CN103742607B - 一体化的半直驱风力发电机传动链及其所用齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化的半直驱风力发电机传动链及其所用齿轮箱，具有前箱体（6）、后箱体（14）、主轴（5）、行星架（10），主轴下风向端粗径部（5-3）与内齿圈（7）固定连接;内齿圈（7）与行星架（10）上安装的至少三个的介轮（8）啮合，内齿圈（7）、介轮（8）与第一行星轮组成第一级定轴传动副；每一个行星轮轴（13）的伸出行星架（10）之外的部分还分别连接有一个第二级行星轮（15），第二级行星轮（15）位于行星架（10）和后箱体（14）构成的空腔内，并与同一个太阳轮（17）啮合，第二级行星轮（15）与太阳轮（17）组成第二级定轴传动副。本发明具有集成化，重量轻，轴向长度短，拆装方便等特点。

Description

一体化的半直驱风力发电机传动链及其所用齿轮箱

技术领域

本发明属于风力发电机械技术领域，尤其涉及一种一体化的半直驱风力发电机传动链及其所用齿轮箱。

背景技术

半直驱风力发电机的结构是通过齿轮箱将风轮转速增速至25~40倍后输入给永磁发电机，本质上就是直驱风力发电机加装了一个齿轮箱。半直驱风力发电机通过齿轮传动将从轮毂输入的转速增大了25~40倍左右，相比于直驱风力发电机，其尺寸和重量都能得到大幅的减小。所以半直驱风力发电机不但具备直驱风力发电机易于实现低电压穿越，不存在容易出故障的高速输出轴，电机不存在电刷、滑环等故障点，对电网冲击小、电能质量高等优点，又避开了大型直驱风力发电机带来的高成本，吊装困难等缺点，所以特别适用于大型风机，具有广阔的发展前景。当前大型风力发电机都有着轻量化，集成化，可靠性的要求，以提高度电成本。

目前，半直驱风力发电机的传动链通常使用常规的两级NGW方案，零件个数较多，结构复杂，加工及装配困难；其中的行星轮都承受双面载荷，增大了齿轮失效的可能性；且行星架转动，增加了润滑解决方案的复杂性。

申请公布号为CN101846155A（名称为“兆瓦级准行星半直驱风电增速箱”）的发明专利申请公开了一种拆装方便、能在高空大修、重量轻、制造工艺难度低的兆瓦级准行星半直驱风电增速箱，该专利申请采用了“（输入）内齿圈-两只第二介轮-准行星轮-介轮-（输出）中心齿轮”这种在一个平面内进行两次分流的单级准行星结构。这种结构由于增加了两只介轮，形成了二次分流，因而承载能力可明显提高，同时因为是单级传动，轴向长度较短，所需安装空间较小，但该专利申请存在传动比小的缺点，不能满足大功率风机的需要。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种一体化的半直驱风力发电机传动链及其所用齿轮箱，将齿轮箱与发电机集成化，具有可靠性高、重量轻，轴向长度短，结构合理，维修与拆装方便等特点。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，具有前箱体、后箱体、主轴、行星架，所述行星架设置在所述前箱体和所述后箱体之间，所述行星架上设有延伸到前箱体和后箱体之外的扭力臂；所述主轴包括主轴上风向端、主轴下风向端细径部和主轴下风向端粗径部；

所述主轴上风向端通过主轴上风向轴承支撑在所述前箱体的内孔上；所述主轴下风向端细径部通过主轴下风向轴承支撑在所述行星架上；主轴下风向端粗径部与内齿圈固定连接;

所述内齿圈与所述行星架上安装的至少三个的介轮啮合，每一个所述介轮分别与一个相应的行星轮轴的第一行星轮啮合，所述第一行星轮设在所述行星轮轴的上风向端并位于所述行星架内，所述内齿圈、介轮与第一行星轮组成第一级定轴传动副；

所述行星轮轴通过行星轴上风向轴承支撑在所述行星架的行星轴孔上，并向下风向延伸至伸出所述行星架之外，通过行星轴下风向轴承支撑在所述后箱体上；

每一个所述行星轮轴的伸出所述行星架之外的部分还分别连接有一个第二级行星轮，所述第二级行星轮位于所述行星架和所述后箱体构成的空腔内，并与同一个太阳轮啮合，所述第二级行星轮与所述太阳轮组成第二级定轴传动副；

