调整风力涡轮机的倾角和停止 其叶片转动的方法和装置 本发明在广义上涉及调整风力涡轮机的倾角，以及停止风力涡轮机叶片的转动的装置和方法。
一方面，本发明涉及一种调节风力涡轮机的至少一片叶片的角度位置的方法，上述涡轮机包括伞齿轮传动装置和一台用于驱动上述伞齿轮传动装置的驱动轮和驱动小齿轮旋转的电动机，以便使至少一片叶片转动一个角度，这就使得至少一片叶片被上述驱动小齿轮转动一个角度，上述驱动小齿轮由上述驱动轮驱动旋转，而该驱动轮则由上述电动机驱动，相对于主轴旋转。本发明还涉及一种控制风力涡轮机的至少一片叶片相对于与风力涡轮机的纵向主轴平行的风向地倾角的机构，上述机构包括一台用于使上述伞齿轮传动装置中的驱动轮绕着通过伞齿轮传动装置的驱动轮的纵向叶片轴旋转的电动机。更进一步，本发明还涉及一种具有上述这种机构的风力涡轮机。
另一方面，本发明涉及一种完全停止风力涡轮机的主轴旋转的方法，这种风力涡轮机包括一台通过伞齿轮传动装置的驱动轮使它的驱动小齿轮旋转的电动机，上述驱动小齿轮的作用是使风力涡轮机的至少一片叶片绕着它的纵向轴线转动。本发明还涉及一种使风力涡轮机的主轴完全停止转动的机构，上述风力涡轮机包括一台通过伞齿轮传动装置的驱动轮使它的驱动小齿轮旋转的电动机，上述驱动小齿轮的作用是使风力涡轮机的至少一片叶片绕着它的纵向轴线转动。更进一步，本发明还涉及一种设有这种机构的风力涡轮机。
专利文献DE 4221783中描述了一种设定风力涡轮机叶片倾角的装置。这种装置包括一台安装在固定支座内部的电动机。围绕着上述固定支座安装了一根旋转纵向轴。叶片就安装在这根旋转轴上，这些叶片可以安装成与上述主轴以及与上述纵向主轴平行的风向成一个角度。上述电动机通过伞齿轮传动装置调整各叶片的倾角。在校正上述纵向轴线的旋转和上述各叶片的倾角时，上述电动机必须以与主轴同样的速度旋转，以保持叶片正确的倾角。
这是一个主要的缺点。首先，它需要非常精确地控制电动机与主轴之间的动态的旋转运动，即，控制电动机转速与主轴转速之间的关系。第二，上述电动机必须连续地操纵，以保持正确的叶片倾角。这就会使电动机过度磨损，并且需要为操纵上述电动机消耗大量能量。此外，这种装置还必需相对于主轴旋转速度的变化，反复不停地，连续地控制电动机的转速，而这种电动机控制方式又始终存在着稍稍落后于主轴转速的缺点，因而经常不能获得叶片的最佳倾角。
更进一步，在电动机因为诸如驱动电动机轴旋转的电流中断而不能转动的情况下，上述装置不能以可控的方式停止或限制主轴的转动。上述主轴在过了一会儿之后才停止转动，因为一旦电动机不再与主轴同步转动，叶片将立刻倾斜到对于主轴的转动来说不是最佳的角度位置。然后，叶片才到达一个稳定的倾角，其特征是上述主轴不旋转到上述倾角。
其它现有技术中的风力涡轮机是借助于各叶片上的单独的电动机来使叶片倾斜而停止主轴的转动的。用这种方法倾斜叶片可以获得与上面提到的倾斜方式同样的技术效果，而且主轴也停止了，结果，主轴不是完全不转动了，就是很慢地向正方向旋转。
本发明的目的是提供一种机构，这种机构没有上面提到的缺点，因而，无论控制得是否足够精确，它都能在较大的程度上形成和保持叶片正确的倾角，并且对传动装置的电动机和调节倾角的电动机没有很大磨损，而且操纵上述调节倾角的电动机的能量消耗也不大。
在本发明的一个实施例中，上述目的是由这样一种方法达到的，其特征在于，一当叶片达到了正确的倾角，驱动轮相对于主轴的旋转便停止。
在主轴处于正常运转的条件下继续旋转的同时使驱动电动机相对于主轴的停止转动有好几个优点。首先，当已经修正了叶片的倾角时，与使得倾角电动机的旋转轴也在正常运转的条件下继续旋转的方法相比，倾角电动机的磨损将大大减小。此外，不再需要连续地监控驱动电动机的旋转速度相对于主轴的旋转速度了。最后，驱动电动机可专门用于控制叶片的倾角，不必同时用于保持驱动轮旋转速度相对于主轴的旋转速度了，因为这一功能进一步增大了控制技术的难度。
用于这种方法的一种机构的特征在于，上述电动机安装在上述纵向主轴上。
把电动机安装在主轴上为不必对电动机和旋转轴的相对旋转速度进行全程控制提供了可能性。如果叶片倾角的修正已经完成，电动机就不转动。任何精度不高的公差和任何机械零件的磨损，都不会对保持叶片的正确倾角有什么大的影响，相应于规定值，例如主轴的旋转速度，风速，等等，使倾角控制在相应的电动机，以及施加在机械零件上的荷载将完全都是静力的，因为，一当到达正确的倾角，在电动机、主轴和伞齿轮传动装置之间就没有动力关系了。
