CN103168171A - 风轮机功率传输系统 - Google Patents

Abstract

用于风轮机的功率传输系统包括齿轮箱和发电机。该齿轮箱包括齿轮箱壳体和齿轮箱输出构件。所述发电机包括：发电机壳体，所述发电机壳体具有驱动端侧和非驱动端侧，所述驱动端侧被联接到所述齿轮箱壳体；定子，所述定子由所述发电机壳体支承；转子，所述转子具有转子轴和被联接到所述转子轴的转子主体，所述转子轴被联接到所述齿轮箱输出构件；非驱动端屏蔽件，所述非驱动端屏蔽件被联接到所述非驱动端侧；心轴，所述心轴从所述非驱动端屏蔽件沿轴向方向延伸；以及至少一个发电机轴承，所述至少一个发电机轴承被定位在所述转子轴和所述心轴之间。所述发电机轴承支承所述齿轮箱输出构件和所述转子轴。还提供了一种组装或维护这种功率传输系统的方法。

Description

风轮机功率传输系统

相关申请的交叉引用

本申请要求与2010年10月18日提交的名为"DRIVETRAIN FOR A WINDTURBINE"的美国临时专利申请No.61/393,995的权益。本申请还要求于2011年3月8日提交的名为“WIND TURBINE POWER TRANSMISSION SYSTEM”的美国临时专利申请No.61/450,151的权益。

技术领域

本申请涉及功率传输系统。更具体地，本发明涉及具有集成式齿轮箱和发电机的风轮机功率传输系统。

背景技术

风轮机通常包括转子，所述转子具有由风驱动的大型叶片。转子叶片将风的动能转化为旋转机械能。该机械能通常驱动一个或多个发电机产生电功率。因此，风轮机包括功率传输系统，所述功率传输系统用于处理旋转机械能将其转化为电能。所述功率传输系统有时被称为风轮机的“功率系”。功率传输系统的从风轮机转子到发电机的部分被称为传动系。

通常，有必要将风轮机转子的旋转速度增加至发电机所需的速度。这通过风轮机转子和发电机之间的齿轮箱来完成。因此，齿轮箱形成传动系的一部分，并且将来自风轮机转子的低速、高扭矩输入转化为用于发电机的低扭矩、高速输出。虽然在许多产业中使用齿轮箱，但是由于风轮机转子和传动系所经受的力的大小、多样性和不可预测性，在用于风轮机的齿轮箱设计中存在特殊挑战。这些力可能会损坏轴承和其他齿轮箱部件。结果，齿轮箱的可靠性是风电领域一贯关注的。

一些制造商通过设计不具有齿轮级的功率传输系统来解决该问题。在这种系统中，风轮机转子直接驱动低速发电机。虽然可能不存在与齿轮箱可靠性有关的问题，但是缺乏齿轮级通常导致其他问题。具体地，要产生等量功率，直接驱动式风轮机中的低速发电机通常比在齿轮传动方案中的中高速对应部件更大。除了成本问题外，该较大的尺寸还带来运输、组装和维护的挑战。此外，许多低速发电机依赖于结合有可获得性受限的稀土材料制成的永磁体。

传统传动系和直接驱动式机械之间的相互矛盾的问题导致人们对于中速解决方案越来越感兴趣。这些“混合”方案通常包括集成式齿轮箱和中速发电机。一个这种方案是EP0811764Bl的主题，该文献公开了被安装到单级齿轮箱的中速、永磁发电机。该设计最初由Aerodyn GmbH构想，并且由Areva进一步发展。有时被称为“Multibrid”方案，该设计利用比大多数传统传动系更少的旋转部件得到轻质的紧凑功率传输系统。

尽管中速方案有利，但是仍存在改进空间。该设计的高度集成化性质有可能会限制组装选择权并会使维护困难。因此，需要一种能应对这些以及其他挑战的功率传输系统。

发明内容

下文公开了一种用于风轮机的功率传输系统。所述功率传输系统包括齿轮箱和发电机。齿轮箱包括齿轮箱壳体和齿轮箱输出构件。所述发电机包括：发电机壳体，所述发电机壳体具有驱动端侧和非驱动端侧，所述驱动端侧被联接到所述齿轮箱壳体；定子，所述定子由所述发电机壳体支承；转子，所述转子具有转子轴和由所述转子轴支承的转子主体，所述转子轴被联接到所述齿轮箱输出构件；非驱动端屏蔽件，所述非驱动端屏蔽件被联接到所述发电机壳体的所述非驱动端侧；心轴，所述心轴从所述非驱动端屏蔽件沿轴向方向延伸；以及至少一个发电机轴承，所述至少一个发电机轴承被定位在所述转子轴和所述心轴之间。所述发电机轴承支承所述齿轮箱输出构件和所述转子轴。为此，术语“发电机轴承”在本文中被用于指代由齿轮箱和发电机共用并且对于所述齿轮箱和发电机的操作来说必要的轴承。发电机轴承用作用于可旋转地支承齿轮箱输出构件和转子轴的主要机构。在一些实施方式中，发电机轴承可以甚至是用于这些部件的唯一可旋转支承件。