所述太阳轮连接在输出轴上，所述输出轴的上风向端通过输出轴轴承支撑在所述行星架上，所述输出轴的下风向端伸出后箱体之外。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述主轴上风向端与轮毂连接法兰盘连接。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述轮毂连接法兰盘通过螺栓与所述主轴连接。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述内齿圈与所述主轴之间通过焊接或者螺栓固定连接。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述介轮通过满滚子轴承与介轮轴连接，所述介轮轴安装在所述行星架的介轮轴孔中。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述太阳轮的外部具有齿轮，内部具有内花键，所述输出轴的外部具有外花键，所述太阳轮与所述输出轴之间采用花键连接。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述主轴与所述输出轴的轴心在同一根直线上。

优选的，上述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其中：所述输出轴轴承的轴承座与行星架下风向中心孔一体成型，或者所述输出轴轴承的轴承座安装在所述行星架的下风向，正对所述行星架下风向中心孔处。

一种应用上述的任一齿轮箱的一体化的半直驱风力发电机传动链，所述输出轴的下风向端与发电机转子的上风向端连接，所述发电机转子的下风向端通过发电机主轴承支撑在发电机定子的内孔上，所述发电机转子和发电机定子之间有气隙。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述发电机转子的上风向端的内孔直径和后箱体的内孔直径均大于所述太阳轮的直径。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述发电机定子通过螺栓与后箱体连接。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述轮毂连接法兰盘直接与风力发电机的轮毂相连，或者通过风机主轴与风力发电机的轮毂相连。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述发电机定子上正对所述输出轴处开设有开孔，所述开孔上安装有后箱盖。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述后箱盖可拆卸地安装在所述开孔上。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述输出轴的下风向端通过涨紧力锁紧盘与所述发电机转子的上风向端的内孔连接。

优选的，上述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其中：所述后箱体全部或部分包容于所述发电机转子内，所述发电机定子的最大径向尺寸大于或等于所述后箱体的最大径向尺寸。

本发明的一种一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，以及一体化的半直驱风力发电机传动链的突出效果如下：

(一)比常规的两级NGW方案，多了N个介轮，但少去了一个内齿圈，一个太阳轮，一个行星架，及一个中箱体，结构简单，成本降低，却依然能实现较大的传动比；

(二)整个传动链系统高度集成，通过合理的主轴、行星架等关键零部件的结构设计，独特的齿轮布局设计，以及巧妙的装配设计，在保证有限的径向尺寸的前提下，较大的缩短了轴向尺寸；

(三)行星架是固定不动的、不旋转的，其扭力臂伸出后再固定在其它零件上，相当于两个零件的集成，行星架及扭力臂能承受轮毂连接法兰盘输入的主扭矩、整个传动链的重量，并能够承载主轴、前箱体、后箱体、介轮、行星轴及输出轴等；

(四)齿轮箱的主轴与输出轴的轴线为同一根直线，并且齿轮箱与发电机一体化连接，减小了主轴、输出轴和发电机主轴的不对心可能性，提高了风力发电机的性能和寿命；

(五)常规的两级NGW方案是由两个行星架带动两级行星轮在公转的，而本发明中的行星轮没有公转，其旋转中心轴固定在刚体上，可以不需要进行后续的润滑，从而解决了润滑的问题；

(六)常规的两级NGW方案中的2×N个行星轮双面受载，而本发明中的齿轮箱中仅有N个介轮承受双面载荷，从而减小了齿轮失效的可能性；

(七)发电机转子和发电机定子设计为径向尺寸大而轴向尺寸小，缩短了传动链的轴向尺寸；整个发电机结构包含了部分后箱体，进一步缩短了传动链的轴向尺寸，发电机定子的径向尺寸与后箱体的最大尺寸相等或接近，并不增加整个传动链的径向尺寸，极大的节省了机舱内的空间，降低了传动链重量；

(八)发电机与齿轮箱之间的安装与拆卸极为简便；

(九)发电机转子的上风向端的内孔直径和后箱体的内孔直径均大于太阳轮的直径，所以整个传动系统中转速最高、最容易出问题的太阳轮及输出轴都可以直接从发电机转子的内孔中抽出，不用拆开整机，安装和维修极其方便。

(十)输出轴的长度较大，因为其上风向端处于行星架上，而下风向端在发电机定子上，长度甚至大于第二级行星轮的宽度，形成较长的力臂，从而可以使得发电机转子的俯仰力矩能够被一个较小的输出轴轴承所承受。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的部分结构示意图；