在一个优选实施例中，上述机构的特征在于，在上述同步轴上设有制动器的旋转部分，而该制动器的固定部分安装在主轴上，并且，当需要将叶片的倾角保持在正常的运转位置时，上述制动器可使上述同步轴与主轴保持一致。
安装一个制动器还有这样的优点，即，当叶片已经达到正确的倾角，而且电动机不再运转时，电动机、主轴、伞齿轮传动装置与叶片之间的静力关系不是由作为制动器那样工作的电动机来保持的，而是由一个制动器来保持上述主轴、伞齿轮传动装置与叶片之间的关系的，从而使电动机解脱出来。
本发明的另一个方面是，本发明的目的是借助于一种新颖的机构来使主轴静止，以便调节正常运转下叶片的倾角。
这一目的是用这样一种方法达到的，其特征在于，使上述驱动轮的同步轴与上述主轴同步地降低速度，并且借助于上述主轴的继续转动使主轴上的至少一片叶片转动一个倾角，该倾角与不同于运转时任意倾斜角的所谓倾斜角相对应。
本发明的一个优选实施例的特征在于，当上述驱动轮的同步轴停止时，上述叶片能向正方向和负方向转动，以便上述主轴能任意选择向前和向后转动。
使主轴停止转动成为一个新的特征，部分是由于控制上述叶片的倾角的机构是新的，部分是由于当控制叶片倾角的电动机，即所谓倾角电动机的电流中断时，主轴能自动停止转动。停止是以这样的方式进行的，即，并不是使主轴完全停止，而是让它绕着一个平衡点转动。本发明的这种方法能让主轴交替地向前和向后转动。这就是说，主轴的轴承和旋转的联轴节轴承处在运动状态，因而，当主轴和旋转的联轴节完全停止时，它们既不会因为任何单向作用的静力荷载，也不会因为任何动力集中荷载而失效，同时，它们也不会由于主轴只向着正向慢慢地转动而润滑不足。
上述方法所使用的机构的特征在于，在驱动轮的同步轴上设置制动器的运动部分，而制动器的固定部分安装在相对于主轴是固定的框架上，并且，当需要将叶片的倾角定位在使主轴完全停止转动的位置上时，制动器的作用是将驱动轮同步轴相对于固定的框架固定住。
借助于安装如上所述的制动器，就能在倾角电动机由于电流中断使得倾角电动机不能使用的任何情况下，使主轴的转动慢下来。反向制动器主要是依靠机械致动的，所以它的功能与电流无关。
以上所讨论的问题已经由本发明解决了。本发明提供了一种控制风力涡轮机的叶片的倾角的装置，该风力涡轮机具有下列各种部件：
- 一根连接在风力涡轮机底座部件上的能够转动的主轴；
-至少一片连接在上述主轴上的叶片，这种连接使得叶 片能绕着上述叶片的纵向轴线旋转；
上述倾角控制装置包括：
- 一个装在上述连接好的能转动的主轴上的、能开动的驱动装置。
上述能开动的驱动装置是按照本发明的装置的一部分，当要改变风力涡轮机的倾角时将其开动。正如以上所指出的，上述能开动的驱动装置只在要改变倾角时才开动，从以下的描述和本发明的实施例中能够清楚其原因，即，当上述驱动装置保持在跟随着主轴的运动而运动时，不需要为保持该叶片的倾角而开动该驱动装置。
按照本发明的广义的方面，上述倾角控制装置还可以包括：
一连接在至少一片叶片上的改变倾角的装置，用以改变
上述叶片的倾角；以及
-一根连接上述驱动装置与上述改变倾角的装置的同步轴，该同步轴的至少一部分与连接着的能转动的主轴的中心线对正，并沿着该中心线延伸或与其平行，所以，当上述驱动装置开动时，在上述同步轴与能转动的连接着的主轴之间便产生旋转角度的差，由于上述改变倾角的装置是用来把旋转角度的差转换成至少一片叶片沿着其纵轴线的转动，因而上述至少一片叶片的倾角被开动上述驱动装置所改变。
事实上，只要倾角没有改变，上述同步轴总是随着主轴转动，因而，如果把参照系选择为随着主轴同样的角度旋转的系统，则跟着这个参照系统的观察者观察到的同步轴将是停止不动的。因此，就此而论，旋转角度的差应该从固定在地面上或风力涡轮机的底座上的参照系才能看到，这与这样的事实等同，即，当所述的旋转角度差存在时，观察同步轴的运动的观察者才能观察到同步轴的旋转。
