，使海流能发电系统达到最佳能量捕获；
所述水平轴海流能发电机变桨距装置还包括
控制器，所述角度传感器的输出端与控制器连接，控制器与所述驱动件的输入端连接，所述电机电源连接控制器后再连接第一电滑环的静环，所述液压站连接控制器后再连接液压滑环的静环，所述角度传感器电源连接控制器后再连接第二电滑环的静环，所述角度传感器反馈给控制器的
信号线通过第三电滑环连接控制器，第三电滑环的动环连接角度传感器的输出端，第三电滑环的静环连接控制器，第三电滑环可以避免主轴转动引起的角度传感器和控制器之间所连接的信号线缠绕；
在桨叶的
叶尖速比偏离最佳尖速比时，控制器发出控制指令使所述驱动件的输出轴转动，驱动件的输出轴通过联轴器带动丝杆转动，丝杆转动带动与其
螺纹连接的推盘作直线运动，固定在推盘的各个侧面的齿条与推盘一起沿所述齿条导轨滑动，从而带动与各个齿条啮合的齿轮转动，齿轮通过变桨法兰带动各自的桨叶通过第二滑动轴承绕其自身中
心轴线发生转动，从而调节桨叶的桨距角发生变化，角度传感器将测量的驱动件旋转角度反馈给控制器，直到达到目标的变桨距角度，最终实现多个桨叶的变桨距调节；
所述轮毂包括轮毂壁、固定在轮毂壁前端的轮毂前端盖，所述轮毂壁通过固接在其后端的所述主轴法兰与主轴固定连接，主轴法兰与主轴一体连接或分体固定连接，在变桨法兰与轮毂壁之间、齿轮与变桨法兰之间、轮毂前端盖与轮毂壁之间，主轴法兰与轮毂壁之间均装有
密封件，密封件起到密封作用以防止
海水灌入到轮毂内部，其中变桨法兰和轮毂壁之间的密封件为动密封件。
[0008] 进一步，所述主轴法兰及主轴的供丝杆伸入的中心孔的左端孔壁上设有
螺旋槽，所述螺旋槽的螺旋方向和丝杆的螺纹方向反向，所述轮毂内存有润滑油，所述螺旋槽用于丝杆转动时润滑油沿螺旋槽进入所述中心孔左端和丝杆之间，进而润滑第一滑动轴承，可以避免丝杆和中心孔左端之间的磨损，有利于第一滑动轴承抗磨性能的提高以及延长其使用寿命。
[0009] 进一步，当驱动件为液压马达时，所述液压管路为开设在主轴实体和轮毂实体内的壁腔油路，该与液压滑环的动环连接的液压管路依次穿过主轴实体、主轴法兰实体、轮毂壁实体、轮毂前端盖实体再穿入前端壳体内与液压马达相连。
[0010] 作为优选方案，当所述水平轴海流能发电机的桨叶有三片时，所述推盘为三角形推盘，三角形推盘具有等间隔120度设置的三个侧面，三角形推盘的三个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接；当所述水平轴海流能发电机的桨叶有四片时，所述推盘为四边形推盘，四边形推盘具有等间隔90度设置的四个侧面，四边形推盘的四个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接；
当所述水平轴海流能发电机的桨叶有两片时，所述推盘为平板状推盘，平板状推盘具有间隔180度设置的两个平行的侧面，平板状推盘的两个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接。
[0011] 进一步，所述丝杆在对应主轴法兰处的外圆
镀有
铜层，铜层与所述第一滑动轴承的主轴法兰为不同材料，铜层相当于起第一滑动轴承的轴瓦的作用，用以增大丝杆此处的外圆与主轴法兰之间的
耐磨性。
[0012] 优选的，供齿条滑动的所述齿条导轨为可以防止齿条脱离的燕尾槽导轨或T形槽导轨。
[0013] 水平轴海流能发电机，包括桨叶、由桨叶带动旋转的轮毂、以轮毂作为动力输入的发电机组，所述海流能发电机还包括上述的水平轴海流能发电机变桨距装置，所述变桨距装置的角度传感器、驱动件、联轴器设置在海流能发电机的轮毂外部的前端壳体内，变桨距装置的向心推力轴承、丝杆、推盘、齿条、齿轮设置在海流能发电机的轮毂内，所述变桨法兰与轮毂壁之间可转动地滑动连接形成第二滑动轴承，与轮毂固定的主轴与发电机组的
输入轴固定连接以作为动力输入，主轴和发电机组的输入轴之间可连接增速箱，主轴和发电机组的输入轴也可以直接连接。
[0014] 进一步，所述滚动轴承包括套在主轴左部的第一滚动轴承以及套在主轴右端的第二滚动轴承，主轴在第一滚动轴承之前的部位固定套接有衬套，衬套位于主轴和密封系统之间，衬套用于增大主轴与密封系统之间的耐磨性以及起防锈作用，第一滚动轴承和第二滚动轴承的
外圈与海流能发电机的箱体固定连接，第一滚动轴承安装在海流能发电机的箱体最左端；所述主轴在第一滚动轴承之前的部位于衬套外设有所述密封系统以保证主轴与海流能发电机的箱体之间的动密封，防止海水进入主轴内。