通过将发电机轴承定位在转子轴和心轴之间，该发电机轴承被有效地定位在发电机壳体的非驱动端侧。这种布置有利于组装和维护，其原因基于下文的描述显而易见。如果心轴与转子间隔开但该心轴构造成当所述转子被朝向非驱动端屏蔽件移动时接触该转子，那么提供进一步的优势。这种布置允许转子在运输和/或维护期间“停泊”在心轴上，由此允许安装或移除发电机轴承，而不必移除转子并且不必使发电机壳体与齿轮箱壳体脱离联接。

为此，还公开了一种用于组装或维护风轮机的功率传输系统的相应方法。所述方法包括提供齿轮箱，所述齿轮箱具有齿轮箱壳体以及从所述齿轮箱壳体延伸的齿轮箱输出构件。该方法还提供发电机。所述发电机包括具有驱动端侧和非驱动端侧的发电机壳体、由所述发电机壳体支承在所述驱动端侧和所述非驱动端侧之间的定子、被联接到所述发电机壳体的所述非驱动端侧的非驱动端屏蔽件、从所述非驱动端屏蔽件沿轴向方向延伸的心轴、以及具有转子轴和由所述转子轴支承的转子主体的转子。所述转子轴的至少一部分沿轴向方向延伸。

所述方法还涉及将至少一个发电机轴承定位在所述转子轴和心轴之间。同样，所述至少一个发电机支承所述齿轮箱输出构件和所述转子轴。集成所述齿轮箱和发电机是另一步骤，其包括将所述发电机壳体的所述驱动端侧联接到所述齿轮箱壳体以及将所述转子轴联接到所述齿轮箱输出构件。所述集成可在定位所述至少一个发电机轴承之前被执行，当该方法涉及维护，使得发电机轴承的定位代表该发电机轴承的更换时，可能会是这种情况。当该方法涉及组装并且发电机轴承与发电机的其余部分被分离地运输和/或安装时，也可能是这种情况。该集成步骤可另选地在定位所述至少一个发电机轴承之后被执行，当发电机在安装有发电机轴承的情况下被组装和运输时，可能是这种情况。

然而，该方法描述了涉及源自功率传输系统的设计的组装和维护的优势。同样，这些优势基于下文的描述将更明显。

附图说明

图1是风轮机的一个示例的立体图。

图2是用于图1的风轮机的功率传输系统的立体图。

图3是图2的功率传输系统的剖视图。

图4是更详细地示出图2的功率传输系统的齿轮箱和发电机的剖视图。

图4A是更详细地示出图4的发电机的放大剖视图。

图5是图2的功率传输系统的发电机的后视立体图。

图6是图5所示的发电机的一部分的放大图。

图7A至图7C是剖视图，顺序地示出了从图2的功率传输系统中的发电机移除发电机轴承。

图8是示出了根据另选实施方式的发电机的剖视立体图。

图9是示出了根据另一另选实施方式的发电机的剖视正视图。

具体实施方式

图1示出了风轮机2的一个示例。虽然示出了离岸风轮机，但是应当注意的是，以下描述也可适用于其他类型的风轮机。风轮机2包括安装到轮毂6上的转子叶片4，所述轮毂由机舱8支承在塔架12上。风使得转子叶片4和轮毂6绕主轴线14（图2）旋转。该旋转能量被传送到容纳在机舱8内的功率传输系统（或“功率系”）10。

如图2和图3所示，功率传输系统10包括联接到轮毂6（图1）的主轴16。功率传输系统10还包括：支承主轴16的第一轴承18和第二轴承20；围绕第一轴承18和第二轴承20的轴承壳体22；以及齿轮箱24，所述齿轮箱具有由主轴16驱动的齿轮箱输入构件26。齿轮箱24增大主轴16的旋转速度，以驱动发电机28，如将在下文更详细地描述的。