在本发明的优选实施例中，控制倾角的装置还可以包括一种防止装置，这种装置当为转动一片或多片叶片沿其纵轴线旋转所需要的扭矩超过预定的扭矩时，可用于防止上述改变倾角的装置把上述旋转角度差转换成上述至少一片叶片的旋转。这种防止装置一般是用来保证，一旦已经设定了一个倾角时，以后，例如，作用在叶片上的空气动力就不能改变该倾角。这种防止装置可以采用，例如，直接或间接影响可能基本上沿着叶片方向延伸的轴线旋转的叶片的盘式制动器，或气动装置等等。
此外，这种防止装置还可以用于安全的目的。此时，当主轴与同步轴之间已经发生转动的差别，上述防止装置就可以防止叶片被转动，并且每一片叶片可以采用一个防止装置。例如，当叶片的转动因为有冰或有其他异物而被阻塞时，采用这种装置可能是非常重要的。在本发明的一个优选实施例中，当上述防止装置用于安全目的时，它由摩擦离合器构成。
上述能开动的驱动装置通常是一台马达，例如电动机、液压驱动马达或气动马达，而上述改变倾角的装置通常包括：其驱动轮由上述同步轴带动旋转的伞齿轮驱动装置，以及用于使至少一片叶片旋转一个角度的驱动小齿轮。
在按照本发明的倾角控制装置的一个优选实施例中，上述能开动的驱动装置位于上述主轴的后方，而上述改变倾角的装置位于风力涡轮机主轴的前端。为了把这些装置连接在部件(装置)上，可能要有一根以上的同步轴从主轴的后端延伸到前端，并且，虽然让同步轴在风力涡轮机主轴的外部延伸可能是有利的，但目前都是使同步轴通过主轴的内部，所以所述的两根轴是同轴线的。
在使用一根以上的同步轴的实施例中，可以把每一根同步轴都连接在一块叶片上，结果，每一片叶片由一根轴来转动倾角。同时，在该实施例中，这些轴可以穿过风力涡轮机主轴的内部。
在本发明的另一个并且是最常用的实施例中，上述能开动的驱动装置和改变倾角的装置都位于主轴的前部。也是在这个实施例中，上述同步轴可以从主轴的后端延伸到前端，而同步轴则穿过主轴的内部。
为了使按照本发明的倾角控制装置能把同步轴的旋转与主轴的旋转锁定在一起，在上述同步轴上设有设置了制动器的能够转动的部分，而制动器的不能转动的部分则安装在主轴上。这种制动器通常是主动制动器(即只有在致动时才产生制动力的制动器)，因而叶片的倾角只有在这样的情况下才能锁定，即，为了锁定同步轴相对于主轴的转动，正常工作时的制动器需要开动。
用于本发明上述实施例的优选制动器是这样一种制动器，其中，能够转动的部件是制动盘，而制动器的不能转动的部件是带有制动蹄的制动卡钳，或者，其中能够转动的部件是带有安装在同步轴上的制动蹄的制动卡钳，而被制动的不能转动的部件是安装在主轴上的制动环。
另一方面，当风力涡轮机停止时，需要固定或限制主轴的转动。这可以由在同步轴上设置制动器的能够转动的部件，而将不能转动的制动器部件安装在风力涡轮机的静止部件，例如机架上。
通常，在本发明的实施例中可以使用不同类型的制动器，一般说来，当使用安全制动器时，要借助于电力、液压、机械或任何其他种类的动力来抵消制动力，当使用控制式制动器时，制动力是借助于弹簧、气动的油压之类的机械来施加静压力的。
必须向能开动的驱动装置供应动力，如果这种装置是电动机，通常是由至少一个安装成与主轴同轴线，并且与电源连接的滑环来供应。如果上述能开动的驱动装置是一台气动马达，也可以采用类似的方法，此时，滑环要设计成能输送流体，而不是输送电流。
在按照本发明的倾角控制装置的另一个实施例中，供应能开动的驱动装置的电流通常是由装在主轴内的电源供应的，或者，上述主轴是电源的一个部件。当叶片的倾角只需要很小一点改变时，使用电池特别有利，因为这种能开动的驱动装置只在致动时才消耗能量，然后，有时间来对电池再充电。
在又一个按照本发明的倾角控制装置的实施例中，风力涡轮机包括一台带有由风力涡轮机的主轴构成的转子的多极发电机。
本发明的另一个方面涉及利用本发明的倾角控制装置来控制风力涡轮机的倾角的方法。在这种方法中，倾角由下列步骤来控制：
-通过开动上述能开动的驱动装置，在同步轴与主轴之
间造成一个角度转动差；
-把这个角度转动差传递给改变倾角的装置；
-停止上述驱动装置。
虽然以上所描述的步骤可以看作是接连进行的步骤，但在正常情况下，当这些步骤在机械装置中执行时，并非如此，此时没有或者至少只有极小的耽误。这些步骤的顺序只是表示开始改变倾角的途径，以及把“信息”传递给叶片的途径。同样，“传递”可以看作伞齿轮传动装置的动作，例如，当开动时，即，在同步轴与主轴之间在旋转上的差别的作用下，齿轮的齿的相对运动。