[0015] 进一步，所述轮毂通过主轴法兰与主轴固定连接，主轴法兰一端与轮毂壁通过螺钉固定，主轴法兰的另一端与主轴一体连接，或者通过螺钉与主轴分体固定连接，或者通过有键或者无键与主轴分体固定连接。
[0016] 和现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、采用齿轮齿条机构作为液压变桨距装置的执行机构，可以实现大于180°的变桨距角度，适合海流能双向来流的作用，当来流方向相反时，可以通过调节丝杆的转动方向和角度来移动齿条进而调整桨叶的桨距角以适应海流的来流方向，从而实现双向发电；此外，齿轮齿条机构能进行多个叶片的统一变桨距调节，并且相对其他形式的执行机构更为简单可靠，使用寿命长，而且传递功率大，效率高，并且速度范围广，能保证恒定传动比，容易实现对于变桨距的精确控制，使海流能发电系统达到最佳能量捕获。
[0017] 2、丝杆和推盘之间采用螺纹传动，其优点有：a.通过螺纹连接的
丝杠和推盘，将电机或液压马达的输出轴的旋转运动转化为推盘的直线运动，固定在推盘的各个侧面的齿条一起做直线运动，该传动机构简单可靠，传动平稳，丝杆螺母副调节精度高，易于实现精确控制；b.采用螺纹传动可以实现自锁，也即桨叶无法带动丝杆转动，可以防止桨叶在水流作用下顺桨，不需要额外的限位装置，同时变桨距装置失效时可以做定桨机组使用；c.采用螺纹传动的传动比大，可以以较小的转矩得到较大的轴向推力，省去了与电机或液压马达连接的减速机构，节省了空间和成本。
[0018] 3、当驱动件为电机时，第一电滑环和第二电滑环可以分别避免主轴转动引起的给电机供电以及给角度传感器供电的电源线缠绕，第三电滑环可以避免主轴转动引起的角度传感器和控制器之间所连接的信号线缠绕；当驱动件为液压马达时，液压滑环可以避免主轴转动引起的给液压马达供油的液压管路缠绕，第二电滑环可以避免主轴转动引起的给角度传感器供电的电源线缠绕，第三电滑环可以避免主轴转动引起的角度传感器和控制器之间所连接的信号线缠绕。
[0019] 4、丝杆的左端由一对向心推力轴承支撑，该对向心推力轴承可承受来自丝杆的向左或向右的轴向力，从而克服海流能作用下桨叶的旋转力矩对丝杆施加的轴向力，对电机或液压马达起到一定保护作用。
[0020] 5、丝杆与主轴法兰及主轴的中心孔左端之间构成支撑丝杆右端的第一滑动轴承，所述主轴法兰及主轴的中心孔的左端孔壁上设有螺旋槽，所述螺旋槽用于丝杆转动时润滑油沿螺旋槽进入第一滑动轴承（丝杆与主轴法兰及主轴的中心孔左端之间）内，进而润滑第一滑动轴承，可以避免丝杆与主轴及主轴法兰的中心孔左端之间的磨损，有利于第一滑动轴承抗磨性能的提高以及延长其使用寿命。
[0021] 6、变桨法兰与轮毂壁之间构成第二滑动轴承，其形式简单，接触面积大，承载能力大，回转精度高，其润滑膜具有抗冲击作用，并且在齿轮轴的两侧和轮毂壁上对应开有给其供油的润滑油路，通过轮毂内存有的润滑油以及轮毂的转动对润滑油路进行供油，保证了第二滑动轴承润滑的良好，有利于第二滑动轴承抗磨性能的提高以及延长其使用寿命。
[0022] 7、变桨距装置采用电机驱动或液压马达驱动的形式，同时将电机或液压马达置于轮毂外部的前端壳体内，节省了海流能发电机的内部空间。
附图说明
[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0024] 图1为现有的水平轴海流能发电机的外形图。
[0025] 图2为
实施例一的水平轴海流能发电装置的电动变桨距装置的结构图。
[0026] 图3为图2的俯视图。
[0027] 图4为图2中的E-E剖视图以及图10的F-F剖视图。
[0028] 图5为图2的A部放大图以及图10的B部放大图。
[0029] 图6为实施例一和实施例二的变桨距原理图（初始状态）。
[0030] 图7为实施例一和实施例二的变桨距原理图（变桨距后）。
[0031] 图8为包含实施例一和实施例二的变桨距装置的水平轴海流能发电机的主视图。
[0032] 图9为实施例一的电动变桨距装置在水平轴海流能发电机内的安装结构图。
[0033] 图10为实施例二的水平轴海流能发电装置的液压变桨距装置的结构图。
[0034] 图11为图10中主轴右端的液压滑环、第二和第三电滑环的安装结构图。
[0035] 图12为实施例二的液压变桨距装置在水平轴海流能发电机内的安装结构图。
具体实施方式
