CN104832378B - 风力发电机传动系统、传动链及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机传动系统、传动链及风力发电机。该风力发电机传动系统，包括设置于风力发电机的机舱底架上的主轴和增速箱，增速箱包括第一级行星传动机构、第二级行星传动机构和平行轴传动机构；第一级行星传动机构包括第一级齿圈、第一级行星架、第一级行星轮、第一级太阳轮和第一级太阳轴；第二级行星传动机构包括第二级齿圈、第二级行星架、第二级行星轮、第二级太阳轮和第二级太阳轴；主轴与第一级齿圈驱动连接，第一级行星架与支撑架固定连接；第一级太阳轴与第二级行星架驱动连接，第二级太阳轴与平行轴传动机构的输入端驱动连接。该风力发电机传动系统的结构紧凑，有利于传动系统的拆装，提高吊装便利性和效率。

Description

风力发电机传动系统、传动链及风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种风力发电机传动系统、风力发电机传动链及风力发电机。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械能的动力机械。现有的风力发电机的传动链条为：叶轮(包括叶片和轮毂)→主轴→增速箱→发电机。叶轮的轮毂安装在主轴的一端，另一端与增速箱的输入端相连，主轴通过轴承及轴承座固定在机舱底架上。增速箱将主轴传来的低速大扭矩转变输出为高速低扭矩，增速箱的输出端与发电机连接，从而实现风力发电。

风力发电机的叶轮产生的扭矩过大，如果直接作用在增速箱上，增速箱难以承受会导致其内部结构损坏，因此，需要在叶轮与增速箱之间设置一根主轴，以减小传递至增速箱上的扭矩；为了进一步减小传递至增速箱的扭矩，一般尽量增加主轴的长度，因此其重量和体积过大，导致制造成本较高，拆装和起吊困难，造成安装维护不便等问题。

为了捕获理想的风能，叶轮转速与风速之间必须保持一定的叶尖速比，因此，叶轮转速往往控制在25r/min以下。但是，对于采用高转速发电的风力发电机，为达到发电机的工作转速，必须通过具有较高传动比的增速箱，将低转速提升至高工作转速。

现有技术中的传动链条中通常采用实心主轴+一级行星传动+两级平行轴的结构，这种结构和传动方式，使得传动链条自身通常较长，占用空间较大，导致成本增加、安装维护困难。在这种情况下，一方面，需要尽可能要增加主轴长度，增加增速箱体积，以减小扭矩传递和提高传动比；另一方面，为了控制成本和便于安装维护，需要控制传动链条的体积和占用空间，因此，在一定程度上限制了风力发电机的性能和效率。

面对上述问题，如何对风力发电机的包括主轴、增速箱在内的传动链条提出改进，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为了简化风力发电机的传动结构，本发明提出一种风力发电机传动系统、风力发电机传动链及风力发电机。

一方面，本发明提供了一种风力发电机传动系统，包括设置于风力发电机的机舱底架上的主轴和增速箱，所述增速箱包括第一级行星传动机构、第二级行星传动机构和平行轴传动机构；

所述第一级行星传动机构包括第一级齿圈、第一级行星架、第一级行星轮、第一级太阳轮和第一级太阳轴；所述第二级行星传动机构包括第二级齿圈、第二级行星架、第二级行星轮、第二级太阳轮和第二级太阳轴；

所述主轴与所述第一级齿圈驱动连接，所述第一级行星架与所述机舱底架固定连接；所述第一级太阳轴与所述第二级行星架驱动连接，所述第二级太阳轴与所述平行轴传动机构的输入端驱动连接。

进一步地，还包括固定设置于所述机舱底架上的第一回转支承；

并且，所述第一回转支承的外圈固定设置于所述机舱底架上，所述第一级行星架与所述外圈连接，并通过所述外圈与所述机舱底架固定连接；

所述主轴与所述第一级回转支承的内圈连接，所述内圈与所述第一级齿圈的连接。

进一步地，所述主轴为中空筒状结构。

进一步地，所述主轴包括支撑筒和扭力筒，所述支撑筒套设于所述扭力筒的外部，并且，所述支撑筒与所述机舱底架以及所述第一回转支承的外圈连接，所述扭力筒与所述第一回转支承的内圈连接。

进一步地，所述扭力筒与所述第一回转支承的内圈为一体式结构；

或者，第一回转支承的内圈与所述第一级齿圈为一体式结构；

或者，所述扭力筒与所述第一回转支承的内圈、所述第一级齿圈为一体式结构。

进一步地，所述主轴的筒壁上开设有维修孔。

进一步地，所述第一级行星架上设置有与所述第一级太阳轴同轴的中央回转体，所述中央回转体上设置有电滑环；并且所述中央回转体与所述电滑环为所述主轴内部。

进一步地，所述风力发电机传动系统还包括固定设置于所述机舱底架上的第二回转支承，所述第二回转支承的外圈固定设置于所述机舱底架，所述第二回转支承的内圈设置于所述主轴的输入端，并用于连接所述主轴与风力发电机的叶轮。

进一步地，所述增速箱外部设置有用于向所述增速箱提供润滑油的润滑油箱和用于为所述增速箱的润滑油降温的散热器。

本发明的风力发电机传动系统中，增速箱采用两级行星传动机构和一级平行轴传动机构，同时采用主轴驱动第一级行星传动机构的第一级齿圈的传动方式，实现主轴带动增速箱转动而传递扭矩，并使第一级行星架与机舱底架固定连接，因而，得益于这种结构布置和传动方式，本发明的风力发电机传动系统的结构更紧凑，更有利于传动系统的拆装，提高吊装便利性和效率，同时该传动系统为进一步对其结构进行改进提供了基础。