1-轮毂连接法兰盘；2-主轴上风向轴承；3-主轴下风向轴承；4-行星轴上风向轴承；5-主轴；5-1-主轴上风向端；5-2-主轴下风向端细径部；5-3-主轴下风向端粗径部；6-前箱体；7-内齿圈；8-介轮；9-满滚子轴承；10-行星架；10-1-行星轴孔；10-2-介轮轴孔；10-3-行星架下风向中心孔；11-介轮轴；12-扭力臂；13-行星轮轴；14-后箱体；14-1-后箱体的内孔；15-第二级行星轮；16-行星轴下风向轴承；17-太阳轮；18-后箱盖；19-发电机主轴承；20-涨紧力锁紧盘；21-输出轴；21-1-输出轴的上风向端；21-2-输出轴的下风向端；22-发电机转子；22-1-发电机转子的上风向端；22-1-1-发电机转子的上风向端的内孔；22-2-发电机转子的下风向端；23-发电机定子；24-输出轴轴承。

具体实施方式

本实施例的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，如图1所示，具有前箱体6、后箱体14、主轴5、行星架10，行星架10设置在前箱体6和后箱体14之间，行星架10上设有延伸到前箱体6和后箱体14之外的扭力臂12；主轴5包括主轴上风向端5-1、主轴下风向端细径部5-2和主轴下风向端粗径部5-3；

主轴上风向端5-1通过主轴上风向轴承2支撑在前箱体6的内孔上；主轴下风向端细径部5-2通过主轴下风向轴承3支撑在行星架10上；主轴下风向端粗径部5-3与内齿圈7固定连接，可选的，内齿圈7与主轴5之间通过焊接或者螺栓固定连接；

内齿圈7与行星架10上安装的至少三个的介轮8啮合，每一个介轮8分别与一个相应的行星轮轴13的第一行星轮啮合，第一行星轮设在行星轮轴13的上风向端并位于行星架10内，内齿圈7、介轮8与第一行星轮组成第一级定轴传动副；

行星轮轴13通过行星轴上风向轴承4支撑在行星架10的行星轴孔10-1上，并向下风向延伸至伸出行星架10之外，通过行星轴下风向轴承16支撑在后箱体14上；

每一个行星轮轴13的伸出行星架10之外的部分还分别连接有一个第二级行星轮15，第二级行星轮15位于行星架10和后箱体14构成的空腔内，并与同一个太阳轮17啮合，第二级行星轮15与太阳轮17组成第二级定轴传动副；

太阳轮17连接在输出轴21上，输出轴21的上风向端21-1通过输出轴轴承24支撑在行星架10上，输出轴21的下风向端21-2伸出后箱体14之外。

主轴上风向端5-1与轮毂连接法兰盘1连接。可选的，轮毂连接法兰盘1通过螺栓与主轴5连接。介轮8通过满滚子轴承9与介轮轴11连接，介轮轴11安装在行星架10的介轮轴孔10-2中。太阳轮17的外部具有齿轮，内部具有内花键，输出轴21的外部具有外花键，太阳轮17与输出轴21之间采用花键连接。主轴5与输出轴21的轴心在同一根直线上。输出轴轴承24的轴承座与行星架下风向中心孔10-3一体成型，另一个实施例中，如图2所示，输出轴轴承24的轴承座安装在行星架10的下风向，正对行星架下风向中心孔10-3处。

输出轴21的下风向端21-2与发电机转子22的上风向端22-1连接，发电机转子22的下风向端22-2通过发电机主轴承19支撑在发电机定子23的内孔上，发电机转子22和发电机定子23之间有气隙。发电机转子22的上风向端22-1的内孔22-1-1直径和后箱体14的内孔14-1直径均大于太阳轮17的直径。发电机定子23通过螺栓与后箱体14连接。轮毂连接法兰盘1直接与风力发电机的轮毂相连，或者通过风机主轴与风力发电机的轮毂相连。发电机定子23上正对输出轴21处开设有开孔，开孔上可拆卸地安装有后箱盖18。输出轴21的下风向端21-2通过涨紧力锁紧盘20与发电机转子22的上风向端22-1的内孔22-1-1连接。后箱体14全部或部分包容于发电机转子22内，发电机定子23的最大径向尺寸大于或等于后箱体14的最大径向尺寸。

应用本实施例时，风轮轮毂的扭矩通过轮毂连接法兰盘1和主轴5传递给内齿圈7，内齿圈7与N个介轮8啮合，形成N分流；N个介轮8传递功率给N个第一级行星轮，第一级行星轮的行星轮轴13带动第二级行星轮15转动；N个第二级行星轮15与同一个太阳轮17啮合，实现合流；太阳轮17通过花键连接带动输出轴21转动；输出轴21通过锁紧盘20带动发电机转子22转动，从而发电。

本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，具有前箱体（6）、后箱体（14）、主轴（5）、行星架（10），其特征在于：