实际上，倾角的改变决定于能开动的驱动装置的运转，因为该装置是影响同步轴与主轴之间的转动差别的装置。上述“预定量”可以适当地用弧度之类的术语来表示，并且，当传动比是已知的，例如在齿轮传动中(如果用作改变倾角的装置的是齿轮传动装置)，则转动的差和叶片的转动也是已知的，它可以表示为一个传动的函数，给出叶片的转动对于上述驱动装置(当使用电动机时)每一转的函数关系，因此，确定上述驱动装置为使叶片转动一预定量而必须完成的转数是很容易完成的任务。
在确定了叶片的倾角之后，按照本发明的方法，还包括保持同步轴相对于主轴的角度位置的步骤，以保证不再转动叶片。如果在上述方法中包括这一步骤，则改变倾角的过程就必须从把同步轴与主轴松开这个动作开始，否则就不能实现两根轴之间的相对转动。
在风力涡轮机正常运转的过程中，即，当涡轮机在生产模式下运转时，特别是在正常使用控制倾角的方法的过程中，倾角是受到控制的，此时叶片的倾角在+2°到-10°范围内，主要是在+1°到-5°的范围内。
本发明的又一个方面涉及停止风力涡轮机的叶片转动的方法。这种方法应用了本发明的控制风力涡轮机叶片倾角的方法，并且这种停止是由使同步轴固定在风力涡轮机的一个静止部件上完成的。
例如，为了使安装了主轴的轴承运动，要让主轴能在同步轴固定在风力涡轮机的静止部件上时能向正、反两个方向转动。
当同步轴固定在风力涡轮机的静止部件上，而要让主轴能在正、反两个方向转动时，上述角度的典型和常用的值，在上述风力涡轮机以所谓负向失速模式运转时，可用叶片的倾角在0°到-20°之间，基本上在-10°到-15°之间来表示。
当同步轴停止转动，而风力涡轮机在所谓正向倾角模式下运转时，允许主轴向正向或负向转动的角度可以用使叶片在-1°到+90°范围内转动的倾角来表示，例如，在0°到65°，基本上在0°到40°的范围内。
下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中：
图1表示用于停止风力涡轮机的转子的安全制动器的优选实施例，并且从原理上表示了本发明的一种机构的实施例；
图2表示用于停止风力涡轮机的转子的安全制动器的另一个实施例，并且从原理上表示了本发明的一种机构的实施例；
图3表示按照本发明的，安装了摩擦离合器的倾角控制装置的实施例；
图4表示按照本发明的倾角控制装置的实施例，其中，倾角的控制电动机位于风力涡轮机主轴的前方；
图5表示图4中所示的倾角控制装置的另一种实施例。
图1和图2表示了一台风力涡轮机的驱动机构的一部分，图1表示第一实施例，其中，叶片的主轴与传动装置的主轴制成一体，而图2表示第二实施例，其中，叶片的主轴与传动装置的主轴是分开的。两种实施例中的每一种实施例都按照本发明的同样方式运转。
在本发明的又一种实施例(图中未表示)中，发电机是多极发电机，而叶片4连接在该发电机的转子上。因而，主轴1或者是看不见，或者是由发电机的轴构成。在两种情况下，都没有把发电机与主轴连接起来的传动装置。
上述驱动机构包括一根转子的纵向主轴1。转子有一个固定在主轴前端3上的叶毂2，它朝向风的方向W。叶片4安装在轮毂上，在本发明实施例的图中所示的驱动机构中，叶片沿着与纵向主轴1的旋转轴线A垂直的方向延伸。安装在叶毂上的叶片能够绕着垂直于纵向主轴1的轴线B转动。在另一个实施例中，叶片4和轴线B与旋转轴线A可以不成直角，例如叶片与主轴成所谓“锥度”，叶片与涡轮机塔之间形成较大的距离的涡轮机，此时，叶片与旋转轴线A之间成钝角。
主轴1由轴承5支承，在图1中轴承5安装在齿轮箱6中，而在图2中则安装在机架7上。图中还表示了一个齿轮8，并且齿轮箱6安装在涡轮机塔(图中未表示)上，能绕着垂直轴线转动。马达11借助于主轴1后端9上的凸缘10安装在主轴上，在本图的实施例中，它是一台电动机。这台马达是倾角马达，用于控制叶片4相对于风向W的倾角。