在所示的具体实施方式中，齿轮箱24和发电机28从轴承壳体22和主轴16悬伸；齿轮箱24或发电机28自身不具有支承。更具体地，齿轮箱24包括：齿轮箱输入构件26，所述齿轮箱输入构件借助联接件30被联接到主轴16；以及齿轮箱壳体32，所述齿轮箱壳体借助联接壳体34从轴承壳体22悬伸。该联接件30被示出为弧齿齿轮联接件，所述弧齿齿轮联接件包括环形花键联接元件36，其用于接合分别与主轴16和齿轮箱输入构件26相关联的联接凸缘38、40。联接件30的该实施方式以及其他实施方式以及功率传输系统10的总体运动学在也名为“WIND TURBINE POWERTRANSMISSION SYSTEM”并与本发明同时提交的PCT专利申请PCT/DK2011/050388（’388申请）中有更详细地描述，该专利申请的公开内容以引用的方式被完全结合到本文。如’388申请中所述的，提供具体运动学关系，使得功率传输系统10以可靠的方式完成其主要功能，即扭矩传递功能。该运动学关系还有助于功率传输系统10以有利的方式实现其次要功能，即除了扭矩以外将负载从转子传递到塔架。

现将参考图4和图4A来描述齿轮箱24和发电机28的细节。齿轮箱24被示出是具有三个行星级的差动齿轮箱。更具体地，在所示的实施方式中，齿轮箱输入构件26是支承第一级A1中的行星轮50的行星架。行星轮50啮合相对于齿轮箱壳体32固定的齿圈52并且啮合太阳轴56上的太阳小齿轮54。齿轮箱输入构件26还支承第二级A2中的齿圈58，使得齿圈58与齿轮箱输入构件26一起旋转。第二级A2中的齿圈58与行星轮60啮合，所述行星轮60由安装到齿轮箱壳体32上的行星销62支承。结果，行星轮60沿与太阳小齿轮54相反的方向驱动太阳小齿轮64。

上述布置将齿轮箱输入构件26所传输的功率分到第一级A1和第二级A2之间，所述第一级和第二级的输出由太阳小齿轮54和64表示。部件、传动比等可被设计成提供任何期望的功率分配（例如，可以是60/40）。这些功率输出在第三级B合并，所述第三级包括：齿圈70，所述齿圈借助支承结构72驱动联接到太阳小齿轮64；以及行星架74，所述行星架借助太阳轴56驱动联接到太阳小齿轮54。由行星架74可旋转地支承的行星轮76啮合齿圈70并且啮合太阳小齿轮78，所述太阳小齿轮78驱动齿轮箱输出构件80。

太阳小齿轮78被示出是借助花键联接82接合齿轮箱输出构件80的单独部件，但是该太阳小齿轮可另选地被安装到齿轮箱输出构件80或甚至形成为齿轮箱输出构件80的一体部分。当然，虽然已经描述了齿轮箱24的细节，但是本发明关注于齿轮箱24和发电机28的集成化而不是齿轮箱自身或其部件。因此，所示的实施方式仅是一个示例，也可使用适合于风轮机的任何其他齿轮箱设计。这包括例如常规行星齿轮箱、复合行星齿轮箱、固定行星架行星齿轮箱等，每个齿轮箱包括单级或多级。

无论齿轮箱设计如何，发电机28包括定位在发电机壳体104内的转子100和定子102。转子100由齿轮箱输出构件80驱动以在发电机壳体104内旋转，且因此将发电机壳体104有效地划分为驱动端侧（DE侧）和非驱动端侧（NDE侧）。在DE侧，发电机壳体104利用紧固件（例如，螺栓；未示出）或其他合适技术被联接到齿轮箱壳体32。为此目的，可在齿轮箱壳体32上设置补强凸缘106（图4A）。在凸缘106和发电机壳体104之间也可设置隔离构件108，以有助于防止电流被传输到齿轮箱。此外，发电机28还可包括位于齿轮箱壳体32和发电机壳体104之间的驱动端屏蔽件（DE屏蔽件）110。DE屏蔽件110被联接到发电机壳体104并且覆盖DE侧，以在运输期间保护发电机28的内部部件，如以下将详细描述的；但是如果不需要这种保护时，就不需要提供这种DE屏蔽件。在这种实施方式中在集成齿轮箱24和发电机28之后，齿轮箱壳体32可有效地覆盖发电机壳体104的DE侧。

定子102由发电机壳体104支承在DE侧和NDE侧之间。定子102在附图中被示意性地示出，但是在一个实施方式中发电机28可以是具有定子102的永磁发电机，这样的定子包括在铁心上形成齿的钢叠片的树脂浸渍组件。该组件还可包括在齿之间以分布式绕组图案布置的线圈。当转子100相对于定子102旋转时，转子100上的永磁体在绕组中感生电压。所述绕组被连接到铜集电环（未示出），所述铜集电环继而被连接到电缆112（图2），以将电力输出传输到其他地方。同样，这仅仅是一个可行的实施方式。风轮发电机设计领域的技术人员将理解其他实施方式，包括不涉及永磁体的风轮发电机设计。