[0036] 实施例一参照图2-图9：水平轴海流能发电机的电动变桨距装置，包括驱动机构和执行机构。在图2至图5以及图8、图9所示的实施例一中，海流能发电装置的电动变桨距装置包括一组驱动机构和三组执行机构，每组执行机构都与一个桨叶13相对应，桨叶13共有三个，三个桨叶
13等间隔120度设置，每个桨叶13都有一组对应的执行机构对其执行变桨距动作，三组执行机构都由所述的一组驱动机构进行驱动。
[0037] 本实施例水平轴海流能发电机的电动变桨距装置的驱动机构包括电机2a、联轴器3、丝杆4和三角推盘14，本实施例水平轴海流能发电机的电动变桨距装置的执行机构为齿轮11和齿条9所组成的齿轮齿条传动机构，执行机构有三组齿轮齿条传动机构。
[0038] 所述电机2a的输出轴通过联轴器3与丝杆4相连接，所述三角形推盘8套在丝杆4上，三角形推盘8与丝杆4之间通过螺纹连接，三角形推盘8与丝杆4构成丝杆螺母副，将电机2a的输出轴以及丝杆4的旋转运动转化为三角形推盘8的直线运动，丝杆4的左端由一对向心推力轴承5支撑，该对向心推力轴承5的外圈与轮毂壁21固定，该对向心推力轴承5可承受来自丝杆4的向左或向右的轴向力，从而克服海流能作用下桨叶13的旋转力矩对丝杆3施加的轴向力，对电机2a起到一定保护作用，丝杆4的左端穿过所述向心推力轴承5与所述联轴器3固定连接，丝杆4的右端伸入主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端，并与主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端可转动地滑动连接，丝杆4与主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端之间构成第一滑动轴承6，所述主轴法兰71以及主轴7内部挖空形成所述中心孔72，于是，丝杆4由其左端的一对向心推力轴承5和其右端的第一滑动轴承6共同支撑，主轴7通过第一滚动轴承16和第二滚动轴承17可转动地支撑在海流能发电机的箱体50上，主轴7转动以带动海流能发电机的发电机组发电。主轴法兰71及主轴的中心孔72为阶梯形，阶梯形的转折处与丝杆4的右端相抵。
[0039] 所述三角形推盘8呈正三角形，其三个侧面分别通过销轴固定有一平行于丝杆布置的齿条9。三角形推盘8的直线运动带动与三角形推盘8固定的齿条9做直线运动，所述齿条9通过燕尾槽
凸块可滑动地安装在燕尾槽导轨10上，所述燕尾槽导轨10通过螺钉固定在轮毂壁21的内部，当丝杆4转动时，三角形推盘8和齿条9在燕尾槽导轨10的限位作用下沿燕尾槽导轨10
滑行。燕尾槽导轨10也可替换为T形槽导轨。此外，电机2a的左端装有可检测电机2a的旋转角度的角度传感器1。此驱动机构简单可靠，传动平稳，丝杆螺母副的调节精度高，易于实现精确控制。
[0040] 此外，三角形推盘8与丝杆4之间采用螺纹传动的优点有：采用螺纹传动可以实现自锁，也即三角形推盘8以及齿条9的移动无法带动丝杆4转动，因此齿轮11以及与齿轮11固定的桨叶13无法带动丝杆4转动，这样可以防止桨叶13在水流作用下顺桨，不需要额外的限位装置，同时变桨距装置失效时可以做定桨机组使用；此外，采用螺纹传动的传动比大，可以以丝杆4较小的转矩得到三角形推盘8较大的轴向推力，省去了与电机2a连接的减速机构，节省了空间和成本。
[0041] 三角形推盘8的三个侧面固定的齿条9分别与一齿轮11啮合，各个齿轮11的端面分别与一桨叶13的根部垂直布置，各个齿轮11通过一变桨法兰12与对应桨叶13的根部固定连接，各齿轮11自带连接法兰，连接法兰通过螺钉与对应的变桨法兰12的一端固定连接，变桨法兰12的另一端通过螺钉与桨叶13的根部固定连接，变桨法兰12还与轮毂壁21可转动地滑动连接，变桨法兰12与轮毂壁21之间构成第二滑动轴承14，通过齿条9的移动带动齿轮11转动以使变桨法兰12转动从而实现桨叶13的桨距角的调节。图2的剖面
位置仅可示出三角形推盘8的三个侧面中一个侧面的一组齿条9和齿轮11，图2中示出的齿轮11水平布置，其可通过变桨法兰12带动与其对应的桨叶13以图示箭头的方向水平向左转动或水平向右转动，所述向心推力轴承5、丝杆4、三角形推盘8、齿条9、齿轮11均设置在海流能发电机的轮毂20内，所述角度传感器1、电机2a、联轴器3设置在海流能发电机的轮毂20外部的前端壳体30内，所述变桨法兰12与轮毂壁21可转动地滑动连接，变桨法兰12与轮毂壁21之间构成第二滑动轴承14，第二滑动轴承14形式简单，接触面积大，承载能力大，回转精度高，其润滑油形成的润滑膜具有抗冲击作用，在齿轮轴81的两侧和轮毂壁21上对应开有给其第二滑动轴承14供油的润滑油路19，通过轮毂20内存有的润滑油以及轮毂20的转动对润滑油路19进行供油，保证了润滑的良好，有利于抗磨性能的提高，第二滑动轴承14的寿命也会很长。本实施例的角度传感器1、电机2a、联轴器3置于轮毂20外部的前端壳体30内，可以节省海流能发电机的内部空间。