一根带有齿轮13的同步轴12从主轴1的后端9穿过主轴1内部，一直到达主轴1的前端3。在同步轴12的前方设有一个伞齿轮14，它构成伞齿轮传动装置15中的驱动轮。其他的构成伞齿轮传动装置的驱动小齿轮的伞齿轮16都与驱动轮14啮合。本实施例中的图中的叶毂上的驱动小齿轮16通过轴17与构成驱动轮并与形成叶片4的一部分的转动接头19联结。通过齿轮13、驱动轮14、驱动小齿轮16、驱动轮18和转动接头19，同步轴12就能使叶片4绕着轴线B旋转。上述马达也可以安装在主轴1的前端3上，而上述同步轴12也可以从前端3向后端9延伸。
按照图1中所示的优选实施例的轴17是刚性的零件。为了使轴17能够适应，例如，制造过程中形成的不精确程度，环境对轴17造成的几何尺寸的变化，和/或风力涡轮机上其他零件的几何尺寸的变化等等，轴17上最好设置为适应这种变化的装置。作为这种装置的例子有，把轴设计成花键轴(由两部分组成的，互相啮合而又能沿纵向相对滑动的轴)，在轴17上设置万向接头，或者两者的组合。
在图示的本实施例中，单独设置了一台共用的倾角马达11，它通过一根共用的同步轴12和伞齿轮传动装置15同时控制所有叶片4的倾角。或者，也可以为每一片叶片4设置单独的驱动轴、驱动轮14和伞齿轮传动装置15，而不是设置共用的同步轴12。也可以用一台共用的倾角马达11只为少数几片叶片提供倾角的控制，而其他的叶片4采用单独控制。这些单独的倾角马达既可以按照现有技术那样设置在叶毂2上，也可以设置在主轴1的后端9上，而且驱动轴穿过上述主轴1的内部。
如上所述，在主轴1的后部9设有一台倾角马达11。这台倾角马达11的驱动轴20通过伞齿轮驱动装置(在图示的实施例中它包括驱动轮21和齿轮13)连接在同步轴12上，以使它能够驱动这根同步轴12。或者，上述倾角马达11的驱动轴也可以不通过伞齿轮驱动装置直接连接在同步轴12上。倾角马达11、伞齿轮驱动装置和凸缘10将全都随着主轴1的转动而一起旋转。图示的实施例中的倾角马达11是一台电动机，但，它也可以是液压马达或者气动马达。倾角电动机用的电流可以通过若干滑环(图中未表示)来供应，以便从外部电源把电能间接地通过滑环供应给电动机11。
上述倾角电动机也可以用装在主轴内部的电池(图中未表示)供电，以便从发电机或电池直接向倾角电动机供电。上述电池以后可以简介地用外部电源充电。或者，也可以用下列方式把一台发电机做成主轴的一个部件，即，上述发电机由主轴驱动，它能供应电能，直接用于电池的充电。此外，上述电动机和/或电池也可以用感应法供电。
虽然可以通过记录倾角的全部变化来监视当时叶片所设定的倾角，但，如果能检测到实际设定的倾角，将更加有利。对倾角设定的检测可以由设置在叶毂上的，能根据叶片的倾角提供信号的检测装置来完成。可以对一片叶片检测倾角，以它来代表该风力涡轮机全部叶片所设定的倾角，或者，也可以对每一片叶片都检测倾角，这样，如果有一片或多片叶片与其余的叶片不同步，也能进行检测。在两种情况下，都必须把检测装置所发出的原始信号传送到控制装置中去，一般，这种控制装置是控制风力涡轮机的全部运行性能的计算机。如果这台计算机不是处在远离风力涡轮机的，控制一台以上风力涡轮机的控制中心，那么这台计算机一般装在风力涡轮机的静止的部件上，因而信号是通过遥测技术或通过滑环之类从旋转零件传递到静止零件的。
在同步轴12上安装着制动机构的运动部分，制动盘22a和22b。在制动盘22a和22b的周围安装着制动机构的固定部分，许多制动蹄23、24。第一制动蹄23固定在主轴1上，因而与主轴1同时转动。第二制动蹄24固定在齿轮箱6上，因而不与主轴1一起转动，该主轴1安装成能相对于齿轮箱6转动。第一制动蹄23构成第一制动机构的一部分，称之为正向制动器。第二制动蹄24构成第二制动机构的一部分，称之为负向制动器。
或者，也可以不把制动盘22a、22b安装在同步轴12上，不把制动蹄23、24分别安装在主轴1和齿轮箱6上，而是把一个或两个制动蹄23、24安装在同步轴12上，并把相当于制动盘22a和22b的制动环(图中未表示)分别安装在主轴1和齿轮箱6上这样，制动蹄23、24便形成制动器的运动部分，而制动环则形成制动器的固定部分。
上述正向制动器22b、23的作用是保持同步轴12相对于主轴1的位置，以防止叶片绕着轴线B转动角度。一当上述倾角马达11驱动同步轴12旋转，并从而通过伞齿轮传动装置15使叶片4倾斜到所要求的倾角，就能用液压、电力或者气动装置来开动正向制动器22b、23。为了避免倾角马达11上不必要的荷载，不用这台倾角马达来保持所要求的叶片倾角，而是用开动正向制动器22b和23来保持叶片4的已经达到的倾角。