转子100包括支承永磁体（或其他磁通产生构件，这取决于发电机设计）的转子主体116。所述永磁体例如可被保持在紧固到转子主体116上的心段118中。转子轴（驱动轮毂）120通过被紧固到转子主体116上（例如，借助紧固件）或与该转子主体一体地形成而被联接到转子主体116。因此，虽然总体上示出了用于支承永磁体的两件式组件，但是在另选实施方式中，转子轴120和转子主体116可以是整体结构的不同部分。转子轴120的至少一部分沿轴向方向延伸。

转子轴120也被联接到齿轮箱输出构件80。在所示的实施方式中，为此目的设置浮动轴122。该浮动轴122从齿轮箱壳体32内延伸，穿过DE屏蔽件110中的开口进入到发电机壳体104中。可在DE屏蔽件110与浮动轴122的外部之间设置有迷宫式密封件124，以允许相对旋转同时仍防止齿轮箱润滑剂进入发电机壳体104。还可在齿轮箱壳体32和DE屏蔽件110之间设置静态密封件（未示出），以进一步有助于容纳流体。另一方面，浮动轴122的内部由花键联接126联接到齿轮箱输出构件80，使得浮动轴122由齿轮箱输出构件80驱动。就此而言，在所示的实施方式中，齿轮箱输出构件80用作套筒轴，以将扭矩从齿轮箱24传递到发电机28（经由浮动轴122）。可选择能延伸到转子轴120中的浮动轴122的长度以及花键联接126的轴向位置，从而有助于调节功率传输系统10的扭转共振。

在发电机壳体104内，位于浮动轴122上的径向延伸凸缘130面对转子主体116的径向延伸部132和/或转子轴120。这允许浮动轴122利用螺栓、销、面齿轮装置或其他联接元件/方法被联接到转子100。呈细长螺栓形式的位移元件200（其用途将在下文描述）可部分地或完全起到该联接功能。作为将浮动轴122联接到转子100的另选或附加方法，浮动轴122的末端部可延伸到转子轴120中并借助花键联接与该转子轴接合。隔离构件134可被设置在凸缘130和转子100的供该凸缘联接的部分之间，以有助于防止电流被传送到齿轮箱24。在所述的实施方式中，隔离构件134被示出为环。

将理解齿轮箱输出构件80的其他实施方式以及该齿轮箱输出构件联接到转子100的方式。例如，齿轮箱输出构件80可另选地包括用于直接联接到转子100的大连接凸缘（因此不必需要浮动轴122）。该连接凸缘可按照与以上针对浮动轴122描述相同的方式被螺栓连接或以其他方式紧固到转子主体116和/或转子轴120。这种设计在齿轮箱输出构件80和转子100之间提供无磨损界面。此外，该连接凸缘可被设计有高扭转低弯曲刚度。这向齿轮箱输出构件80提供足够柔性，以在必要时允许太阳小齿轮78径向平移并且与行星齿轮76有角度地对齐（由此，减少或防止错位）。

仍参考图4A，发电机28还包括非驱动端屏蔽件（NDE屏蔽件）140，其被联接到发电机壳体104的NDE侧。心轴142沿大致轴向方向从NDE屏蔽件140延伸，并且在所示的实施方式中围绕转子轴120。心轴142可与NDE屏蔽件140的其余部分一体地形成（如所示），或者心轴142可以是紧固到NDE屏蔽件140的分离部件。至少一个发电机轴承144被定位在心轴142和转子轴120之间，用于可旋转地支承转子100。因此，转子100由发电机壳体104借助发电机轴承144、心轴142和NDE屏蔽件140来支承。在所示的实施方式中设置有第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b。这些轴承还支承齿轮箱输出构件80，如将在下文更详细地描述的。

第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b可被容纳在轴承筒148内。更具体地，轴承筒148包括联接到转子轴120的内部套筒150以及与心轴142交接的外部套筒152。第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b被定位在内部套筒150和外部套筒152之间，并且这些套筒的末端可由润滑密封件154、156来密封。第一轴承144a被示出是在轴承筒148中具有固定位置的双列滚珠轴承，而第二轴承144b被示出是浮动的双列滚珠轴承。风轮机发电机设计领域的技术人员将会认识到其他轴承布置。这包括具有不同类型的轴承（例如，不同形状和不同列的滚动元件）的布置以及不具有轴承筒的布置，但是提供这种筒具有基于下文的描述将显而易见的独特优势。