[0042] 所述轮毂20包括轮毂壁21、固定在轮毂壁21前端的轮毂前端盖22，所述轮毂壁21通过固接在其后端的主轴法兰71与主轴7固定连接，主轴法兰71与主轴7一体连接或分体固定连接，主轴法兰71与主轴7也可合称为主轴。如图2中所示，在变桨法兰12和轮毂壁21之间、齿轮11与变桨法兰12之间、轮毂前端盖22与轮毂壁21之间，主轴法兰71与轮毂壁21之间均装有密封件18，密封件18起到密封作用以防止海水灌入到轮毂20内部，其中变桨法兰12和轮毂壁21之间的密封件18为动密封件。
[0043] 所述主轴法兰71及主轴7的供丝杆伸入的中心孔72的左端孔壁上设有螺旋槽24，所述螺旋槽24的螺旋方向和丝杆4的螺纹方向反向，所述轮毂20内存有润滑油，所述螺旋槽24用于丝杆4转动时润滑油沿螺旋槽24进入所述中心孔72左端和丝杆4之间，进而润滑第一滑动轴承6，可以避免丝杆4和中心孔72左端之间的磨损，有利于第一滑动轴承6抗磨性能的提高以及延长其使用寿命。由于第一滑动轴承6（丝杆4与主轴及主轴法兰的中心孔72左端之间）的间隙很小，轮毂20内的润滑油不容易进去，加工一个螺旋槽24，在丝杆4旋转的时候，就容易把润滑油沿螺旋槽24带进去以润滑第一滑动轴承6（丝杆4与主轴及主轴法兰的中心孔72左端之间）。
[0044] 轮毂20内存有润滑油并且轮毂20工作状态下是转动的，因此润滑油可以沿润滑油路19进入第一滑动轴承6进行润滑，同时在丝杆4的转动和螺旋槽24的作用下，润滑油还可以进入第二滑动轴承14进行润滑，轮毂20内存有的润滑油还可以润滑供齿条9移动的燕尾槽导轨10、以及齿条9和齿轮10的啮合部位。
[0045] 所述丝杆4在对应主轴法兰71处的外圆镀有铜层，铜层与所述第一滑动轴承6的主轴法兰71为不同材料，铜层相当于起第一滑动轴承6的轴瓦的作用，用以增大丝杆4此处的外圆与主轴法兰71之间的耐磨性。
[0046] 本实施例一的驱动件为电机2a，此时，如图2所示，主轴的右端安装与电机电源连接的第一电滑环31以及与传感器电源连接的第二电滑环32，电机电源和传感器电源静止设置，电机电源与第一电滑环31的静环33连接，传感器电源与第二电滑环32的静环33连接，第一电滑环31和第二电滑环32的动环34均随主轴7一并转动，第一电滑环31的动环34通过穿设在主轴7和丝杆4内的电源线35与所述电机2a连接，第二电滑环32的动环34通过穿设在主轴7和丝杆4内的电源线35与所述角度传感器1连接，所述第一电滑环31和第二电滑环32可以分别避免主轴7转动引起的给电机2a供电以及给角度传感器1供电的电源线35缠绕。如图9所示，本实施例的电源线35穿过主轴7的中心孔72、丝杆4的中心孔、一对向心推力轴承5、联轴器3再分别与电机2a和角度传感器1连接；同时主轴7内部挖空可以减轻重量，减少了变桨距带来的惯性，使得海流能发电系统更加平稳可靠。
[0047] 所述水平轴海流能发电机变桨距装置还包括控制器，控制器设在发电机组60的控制台内，控制器为静止状态，所述角度传感器1的输出端与控制器连接，控制器与所述电机2a的输入端连接，所述电机电源连接控制器后再连接第一电滑环31的静环33，第一电滑环
31的动环34通过电源线35连接电机2a，所述角度传感器电源连接控制器后再连接第二电滑环32的静环33，第二电滑环32的动环34通过电源线35连接角度传感器1，所述角度传感器1反馈给控制器的信号线36通过第三电滑环39连接控制器，第三电滑环39的动环34通过信号线36连接角度传感器1的输出端，第三电滑环39的静环33通过信号线36连接控制器，第三电滑环39可以避免主轴7转动引起的角度传感器1和控制器之间所连接的信号线36缠绕。