负向制动器22a、24的作用是保持同步轴12相对于齿轮箱6的位置，所以，当主轴1相对于齿轮箱6转动时，由于同步轴12是相对于齿轮箱6固定的，于是叶片4便自动相对于叶毂发生倾斜。如果考虑到运行的停顿，例如通向倾角电动机的控制电流和通向正向制动器22b、23的控制电流中断了这样的情况，这时需要停止主轴1的转动，以避免风力涡轮机的运行状态降低到最佳状态以下。
在发生其它事故的情况下，可能也需要停止主轴的转动，以避免机械零件，例如主轴1、伞齿轮传动装置15或者伞齿轮驱动装置的过载。但是，一般说来，在所述的情况下，将要求停止主轴的转动，以防止转动的速度提高到超过预定的速度。在这种情况下，上述负向制动器22a、24就成了所谓的安全制动器，当主轴1还在转动时，它能使叶片绕着叶片4的纵轴线B倾斜。负向制动器22a、24的作用是由弹簧25或其他不需要任何外部的电能或液压能来施加外力的装置提供的。当负向制动器22a、24不作为安全制动器进行工作时，上述弹簧25要用需要控制电流来操作的液压或电源(图中未表示)将其固定在预先加压的状态下。一当控制电流消失，上述液压或电源便停止工作，对弹簧25上的加载停止了，于是弹簧就激发出弹力，因而，借助于负向制动器22a、24能产生减慢同步轴12的旋转的效果。
如果叶片4相对于叶毂2转动，它们将在某个时间被定位在这样一个角度位置上，使得风W驱动叶片4的力量不足以使主轴1转动。于是主轴1将停止转动。在这个时间之前，通常叶片4已经相对于叶毂2转动了很大的角度，使得叶片处于这样的角度位置，这个位置将使主轴1向相反的方向旋转。在主轴1停止转动之前，主轴将围绕的一个平衡点向正反两个方向交替地进行局部的转动。当主轴1达到其平衡位置时，可由传动系制动器26、27使其完全静止，在这种情况下，传动系制动器起主轴1的停车制动器的作用。上述传动系制动器26、27通常是固定在齿轮箱6中一根轴上的圆盘制动器，它的制动蹄固定在齿轮箱6上，从而减慢主轴1相对于齿轮箱6的转动。
在某些情况下，让主轴1继续其向正反方向交替地局部转动可能是有利的，因为，当风力涡轮机已经由于安全制动器而降低速度时，即，风力涡轮机由于通向倾角马达11的控制电流的消失而造成的运转事故而停止时，轴承5仍在继续运动。在那种情况下，叶片4将转到与最佳倾角不同的倾角上，直到不再有向前转动的能量使主轴1转动为止。不再有转动能量时的不同倾角的大小决定于叶片4的实际设计，也决定于叶片4安装在主轴1上的实际方式。下面将列出不同运转情况下倾角的具体数值，但本发明的控制转动和减慢主轴旋转的方法和机构，既可以用于使用正向倾角控制器的涡轮机，也可以用于使用反向倾角控制器的涡轮机。正向倾角控制器的作用是通过转动叶片对着风的前缘来控制，而反向倾角控制器的作用是通过转动叶片对着风的后缘来控制。
对于叶片4的既定结构和对于叶片既定的安装在叶毂2上的方式，上述第二倾角可以是，例如，在-5°与-25°之间。假定叶片4开始时向反向转动，在反向旋转方向上不再有旋转能量使主轴1转动之前，叶片4会找到一个不同的倾角。叶片4会找到一个平衡的倾角，该倾角与最佳倾角不同，它取决于叶片4的具体结构和叶片4在叶毂2上的具体安装方式。例如，该倾角为-5°与-25°，此时，主轴1将向正反两个方向交替地以很慢的转速进行局部转动。此时，主轴被传动系制动器26、27所减慢。
当主轴1被传动系制动器26、27减速，已经停止，并且处于上面提到的情况下时，叶片4的倾角将根据其实际结构和安装在叶毂2上的具体方式受到控制，转动到规定的倾角，以便减小叶毂2、主轴1和轴承5上的轴向载荷。对于既定的叶片4的结构和既定的叶片4安装在叶毂2上的方式，上述倾角可以是，例如，-100°。一当主轴1被传动系制动器26、27减速，当倾角电动机11已经把叶片受到控制的倾角转动到-100°时，就可以利用正向制动器22b、23来维持叶片的倾角。为安全起见，可以在大约-120°处设置一个端部挡块。
在正常运转时，叶片4的倾角将受到控制，以便产生最多的电能。为了防止叶片4的受到控制的倾角沿正向转动到错误的角度，可以为叶片4在正向倾角，例如+2o处设置一个端部挡块，但是，倾角的大小决定于叶片的具体结构，以及叶片4安装在叶毂2上的具体方式。