发电机28还可包括端部适配器160，所述端部适配器被联接到转子轴120并且从发电机壳体104延伸出来。在所示的实施方式中，螺栓162在接合转子轴120之前延伸穿过端部适配器160以及位于轴承筒148的内部套筒150上的末端凸缘164。因此，转子轴120、内部套筒150和端部适配器160一起旋转。端部适配器160远离NDE屏蔽件140延伸，以便定位在发电机壳体104之外。

现参考图4A、图5和图6，在所述实施方式中的端部适配器160支承调节齿轮166以及制动盘168。调节齿轮166借助螺栓170被安装到端部适配器160，并且也可另选地成为端部适配器160的一体部分。采用任一方式，调节齿轮166都经由端部适配器160联接到转子轴120。一个或多个辅助驱动器172被安装到NDE屏蔽件140并且定位成邻近于调节齿轮166。该辅助驱动器172构造成使与调节齿轮166啮合的相应小齿轮174旋转。因此，辅助驱动器172可被控制以当有必要转动功率传输系统10的与端部适配器160操作联接的从动部件（例如，转子轴120、齿轮箱输出构件80、齿轮箱输入构件26、主轴16等）时使得调节齿轮166旋转。辅助驱动器172中的一些可仅在操作期间被使用，而辅助驱动器172中的其他辅助驱动器可仅在安装期间被使用。辅助驱动器172在一些实施方式中可包括液压马达。

制动盘168借助延伸穿过间隔件178的螺栓176被紧固到调节齿轮166。因此，制动盘168由端部适配器160经由调节齿轮166来支承。然而，在另选实施方式中，制动盘168可被直接紧固到端部适配器160。一个或多个制动钳180定位在制动盘168周围并且构造成在制动操作期间向制动盘168施加摩擦制动力。制动钳180由紧固到NDE屏蔽件140或紧固到机舱中的固定结构上的安装托架182来支承，由此相对于制动盘168固定制动钳180。为了简明起见，用于紧固安装托架182的结构未在附图中示出。此外，尽管未示出，但是辅助驱动器172、调节齿轮166和制动盘168可被容纳在紧固到NDE屏蔽件140上的可移除罩内。

最后，功率传输系统10还包括延伸穿过齿轮箱24和发电机28的变桨管186。变桨管186容纳穿过主轴16（图2）布设至轮毂6的液压管线（未示出）和/或电缆，用于控制风轮机2的变桨系统。需要时，可在变桨管186和端部适配器160之间设置一个或多个轴承（未示出），以支承变桨管186。

上述布置提供用于制造、安装和维护的数个优势。如上所述，发电机轴承144除转子100外还可旋转地支承齿轮箱输出构件80，且因此代表用于齿轮箱24和发电机28的“共享”或“公共”轴承。公共轴承是具有集成式齿轮箱和发电机的功率传输系统中所需要的，以减少经受磨损的部件数量、节约材料成本、提供紧凑的布置等。通过将功率传输系统10的发电机轴承144定位在心轴142和转子轴120之间，可实现这些目的而不影响齿轮箱24和发电机28的集成。发电机轴承144并不依赖于齿轮箱24来被支承，由此允许发电机28与齿轮箱24单独地被制造并组装。

例如，发电机28可能在第一场所制造而齿轮箱24在第二场所制造。然后，齿轮箱24和发电机28可被运输到第三场所以完成集成。在齿轮箱24的运输期间，齿轮箱壳体32可暂时支承齿轮箱输出构件80。另选地，可在完成与发电机28集成时，安装齿轮箱输出构件80。在发电机28的运输期间，DE屏蔽件100覆盖DE侧以有助于保护内部部件。齿轮箱24和发电机28的集成涉及将齿轮箱输出构件80联接到转子轴120以及将发电机壳体104的DE侧联接到齿轮箱壳体32。该集成是更多样化的，这是因为不需要将发电机轴承144定位在齿轮箱24和发电机28之间来完成这些步骤。这些步骤可在除了制造现场外的其他场所执行，包括位于或靠近其中功率传输系统10将被安装到风轮机中的现场。当然，需要时，在将齿轮箱24和发电机28单独地抬升到风轮机的机舱上之后，甚至可“在塔架上”执行该集成。单独地抬升齿轮箱24和发电机28可使得能使用具有较低抬升能力的吊车来完成风轮机的安装。与抬升能力足以处理用于多兆瓦型风轮机的集成式齿轮箱和发电机的吊车相比，这种吊车通常是不太昂贵并且更易于被获得的。