[0048] 本实施例的工作原理为：在所述桨叶13的叶尖速比偏离最佳尖速比时，控制器发出控制指令使电机2a转动，电机2a的输出轴通过联轴器3带动丝杆4转动，丝杆4转动带动与其螺纹连接的三角形推盘8作直线运动，三角形推盘8的三个侧面分别固定连接一齿条9，三个齿条9与三角形推盘8一起做直线运动，从而带动与各个齿条9啮合的齿轮11转动，三个齿轮11分别通过变桨法兰12与桨叶13固定连接，齿轮11转动带动各自的桨叶13绕其自身中心轴线发生转动，因此桨叶13的桨距角发生变化，本实施例是统一变桨，变桨距的意思是指变化桨距角，桨距角是指各个桨叶13的剖面弦线与旋转平面之间的夹角，也即图7中的β角。角度传感器1将测量的电机2a的旋转角度反馈给控制器，直到达到目标的变桨距角度，最终实现三个桨叶13的变桨距调节。
[0049] 本实施例采用齿轮齿条机构作为电动变桨距装置的执行机构，可以实现大于180°的变桨距角度，适合海流能双向来流的作用，当来流方向相反时，可以通过调节丝杆4的转动方向和角度来移动齿条9进而调整桨叶13的桨距角以适应海流的来流方向，从而实现双向发电。此外，齿轮齿条机构能进行统一变桨，并且相对其他形式的执行机构更为简单可靠，使用寿命长，而且传递功率大，效率高，并且速度范围广，能保证恒定传动比，容易实现对于变桨距的精确控制，使海流能发电系统达到最佳能量捕获。
[0050] 本实施例的变桨距装置具备如下功能：首先，通过变桨距装置可以驱动桨叶沿着其参考线方向旋转180°来适应海流方向的变化；其次，变桨距装置可以旋转桨叶使得其在最佳的
攻角下工作，充分吸收海流能量，达到最佳的输出功率；除此之外，在遭受恶劣海况海流超过极限速度时，可通过变桨距装置使桨叶偏离最佳工作点，从而将桨叶的捕获功率稳定在额定功率附近。
[0051] 图1为现有的水平轴海流能发电机的外形图，海流能发电机包括桨叶13、由桨叶13带动旋转的轮毂20、以轮毂20作为动力输入的发电机组60。
[0052] 图8为包括本实施例的变桨距装置的水平轴海流能发电机的主视图，结合图9，该水平轴海流能发电机包括桨叶13、由桨叶13带动旋转的轮毂20、以轮毂20作为动力输入的发电机组60，所述海流能发电机还包括上述的水平轴海流能发电机变桨距装置，所述变桨距装置的电机2a、联轴器3设置在海流能发电机的轮毂20外部的前端壳体30内，变桨距装置的向心推力轴承5、丝杆4、三角形推盘8、齿条9、齿轮11设置在海流能发电机的轮毂20内，所述变桨法兰12与轮毂壁21之间可转动地滑动连接形成第二滑动轴承14，与轮毂20固定的主轴7与发电机组60的输入轴固定连接以作为动力输入，主轴7和发电机组60的输入轴之间可连接增速箱，主轴7和发电机组60的输入轴之间也可以不连接增速箱而是直接连接。
[0053] 所述轮毂20通过主轴法兰71与主轴7固定连接，主轴法兰71一端与轮毂壁21通过螺钉固定，主轴法兰71的另一端与主轴7一体连接，或者通过螺钉和主轴7分体固定连接，或者通过有键或者无键和主轴7分体固定连接。
[0054] 图9为本实施例的电动变桨距装置在水平轴海流能发电机内的安装结构图。图中，主轴7通过第一滚动轴承16和第二滚动轴承17可转动地支撑在海流能发电机的箱体50上，第一滚动轴承16套在主轴7的左部并且第二滚动轴承17套在主轴7右端，主轴7在第一滚动轴承16之前的部位固定套接有衬套25，衬套25位于主轴7和密封系统40之间，衬套25用于增大主轴7与密封系统40之间的耐磨性以及起防锈作用，第二滚动轴承17的
内圈与主轴7固定套接，第一滚动轴承16和第二滚动轴承17的外圈与海流能发电机的箱体50固定连接，第一滚动轴承16安装在海流能发电机的箱体50最左端，第二滚动轴承17安装在海流能发电机的箱体50中部；所述主轴7在第一滚动轴承16之前的部位于衬套25外设有所述密封系统40以保证主轴7与海流能发电机的箱体50之间的动密封，防止海水进入主轴7内。
[0055] 本实施例中，水平轴海流能发电机的桨叶采用常用的三片，水平轴海流能发电机的桨叶13还可以是两片或四片，以及大于四片。桨叶13的使用数目根据实际需要而定。
[0056] 当所述水平轴海流能发电机的桨叶有两片时，所述推盘为平板状推盘，平板状推盘具有间隔180度设置的两个平行的侧面，平板状推盘的两个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接。
[0057] 当所述水平轴海流能发电机的桨叶有四片时，所述推盘为四边形推盘，四边形推盘具有等间隔90度设置的四个侧面，四边形推盘的四个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接。