在因为其他事故而非控制电流中断的正常减速时，叶片4的倾角将由倾角电动机根据叶片4的实际结构和安装在叶毂2上的具体方式，控制在一个角度位置上。对于既定的叶片4的结构和既定的叶片4安装在叶毂2上的方式，上述倾角可以是-10°。然后，上述负向制动器22a、24将自动地使同步轴12减速，结果，主轴1就能找到它停止转动的平衡点。以后主轴1可能会在正反两个方向以很慢的速度交替地作局部的转动。此时，上述负向制动器22a、23并不起真正的安全制动器的作用，而是起同步轴12的停车制动器的作用，但，如上所述，主轴1将能在正反两个方向交替地转动。或者，也可以利用传动系制动器26、27来使主轴1与被负向制动器22a、23或正向制动器22b、24降低了速度的同步轴12同时减速。
由于高风速的降低，由倾角电动机11控制的叶片4将使其倾角转动到自然的，所谓叶片的停车状态，即-15°，但是，根据叶片4的实际结构和叶片4安装在叶毂2上的具体方式，叶片4的前缘(图中未表示)被转动到对着风的的方向(主动失速)，并且主轴1的转动很快停止。然后，传动系制动器26、27将使主轴1减速，而叶片4将在受控的状态下把倾角被迫转动到所谓叶片水平位置，例如-90°，以减小作用在叶毂2、主轴1和轴承5上的轴向载荷。当已经转动到-90°的位置时，负向制动器22a、24将使同步轴12减速，以保持-90°的倾角。
负向制动器22a、24通常由机械装置25，例如螺旋弹簧或碟形弹簧，使它保持致动状态，如果上述安全制动器是由于控制电流中断而对风力涡轮机产生作用的，则上述负向制动器的运转就一定不能使用液压、电力或气动的能量。如上所述，此时的负向制动器22a、24就成为所谓的安全制动器了。负向制动器可以用液压、电力或气动装置使它保持在非致动状态。
上面曾经提到，主轴1的停止(或减速)与负倾角的控制有关，但是，如更前面所述，这种方法只能在涡轮机在正向倾角控制的模式下使用。一般说来，上面所述的方法基本上与涡轮机在正向倾角控制模式下工作相同，因此，考虑到叶片4转动倾角是在相反的方向进行的，则对于负向倾角控制模式的说明也能用于正向倾角控制模式。
在这种情况下，叶片4将找到一个平衡的倾角，这个倾角与最佳倾角不同，它决定于叶片4的具体结构和叶片4安装在叶毂2上的具体方法，例如-1°到+90°的倾角，此时主轴1将以很慢的旋转速度交替地向正、反两个方向作局部的转动。在那种情况下，传动系制动器26、27将不会对主轴1进行减速。
风力涡轮机的叶片4一般具有由不对称的机翼轮廓构成的横断面，以便使涡轮机的结构能以尽可能少的损耗产生尽可能大的效果。在通常情况下发生的主轴1的来回转动可以用更加稳定的状态来替代，在这种状态下，叶片4停留在风力涡轮机的基本上固定的位置上。当采用非对称的轮廓时，一开始对正向倾角的控制将使叶片转动，这将使主轴1的转动减慢，直到达到基本稳定的状态。
当涡轮机在正向倾角控制的模式下工作时，必须在叶片必须调节到的最大/最小允许倾角处相应地设置端部挡块。
在以上所描述的本发明的实施例中，在风力涡轮机上设置了两种制动器22a、24和22b、23。在另一个实施例中，由正向制动器22b、23所提供的效果可以由倾角电动机11来提供，即，通过把一个摩擦离合器插入电动机11与驱动轮之间，并利用一台电动机，这台电动机的轴在没有开动旋转时基本上锁定在某个角度位置上。一当负向制动器22a、24开动，由于主轴1的转动，上述摩擦离合器将使同步轴12相对于主轴1转动。
此外，为了利用这两种制动器22b、23和22a、24成为更加安全的装置，这两种制动器要能够承受不同的最大扭矩。为达到这一目的，通常是采用较强的负向制动器22a、24和较弱的正向制动器22b、23，即，负向制动器所能承受的扭矩比正向制动器所能承受的扭矩大。
在本发明的另一个最佳实施例中，如图4所示，倾角电动机11和包括驱动轴20、驱动轮21和齿轮13在内的传动装置一起，都设置在叶毂上。传动装置可以用与图1-3中的实施例所示的同样方式安装在主轴上，但，驱动轴20也可以最后通过传动装置45有利地直接连接在同步轴12上(参阅图4和5)。