一旦功率传输系统10被安装起来，齿轮箱24和发电机28就可保持集成，甚至在需要接近发电机轴承144以便检查或维护时也是如此。为此，图7A至图7C描述了转子100如何能够由NDE屏蔽件140暂时支承以允许容易地移除发电机轴承144。这借助使用位移元件200将转子100朝向NDE屏蔽件140移动来实现。如上所述，在所示实施方式中，位移元件200是细长螺栓。这些位移元件200延伸穿过NDE屏蔽件140中的进出孔202（必要的话，还穿过心轴142中的进出孔204），之后接合转子主体116、隔离构件134和浮动轴122中的螺纹孔206、208、210。该位移元件200在操作期间可保持定位在发电机28中或者仅当有必要移动转子100时被插入。在后者的情形中，端部适配器160可被设计成使得在将位移元件200插入穿过NDE屏蔽件140时不必移除该端部适配器。

当位移元件200完全接合转子主体116时，该转子主体116与心轴142间隔开。每个位移元件200包括头部212，所述头部212抵接NDE屏蔽件140并且防止进一步插入/接合。结果，当旋转时，所述位移元件200朝向NDE屏蔽件140拉动转子主体116、隔离构件124和浮动轴122。本领域技术人员将认识到在被调节时实现相同运动的位移元件200的其他构造和类型。最终，转子主体116接触心轴142，所述心轴构造成不可旋转地支承转子100。例如，转子主体116的轴向延伸部214可靠在心轴142的台肩或凸缘216上，以便由此被径向支承。心轴142还可被设计成防止转子100沿轴向方向的进一步运动。如能够理解的，当转子100在朝向NDE屏蔽件140移动时暂时“停泊”在心轴142上，使得发电机轴承144不再需要可旋转地支承转子轴120。

在将位移元件200插入穿过NDE屏蔽件140之前和/或在调节位移元件200以移动转子100之前，可能有必要或期望移除端部适配器160。这可通过释放将端部适配器160和轴承筒148紧固到转子轴120的螺栓164来实现。然后，可将端部适配器160、调节齿轮166和制动盘168以组件形式移离NDE屏蔽件140，这假定制动钳180已经移动到允许进行这种运动的位置。另选地，制动盘168、调节齿轮166和端部适配器160可在分开的步骤中被移除（即，首先可从调节齿轮166移除制动盘168，然后可从端部适配器160移除该调节齿轮166，之后可从转子轴120移除该端部适配器160）。

在转子100以不可旋转的方式支承在心轴142上并且移除了端部适配器160的情况下，可自由地移除发电机轴承144。轴承筒148允许发电机轴承144以组件形式（即，与内部套筒150和外部套筒152一起）被移除，由此减少必须执行的步骤数量。将转子100设计成当该转子100被朝向心轴142移动时接触轴承筒148，可进一步有利于该移除。将转子100朝向其在心轴142上的“停泊”位置进一步移动会将轴承筒148从心轴142推出。于是，轴承筒148可被容易地抓持并且拉离，以完成移除。为了安装新的发电机轴承，上述步骤于是可按照相反的顺序执行。

如能够理解的，在发电机28保持与齿轮箱24集成（即，发电机壳体104可保持联接到齿轮箱壳体32并且转子100可保持联接到齿轮箱输出构件80）的情况下，可接近、移除以及安装发电机轴承144。此外，在这些过程期间，转子100和定子102可保持定位在发电机28内。甚至，NDE屏蔽件140可保持就位，即联接到发电机壳体104。这些方面可减少复杂性以及与这些步骤相关的时间，使得可最小化风轮机停机时间和功率生成损失。

有利地，转子100可由心轴142支承，这不仅用于维护发电机轴承144，而且用于运输和其他处理操作。例如，发电机制造商可按照上述方式在转子100停泊在心轴142上的状态下来组装发电机28。这减轻了发电机轴承144上的负载，并且有助于防止由于操作之前的停顿阶段可能引起的磨损或其他损坏。事实上，甚至可在不安装发电机轴承144的情况下供应发电机28。可在后续阶段执行发电机轴承144（以及轴承筒148，如果有的话）的安装，例如在集成齿轮箱24和发电机28之前或之后。