[0058] 实施例二参照图10-图12、以及图4-图8：水平轴海流能发电机的液压变桨距装置，包括驱动机构和执行机构。在图10至图12以及图8所示的实施例二中，海流能发电装置的液压变桨距装置包括一组驱动机构和三组执行机构，每组执行机构都与一个桨叶13相对应，桨叶13共有三个，三个桨叶13等间隔120度设置，每个桨叶13都有一组对应的执行机构对其执行变桨距动作，三组执行机构都由所述的一组驱动机构进行驱动。
[0059] 本实施例水平轴海流能发电机的液压变桨距装置的驱动机构包括液压马达2b、联轴器3、丝杆4和三角推盘14，本实施例水平轴海流能发电机的电动变桨距装置的执行机构为齿轮11和齿条9所组成的齿轮齿条传动机构，执行机构有三组齿轮齿条传动机构。
[0060] 所述液压马达2b的输出轴通过联轴器3与丝杆4相连接，所述三角形推盘8套在丝杆4上，三角形推盘8与丝杆4之间通过螺纹连接，三角形推盘8与丝杆4构成丝杆螺母副，将液压马达2b的输出轴以及丝杆4的旋转运动转化为三角形推盘8的直线运动，丝杆4的左端由一对向心推力轴承5支撑，向心推力轴承5的外圈与轮毂壁21固定，该对向心推力轴承5可承受来自丝杆4的向左或向右的轴向力，从而克服海流能作用下桨叶13的旋转力矩对丝杆3施加的轴向力，对液压马达2b起到一定保护作用，丝杆4的左端穿过所述向心推力轴承5与所述联轴器3固定连接，丝杆4的左端穿过所述向心推力轴承5与所述联轴器3固定连接，丝杆4的右端伸入主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端，并与主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端可转动地滑动连接，丝杆4与主轴法兰71及主轴7的中心孔72左端之间构成第一滑动轴承6，所述主轴法兰71以及主轴7内部挖空形成中心孔72，于是，丝杆4由其左端的一对向心推力轴承5和其右端的第一滑动轴承6一起支撑，主轴7通过第一滚动轴承16和第二滚动轴承17可转动地支撑在海流能发电机的箱体50上，主轴7转动以带动海流能发电机的发电机组发电。
[0061] 所述三角形推盘8呈正三角形，其三个侧面分别通过销轴固定有一平行于丝杆布置的齿条9。三角形推盘8的直线运动带动与三角形推盘8固定的齿条9做直线运动，所述齿条9通过燕尾槽凸块可滑动地安装在燕尾槽导轨10上，所述燕尾槽导轨10通过螺钉固定在轮毂壁21的内部，当丝杆4转动时，三角形推盘8和齿条9在燕尾槽导轨10的限位作用下沿燕尾槽导轨10滑行。燕尾槽导轨10也可替换为T形槽。此外，液压马达2b的左端装有可检测液压马达2b的旋转角度的角度传感器1。此驱动机构简单可靠，传动平稳，丝杆螺母副的调节精度高，易于实现精确控制。
[0062] 此外，三角形推盘8与丝杆4之间采用螺纹传动的优点有：采用螺纹传动可以实现自锁，也即三角形推盘8以及齿条9的移动无法带动丝杆4转动，因此齿轮11以及与齿轮11固定的桨叶13无法带动丝杆4转动，这样可以防止桨叶13在水流作用下顺桨，不需要额外的限位装置，同时变桨距装置失效时可以做定桨机组使用；此外，采用螺纹传动的传动比大，可以以丝杆4较小的转矩得到三角形推盘8较大的轴向推力，省去了与液压马达2b连接的减速机构，节省了空间和成本。
[0063] 三角形推盘8的三个侧面固定的齿条9分别与一齿轮11啮合，各个齿轮11的端面分别与一桨叶13的根部垂直布置，各个齿轮11通过一变桨法兰12与对应桨叶13的根部固定连接，各齿轮11自带连接法兰，连接法兰通过螺钉与各自的变桨法兰12的一端固定连接，变桨法兰12的另一端通过螺钉与桨叶13的根部固定连接，变桨法兰12还与轮毂壁21可转动地滑动连接，变桨法兰12与轮毂壁21之间构成第二滑动轴承14，通过齿条9的移动带动齿轮11转动以使变桨法兰12转动从而实现桨叶13的桨距角的调节。图2的剖面位置仅可示出三角形推盘8的三个侧面中一个侧面的一组齿条9和齿轮11，图2中示出的齿轮11水平布置，其可通过变桨法兰12带动与其对应的桨叶13以图示箭头的方向水平向左转动或水平向右转动，所述向心推力轴承5、丝杆4、三角形推盘8、齿条9、齿轮11均设置在海流能发电机的轮毂20内，所述角度传感器1、液压马达2b、联轴器3设置在海流能发电机的轮毂20外部的前端壳体30内，所述变桨法兰12与轮毂壁21可转动地滑动连接，变桨法兰12与轮毂壁21之间构成第二滑动轴承14，第二滑动轴承14形式简单，接触面积大，承载能力大，回转精度高，其润滑油形成的润滑膜具有抗冲击作用，在齿轮轴81的两侧和轮毂壁21上开有给其第二滑动轴承14供油的润滑油路19，通过轮毂20内存有的润滑油以及轮毂20的转动对润滑油路19进行供油，保证了润滑的良好，有利于抗磨性能的提高，第二滑动轴承14的寿命也会很长。本实施例的角度传感器1、液压马达2b、联轴器3置于轮毂20外部的前端壳体30内，可以节省海流能发电机的内部空间。