一般，如果电动机所必须克服的扭矩很大，例如在大型涡轮机中(2-3Mw)，扭矩是如此的大，以致传动比要高达1比300，则倾角电动机11的轴与同步轴12之间最好有传动装置。最恰当的传动装置是行星传动装置，圆周传动装置，环转减速器等等。
本实施例中所使用的在主轴1与同步轴12之间传递不同旋转速度的传动装置，与图1-3中所示的实施例中所使用的相同，只不过现在同步轴12穿过驱动轮14，并且一直前进，穿过中心到达主轴1的端部。在驱动轮的一种具体结构中，同步轴不一定是穿过驱动轮，因为驱动轮可以做成同步轴12整体的一部分。
在本发明的这个最佳实施例中，负向制动器22b、24位于主轴1的后部，而正向制动器22b、23通常是倾角电动机11整体的一部分，或者是独立的制动器，或者使电动机起制动作用。
把动力和控制信号传递给倾角电动机或从倾角电动机传递出来，是由图4中所示的滑环，以及由标号35所指的位于主轴1后部的滑环和位于主轴前方的滑环40来完成的。如上所述，控制信号也可以由遥测技术来传递，这样就可以取消用于这一目的的滑环了。
以上用特定的实施例描述了本发明的风力涡轮机。所示的实施例中的风力涡轮机的主轴与风的方向平行，并且其叶片与主轴垂直。这种风力涡轮机基本上是上风风力涡轮机，但也可以是下风风力涡轮机。或者，可以采用连接在主轴上的齿轮传动装置，这将使得有可能采用没有齿轮传动装置的多极发电机。此外，也可以采用与以上所述的不同的传动装置技术方案。特别是，上述负向制动器也可以用于其他类型的风力涡轮机中。上述实施例图中的正向制动器和负向制动器是盘状制动器，具有一个共同的制动盘。一个制动盘可以用在两个制动器上，并且，正向制动器和负向制动器这两种制动器也可以采用非盘状的其他类型的制动器。主轴的平衡也可以不是在上面提到的角度上，而是在其他倾角上达到。这完全取决于风力涡轮机的类型，叶片的形状和尺寸，以及所涉及的风力涡轮机的机械惯姓。此外，在说明书中提出的倾角的具体数值并不是限定的，而只是作为规定倾角的例子。正如说明书中所说，能达到最佳运转状态的倾角的具体数值部分决定于叶片的结构，而部分决定于它安装在叶毂上的方式。
图3中，按照本发明的倾角控制装置还包括安装在周17中至少一根轴上的摩擦离合器30。这些摩擦离合器的目的是当叶片中由一片被阻止绕着它的纵轴线转动时，保证还能使至少一片叶片转动，即，如果有一片叶片锁定在其倾角位置上时，仍能使其余未锁定的叶片转动。
这是通过摩擦离合器30达到的，这种离合器能通过伞齿轮15传动装置把一定的扭矩传递到轴17上。当施加在摩擦离合器30上的扭矩超过离合器30所能传递的最大扭矩时，轴17的的内部零件17a仍能够转动，但轴17的外部零件17b却不能转动了。或者，当摩擦离合器30直接连接在齿轮传动装置15上式时，轴17的内部零件17a就可以脱开。
在一个优选实施例中，上述摩擦离合器30是两个盘的靠压表面被互相压紧的盘，例如用弹簧压紧。通常，在靠压表面上覆盖了加强摩擦的层片。
在另一个优选实施例中，上述摩擦离合器30是这样一种离合器，其中，用弹簧加载的棘轮以这样的方式与一个齿圈协同工作，即，上述弹簧要迫使棘轮进入由上述齿圈的齿所形成的凹槽内，直到从上述齿作用在棘轮上的力和由于扭矩而形成的力超过弹簧的力为止。
当需要有控制地恢复轴17的两个零件17a、17b的相互之间的角度位置时，可以使用以上所述的离合器30。当叶片被阻不能绕着它的纵轴线旋转的原因是，例如，冰锁定了由齿轮18和旋转接头19所构成的齿轮传动装置时，就可能发生上述情况。
这种恢复装置可以由测量轴17的两个零件17a、17b的角度位置的装置，以及使轴17的外部零件17b保持在固定位置上的保持装置。由于外部零件17b保持在固定位置上，所以轴的内部零件17a的转动将改变轴17的两个零件17a、17b的相互之间的角度位置。借助于旋转内部零件17a而使外部零件17b保持不动，并测量这两个零件17a17b的角度位置，然后，就能恢复两个零件17a、17b的预定的相互角度位置。
或者，上述摩擦离合器可以是一种具有这样一个零件的连接装置，如果施加在这个零件上的力超过最大值，这个零件就破碎，于是齿轮传动装置15与齿轮18之间的联结就不再存在。
由于使叶片绕着它的纵轴线旋转所需要的扭矩通常很容易确定，或者至少可以估计出来，所以摩擦离合器30的尺寸就能根据这一扭矩来确定。