上述描述的实施方式仅是由所附权利要求书限定的本发明的实施例。风轮机设计领域的技术人员将认识到基于该描述的附加实施例、修改和优势。例如图8示出了结合上述数个变型的发电机228的实施方式。在附图中使用相同的附图标记指代相应结构。如能够看到的，在该实施方式中的齿轮箱输出构件80延伸到转子轴120中并且借助花键联接230直接联接到所述转子轴；不存在浮动轴等。可选择花键联接230的位置，以有助于调节功率传输系统10的动态性能。因此，虽然花键联接230被示出为位于齿轮箱输出构件80和转子轴120的端部上或在这些端部附近，但是花键联接230可另选地定位在沿转子轴120的长度的其他部位。

由于具有与齿轮箱输出构件80形成的该不同联接布置，转子轴自身可具有不同形状。具体地，转子轴120可包括在被联接到转子主体116之前进一步径向延伸（与图3至图7C的实施方式相比）的锥状或盘状部232。该联接可借助螺栓234来实现，并且每个螺栓234可由隔离构件236围绕，以有助于防止电流从转子主体116被传输到转子轴120和齿轮箱输出构件80。在图8的实施方式中，发电机轴承144仍定位在转子轴120和心轴142之间，但未被容纳在轴承筒中。在图8中未示出的另一元件是紧固到端部适配器160的调节齿轮。事实上，调节齿轮以及一个或多个辅助驱动器可定位在功率传输系统10的其他位置，例如在齿轮箱24和发电机28之间。

就像在另选实施方式中转子100的形状可以不同一样，可同样考虑心轴142。虽然本文未示出，但是心轴例如可从发电机沿轴向方向向外（即，远离DE侧和NDE侧）延伸而不是向内延伸。在这种实施方式中，转子轴需要进一步延伸以被心轴围绕。

同样，本领域技术人员会理解这些以及其他变形。就发电机轴承144相对于心轴142的布置来说尤其如此。例如，虽然图3至图8示出了心轴142相对于转子轴120径向向外定位以便围绕发电机轴承144，但是在另选实施方式中，心轴和转子轴的位置可相反设置。也就是说，心轴可相对于转子轴径向向内定位，使得转子轴围绕发电机轴承。图9示出了根据这种实施方式的发电机328的示例，其中使用相同的附图标记指代与图3至图8中相应的结构。下文将仅描述与前述实施方式的不同之处。

图9中的齿轮箱输出构件80被联接到轴适配器330，所述轴适配器330继而被联接到转子轴120（例如，借助花键联接332）。转子轴120在发电机28内轴向延伸并且具有比心轴142大的内径。因此，心轴142从NDE屏蔽件140延伸到转子轴120中。发电机轴承144被定位在心轴142和转子轴120之间。类似于上文讨论的其他实施方式，示出了第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b。第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b彼此间隔开并且可利用位于心轴142的端部上的端板334、定位在第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b之间的间隔件336以及位于转子轴120上的端板338轴向定位。由于转子轴120围绕第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b，因此转子轴120和转子主体116可设计成使得该转子100的质心位于第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b之间的平面中。这提供了负载在第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b之间的更均匀分布，当该平面在第一发电机轴承144a和第二发电机轴承144b之间居中时尤其如此。

鉴于上述，任何具体实施方式的细节应当被认为不必须限制所附权利要求书的范围。事实上，除了理解其他修改和变形外，本领域技术人员将理解各个实施方式的特征可如何按照不同的方式组合。

Claims (23)

1.一种用于风轮机的功率传输系统，所述功率传输系统包括：

齿轮箱，所述齿轮箱具有齿轮箱壳体以及从所述齿轮箱壳体延伸的齿轮箱输出构件；以及发电机，所述发电机包括：

发电机壳体，所述发电机壳体具有驱动端侧和非驱动端侧，所述驱动端侧被联接到所述齿轮箱壳体；

定子，所述定子由所述发电机壳体支承在所述驱动端侧和所述非驱动端侧之间；

转子，所述转子具有转子轴和由所述转子轴支承的转子主体，所述转子轴被联接到所述齿轮箱输出构件以便由此被驱动，所述转子轴的至少一部分沿轴向方向延伸；

非驱动端屏蔽件，所述非驱动端屏蔽件被联接到所述发电机壳体的所述非驱动端侧；

心轴，所述心轴从所述非驱动端屏蔽件沿所述轴向方向延伸；以及

至少一个发电机轴承，所述至少一个发电机轴承被定位在所述转子轴和所述心轴之间，其中所述至少一个发电机轴承支承所述齿轮箱输出构件和所述转子轴。

2.根据权利要求1所述的功率传输系统，其中，所述心轴沿所述轴向方向朝向所述发电机壳体的所述驱动端侧延伸。

3.根据权利要求1所述的功率传输系统，其中，所述心轴是被紧固到所述非驱动端屏蔽件的单独部件。

4.根据权利要求3所述的功率传输系统，其中，所述心轴与所述非驱动端屏蔽件一体地形成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，其中，所述心轴相对于所述转子轴径向向外定位。