[0064] 所述轮毂20包括轮毂壁21、固定在轮毂壁21前端的轮毂前端盖22、固定在轮毂壁21后端的主轴法兰71，所述轮毂20通过主轴法兰71与主轴固定连接，主轴法兰71与主轴7一体连接或分体固定连接，主轴法兰71与主轴7也可合称为主轴。如图2中所示，在变桨法兰12和轮毂壁21之间、齿轮11与变桨法兰12之间、轮毂前端盖22与轮毂壁21之间，主轴法兰71与轮毂壁21之间均装有密封件18，密封件18起到密封作用以防止海水灌入到轮毂20内部，其中变桨法兰12和轮毂壁21之间的密封件18为动密封件。
[0065] 所述主轴法兰71及主轴7的供丝杆伸入的中心孔72的左端孔壁上设有螺旋槽24，所述螺旋槽24的螺旋方向和丝杆4的螺纹方向反向，所述轮毂20内存有润滑油，所述螺旋槽24用于丝杆4转动时润滑油沿螺旋槽24进入所述中心孔72左端和丝杆4之间，进而润滑第一滑动轴承6，可以避免丝杆4和中心孔72左端之间的磨损，有利于第一滑动轴承6抗磨性能的提高以及延长其使用寿命。由于第一滑动轴承6（丝杆4与主轴及主轴法兰的中心孔72左端之间）的间隙很小，轮毂20内的润滑油不容易进去，加工一个螺旋槽24，在丝杆4旋转的时候，就容易把润滑油沿螺旋槽24带进去以润滑第一滑动轴承6（丝杆4与主轴及主轴法兰的中心孔72左端之间）。
[0066] 轮毂20内存有润滑油并且轮毂20工作状态下是转动的，因此润滑油可以沿润滑油路19进入第一滑动轴承6进行润滑，同时在丝杆4的转动和螺旋槽24的作用下，润滑油还可以进入第二滑动轴承14进行润滑，轮毂20内存有的润滑油还可以润滑供齿条9移动的燕尾槽导轨10、以及齿条9和齿轮10的啮合部位。
[0067] 所述丝杆4在对应主轴法兰71处的外圆镀有铜层，铜层与所述第一滑动轴承6的主轴法兰71为不同材料，铜层相当于起第一滑动轴承6的轴瓦的作用，用以增大丝杆4此处的外圆与主轴法兰71之间的耐磨性。
[0068] 本实施例二的驱动件为液压马达2b，此时，主轴7的右端安装与液压站连接的液压滑环37以及与传感器电源连接的第二电滑环32，液压站和传感器电源静止设置，液压站与液压滑环37的静环33连接，传感器电源与第二电滑环32的静环33连接，液压滑环37和第二电滑环32的动环34均随主轴7一并转动，液压滑环37的动环34通过穿设在主轴7和轮毂20内的液压管路38与所述液压马达2b连接，第二电滑环32的动环34通过穿设在主轴7和丝杆4内的电源线35与所述角度传感器1连接，所述液压滑环37和第二电滑环32可以避免主轴7转动引起的给液压马达2b供油的液压管路38以及给角度传感器1供电的电源线35缠绕，如图12所示，本实施例的液压管路38为开设在主轴7实体和轮毂20实体内的壁腔油路，该与液压滑环37的动环连接的液压管路38依次穿过主轴7实体、主轴法兰71实体、轮毂壁21实体、轮毂前端盖22实体再穿入前端壳体30内与液压马达相连，本实施例的电源线35穿过主轴7的中心孔72、丝杆4的中心孔、一对向心推力轴承5、联轴器3再与角度传感器1连接；同时主轴7内部挖空可以减轻重量，减少了变桨距带来的惯性，使得海流能发电系统更加平稳可靠。
[0069] 所述水平轴海流能发电机变桨距装置还包括控制器，控制器设在发电机组60的控制台内，控制器为静止状态，所述角度传感器1的输出端与控制器连接，控制器与所述液压马达2b的输入端连接，此时控制器为电液控制器，所述液压站连接控制器后再连接液压滑环37的静环33，液压滑环33的动环34通过液压管路38连接液压马达2b，所述角度传感器电源连接控制器后再连接第二电滑环32的静环33，第二电滑环32的动环34通过电源线35连接角度传感器1，所述角度传感器1反馈给控制器的信号线36通过第三电滑环39连接控制器，第三电滑环39的动环34通过信号线36连接角度传感器1的输出端，第三电滑环39的静环33通过信号线36连接控制器，第三电滑环39可以避免主轴7转动引起的角度传感器1和控制器之间所连接的信号线36缠绕。