所述行星架（10）设置在所述前箱体（6）和所述后箱体（14）之间，所述行星架（10）上设有延伸到前箱体（6）和后箱体（14）之外的扭力臂（12)；所述主轴（5）包括主轴上风向端（5-1）、主轴下风向端细径部（5-2）和主轴下风向端粗径部（5-3）；

所述主轴上风向端（5-1）通过主轴上风向轴承（2）支撑在所述前箱体（6）的内孔上；所述主轴下风向端细径部（5-2）通过主轴下风向轴承（3）支撑在所述行星架（10）上；主轴下风向端粗径部（5-3）与内齿圈（7）固定连接;

所述内齿圈（7）与所述行星架（10）上安装的至少三个的介轮（8）啮合，每一个所述介轮（8）分别与一个相应的行星轮轴（13）的第一行星轮啮合，所述第一行星轮设在所述行星轮轴（13）的上风向端并位于所述行星架（10）内，所述内齿圈（7）、介轮（8）与第一行星轮组成第一级定轴传动副；

所述行星轮轴（13）通过行星轴上风向轴承（4）支撑在所述行星架（10）的行星轴孔（10-1）上，并向下风向延伸至伸出所述行星架（10）之外，通过行星轴下风向轴承（16）支撑在所述后箱体（14）上；

每一个所述行星轮轴（13）的伸出所述行星架（10）之外的部分还分别连接有一个第二级行星轮（15），所述第二级行星轮（15）位于所述行星架（10）和所述后箱体（14）构成的空腔内，并与同一个太阳轮（17）啮合，所述第二级行星轮（15）与所述太阳轮（17）组成第二级定轴传动副；

所述太阳轮（17）连接在输出轴（21）上，所述输出轴（21）的上风向端（21-1）通过输出轴轴承（24）支撑在所述行星架（10）上，所述输出轴（21）的下风向端（21-2）伸出后箱体（14）之外；

所述主轴（5）与所述输出轴（21）的轴心在同一根直线上。

2.根据权利要求1所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述主轴上风向端（5-1）与轮毂连接法兰盘（1）连接。

3.根据权利要求2所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述轮毂连接法兰盘（1）通过螺栓与所述主轴（5）连接。

4.根据权利要求1所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述内齿圈（7）与所述主轴（5）之间通过焊接或者螺栓固定连接。

5.根据权利要求1所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述介轮（8）通过满滚子轴承（9）与介轮轴（11）连接，所述介轮轴（11）安装在所述行星架（10）的介轮轴孔（10-2）中。

6.根据权利要求1所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述太阳轮（17）的外部具有齿轮，内部具有内花键，所述输出轴（21）的外部具有外花键，所述太阳轮（17）与所述输出轴（21）之间采用花键连接。

7.根据权利要求1所述的一体化的半直驱风力发电机传动链用齿轮箱，其特征在于：所述输出轴轴承（24）的轴承座与行星架下风向中心孔（10-3）一体成型，或者所述输出轴轴承（24）的轴承座安装在所述行星架（10）的下风向，正对所述行星架下风向中心孔（10-3）处。

8.一种应用权利要求1到7所述的任一齿轮箱的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述输出轴（21）的下风向端（21-2）与发电机转子（22）的上风向端（22-1）连接，所述发电机转子（22）的下风向端（22-2）通过发电机主轴承（19）支撑在发电机定子（23）的内孔上，所述发电机转子（22）和发电机定子（23）之间有气隙。

9.根据权利要求8所述的一种一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述发电机转子（22）的上风向端（22-1）的内孔（22-1-1）直径和后箱体（14）的内孔（14-1）直径均大于所述太阳轮（17）的直径。

10.根据权利要求8所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述发电机定子（23）通过螺栓与后箱体（14）连接。

11.根据权利要求8所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述轮毂连接法兰盘（1）直接与风力发电机的轮毂相连，或者通过风机主轴与风力发电机的轮毂相连。

12.根据权利要求8所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述发电机定子（23）上正对所述输出轴（21）处开设有开孔，所述开孔上安装有后箱盖（18）。

13.根据权利要求12所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述后箱盖（18）可拆卸地安装在所述开孔上。

14.根据权利要求8所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述输出轴（21）的下风向端（21-2）通过涨紧力锁紧盘（20）与所述发电机转子（22）的上风向端（22-1）的内孔（22-1-1）连接。

15.根据权利要求8所述的一体化的半直驱风力发电机传动链，其特征在于：所述后箱体（14）全部或部分包容于所述发电机转子（22）内，所述发电机定子（23）的最大径向尺寸大于或等于所述后箱体（14）的最大径向尺寸。