6.根据权利要求5所述的功率传输系统，其中，所述心轴与所述转子间隔开，但是所述心轴构造成当所述转子被朝向所述非驱动端屏蔽件移动时接触所述转子。

7.根据权利要求6所述的功率传输系统，其中，所述转子包括轴向延伸部，并且所述心轴包括面对所述轴向延伸部的台肩，所述台肩构造成当所述转子被朝向所述非驱动端屏蔽件移动时径向支承所述轴向延伸部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，所述功率传输系统还包括：

被联接到所述转子轴的调节齿轮；以及

至少一个辅助驱动器，所述至少一个辅助驱动器被安装到所述非驱动端屏蔽件并且构造成使所述调节齿轮旋转。

9.根据权利要求8所述的功率传输系统，所述功率传输系统还包括：

端部适配器，所述端部适配器被联接到所述转子轴并且从所述发电机壳体延伸出来，所述调节齿轮借助所述端部适配器被联接到所述转子轴；

由所述端部适配器支承的制动盘；以及

至少一个制动钳，所述至少一个制动钳相对于所述制动盘被固定并且构造成向所述制动盘施加摩擦。

10.根据权利要求9所述的功率传输系统，其中，所述制动钳被安装到所述非驱动端屏蔽件。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的功率传输系统，其中，所述心轴相对于所述转子轴径向向内定位。

12.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，其中，所述至少一个发电机轴承包括彼此间隔开的第一发电机轴承和第二发电机轴承，并且进一步其中，所述转子的质心定位在位于所述第一发电机轴承和所述第二发电机轴承之间的平面内。

13.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，其中，所述发电机还包括容纳所述至少一个发电机轴承的轴承筒。

14.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，其中，所述至少一个发电机轴承是所述齿轮箱输出构件和所述转子轴的唯一可旋转支承件。

15.根据前述权利要求中任一项所述的功率传输系统，其中，所述发电机还包括驱动端屏蔽件，所述驱动端屏蔽件被联接到所述发电机壳体的所述驱动端侧并且覆盖该驱动端侧。

16.一种用于组装或维护风轮机的功率传输系统的方法，所述方法包括：

提供齿轮箱，所述齿轮箱具有齿轮箱壳体以及从所述齿轮箱壳体延伸的齿轮箱输出构件；

提供发电机，所述发电机具有：发电机壳体，该发电机壳体具有驱动端侧和非驱动端侧；由所述发电机壳体支承在所述驱动端侧和所述非驱动端侧之间的定子；联接到所述非驱动端侧的非驱动端屏蔽件；从所述非驱动端屏蔽件沿轴向方向延伸的心轴；以及转子，所述转子具有转子轴和由所述转子轴支承的转子主体，其中，所述转子轴的至少一部分沿轴向方向延伸；

将至少一个发电机轴承定位在所述转子轴和所述心轴之间，其中，所述至少一个发电机轴承支承所述齿轮箱输出构件和所述转子轴；以及

以如下方式集成所述齿轮箱和所述发电机：

将所述发电机壳体的所述驱动端侧联接到所述齿轮箱壳体；以及

将所述转子轴联接到所述齿轮箱输出构件。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在定位所述至少一个发电机轴承之前集成所述齿轮箱和所述发电机。

18.根据权利要求16或17所述的方法，所述方法还包括：

从所述发电机移除所述至少一个发电机轴承，其中，在所述至少一个发电机轴承被移除时所述齿轮箱和所述发电机保持集成。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述至少一个发电机轴承被移除时所述非驱动端屏蔽件保持联接到所述发电机壳体。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，所述方法还包括：

朝向所述非驱动端屏蔽件移动所述转子，直到所述转子接触所述心轴；以及

将所述转子以不可旋转的方式支承在所述心轴上。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述转子包括轴向延伸部，并且所述心轴包括面对所述轴向延伸部的台肩，并且进一步其中，当朝向所述非驱动端屏蔽件移动所述转子时所述台肩径向支承所述轴向延伸部。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，使位移元件延伸穿过所述非驱动端屏蔽件并接合所述转子，并且进一步其中，朝向所述非驱动端屏蔽件移动所述转子包括：

调节所述位移元件以朝向所述非驱动端屏蔽件拉动所述转子。

23.根据权利要求16至23中任一项所述的方法，其中，定位所述至少一个发电机轴承包括将轴承筒插入在所述转子轴和所述心轴之间，所述至少一个发电机轴承被容纳在所述轴承筒内。

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