[0070] 本实施例的工作原理为：在所述桨叶13的叶尖速比偏离最佳尖速比时，控制器发出控制指令使液压马达2b转动，液压马达2b的输出轴通过联轴器3带动丝杆4转动，丝杆4转动带动与其螺纹连接的三角形推盘8作直线运动，三角形推盘8的三个侧面分别固定连接一齿条9，三个齿条9与三角形推盘8一起做直线运动，从而带动与各个齿条9啮合的齿轮11转动，三个齿轮11分别通过变桨法兰12与桨叶13固定连接，齿轮11转动带动各自的桨叶13绕其自身中心轴线发生转动，因此桨叶13的桨距角发生变化，本实施例是统一变桨，变桨距的意思是指变化桨距角，桨距角是指各个桨叶13的剖面弦线与旋转平面之间的夹角，也即图7中的β角。角度传感器1将测量的液压马达2b的旋转角度反馈给控制器，直到达到目标的变桨距角度，最终实现三个桨叶13的变桨距调节。
[0071] 本实施例采用齿轮齿条机构作为液压变桨距装置的执行机构，可以实现大于180°的变桨距角度，适合海流能双向来流的作用，当来流方向相反时，可以通过调节丝杆4的转动方向和角度来移动齿条9进而调整桨叶13的桨距角以适应海流的来流方向，从而实现双向发电。此外，齿轮齿条机构能进行统一变桨，并且相对其他形式的执行机构更为简单可靠，使用寿命长，而且传递功率大，效率高，并且速度范围广，能保证恒定传动比，容易实现对于变桨距的精确控制，使海流能发电系统达到最佳能量捕获。
[0072] 本实施例的变桨距装置具备如下功能：首先，通过变桨距装置可以驱动桨叶沿着其参考线方向旋转180°来适应海流方向的变化；其次，变桨距装置可以旋转桨叶使得其在最佳的攻角下工作，充分吸收海流能量，达到最佳的输出功率；除此之外，在遭受恶劣海况海流超过极限速度时，可通过变桨距装置使桨叶偏离最佳工作点，从而将桨叶的捕获功率稳定在额定功率附近。
[0073] 图1为现有的水平轴海流能发电机的外形图，海流能发电机包括桨叶13、由桨叶13带动旋转的轮毂20、以轮毂20作为动力输入的发电机组60。
[0074] 图8为包括本实施例的变桨距装置的水平轴海流能发电机的主视图，结合图12，该水平轴海流能发电机包括桨叶13、由桨叶13带动旋转的轮毂20、以轮毂20作为动力输入的发电机组60，所述海流能发电机还包括上述的水平轴海流能发电机变桨距装置，所述变桨距装置的电机2a、联轴器3设置在海流能发电机的轮毂20外部的前端壳体30内，变桨距装置的向心推力轴承5、丝杆4、三角形推盘8、齿条9、齿轮11设置在海流能发电机的轮毂20内，所述变桨法兰12与轮毂壁21之间可转动地滑动连接形成第二滑动轴承14，与轮毂20固定的主轴7与发电机组60的输入轴固定连接以作为动力输入，主轴7和发电机组60的输入轴之间可连接增速箱，主轴7和发电机组60的输入轴之间也可以不连接增速箱而是直接连接。
[0075] 所述轮毂20通过主轴法兰71与主轴7固定连接，主轴法兰71一端与轮毂壁21通过螺钉固定，主轴法兰71的另一端与主轴7一体连接，或者通过螺钉和主轴7分体固定连接，或者通过有键或者无键和主轴7分体固定连接。
[0076] 图12为本实施例的液压变桨距装置在水平轴海流能发电机内的安装结构图。图中，主轴7通过第一滚动轴承16和第二滚动轴承17可转动地支撑在海流能发电机的箱体50上，第一滚动轴承16套在主轴7的左部并且第二滚动轴承17套在主轴7右端，主轴7在第一滚动轴承16之前的部位固定套接有衬套25，衬套25位于主轴7和密封系统40之间，衬套25用于增大主轴7与密封系统40之间的耐磨性以及起防锈作用，第一滚动轴承16和第二滚动轴承17的外圈与海流能发电机的箱体50固定连接，第一滚动轴承16安装在海流能发电机的箱体
50最左端，第二滚动轴承17安装在海流能发电机的箱体50中部；所述主轴7在第一滚动轴承
16之前的部位于衬套25外设有所述密封系统40以保证主轴7与海流能发电机的箱体50之间的动密封，防止海水进入主轴7内。
[0077] 本实施例中，水平轴海流能发电机的桨叶采用常用的三片，水平轴海流能发电机的桨叶13还可以是两片或四片，以及大于四片。桨叶13的使用数目根据实际需要而定。
[0078] 当所述水平轴海流能发电机的桨叶有四片时，所述推盘为四边形推盘，四边形推盘具有等间隔90度设置的四个侧面，四边形推盘的四个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接；当所述水平轴海流能发电机的桨叶有两片时，所述推盘为平板状推盘，平板状推盘具有间隔180度设置的两个平行的侧面，平板状推盘的两个侧面分别固定有一平行于丝杆布置的齿条，各个齿条分别与一齿轮啮合，各个齿轮分别通过一变桨法兰与一桨叶的根部固定连接。
[0079] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