另一方面，本发明还提供一种风力发电机传动链，包括叶轮、传动系统和发电机，所述传动系统为上述任意一项所述的风力发电机传动系统，所述叶轮与所述主轴连接，所述增速箱与所述发电机连接。

又一方面，本发明还提供一种风力发电机，其设置有上述的风力发电机传动链。

本发明的风力发电机传动链和风力发电机均设置有本发明上述的风力发电机传动系统，因此，也具有与风力发电机传动系统对应的技术效果，不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种风力发电机传动系统结构示意图，为了便于理解，图中还示出了风力发电机的机舱底架；

图2为图1所示风力发电机传动系统的剖面结构示意图，为了便于描绘，该图仅示出了部分结构的剖视图；

图3为图1所示风力发电机传动系统的增速箱的剖面结构示意图。

附图标记说明

10-主轴；20-增速箱；21-第一级行星传动机构；211-第一行级星架；212-第一级太阳轴；213-第一级齿圈；214-第一级行星轮；22-第二级行星传动机构；221-第二级行星架；222-第二级太阳轴；223-第二级行星轮；23-平行轴传动机构；30-机舱底架；40-第一回转支承；50-第二回转支承；60-润滑油箱；70-中央回转体；80-电滑环；90-维修孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，此外，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明实施例提供的一种风力发电机传动系统结构示意图，为了便于理解，图中还示出了风力发电机的机舱底架；图2为图1所示风力发电机传动系统的剖面结构示意图，为了便于描绘，该图仅示出了部分结构的剖视图；图3为图1所示风力发电机传动系统的增速箱的剖面结构示意图。

结合图1至图3所示，本发明实施例提供的风力发电机传动系统包括主轴10和增速箱20，主轴10和增速箱20设置于风力发电机的机舱底架30上。该增速箱20包括两级行星传动机构(即第一级行星传动机构21和第二级行星传动机构22)和一级平行轴传动机构23。其中，第一级行星传动机构21包括第一级齿圈213、第一级行星架211、第一级行星轮214、第一级太阳轮和第一级太阳轴212；第二级行星传动机构包括第二齿圈、第二级行星架221、第二级行星轮223、第二级太阳轮和第二级太阳轴222。主轴10与第一级齿圈213驱动连接，第一级行星架211与机舱底架30固定连接；第一级太阳轴212与第二行星架221驱动连接，第二级太阳轴222与平行轴传动机构23的输入端驱动连接。

需要说明的是，对于该实施例的增速箱，本文未描述的两级行星传动机构和一级平行轴传动机构的具体结构和内部连接传动关系可参考相关现有技术，此处不再过多描述。进一步地需要说明的是，本发明采用的平行轴传动机构23可以采用一根输出轴，不多赘述；也可以采用两根平行的输出轴，动力传递至平行轴传动机构23的输入端后，再分别传递至两个输出轴输出动力，可以利用两个输出轴同时连接电机，更充分的利用风机的动力来发电，本发明对此不做限定。

本发明实施例的风力发电机传动系统中，增速箱采用两级行星传动机构和一级平行轴传动机构，同时采用主轴驱动第一级行星传动机构的第一级行星轮的传动方式，实现主轴带动增速箱转动而传递扭矩，并使第一级行星架与机舱底架固定连接，因而，得益于这种结构布置和传动方式，本发明的风力发电机传动系统的结构更紧凑，更有利于传动系统的拆装，提高吊装便利性和效率，同时该实施例的传动系统为进一步对其结构进行改进提供了基础。

如上所述，由于该实施例的风力发电机传动系统中主轴10直接驱动增速箱20的第一级齿圈，因此，作为该实施例的优选方案，如图2和图3所示，该实施例的一方面，将主轴10配置为中空筒状结构，即将原有的实心主轴结构改为筒状结构；另一方面，主轴10通过可以通过回转支承驱动第一级齿圈。具体的，该风力发电机传动系统包括固定设置于机舱底架30上的第一回转支承40，优选第一回转支承40的外圈固定设置于该机舱底架30上，第一行星架211与该外圈固定连接，进而通过该外圈与机舱底架30固定连接；主轴10配置为中空的筒状结构，其输出端(即图2所示主轴10的右端)与第一回转支承40的内圈连接，该内圈与第一级齿圈213连接。

在该优选方案中，主轴10与增速箱20的第一级行星传动机构21之间采用第一级回转支承40进行驱动连接，由于回转支承的结构与齿圈类似，更容易实现驱动第一级行星传动机构21的第一级齿圈213；采用内圈驱动第一级齿圈213可以允许将第一级行星架211直接与外圈连接固定，方便连接。

作为优选的方案，主轴10的筒状结构可以是双层筒结构，包括支撑筒和扭力筒，支撑筒套设于扭力筒的外部，并且，支撑筒与机舱底架30以及第一回转支承40的外圈连接，扭力筒与第一回转支承40的内圈连接，如此，主轴10的输出端(即扭力筒的输出端)更容易与第一级回转支承40的内圈实现连接配合。因此，筒状结构的主轴使得该风力发电机传动系统的结构更为紧凑，连接安装更便利，同时也大幅减轻风力发电机传动系统的重量和成本，并提高了吊装的便利性。更为优选地，主轴10的扭力筒可以与第一回转支承40的内圈为一体式结构。

更进一步地，如图2所示，该实施例中的第一级回转支承40的内圈与第一级行星传动机构21的第一级齿圈213为一体式结构，也就是说，内圈的内壁上设置轮齿，直接作为第一级齿圈213与第一级行星轮214啮合；实施时，可将该优选方案与上述优选方案相结合，即主轴10的扭力筒与第一回转支承40的内圈、第一级齿圈213三者为一体式结构，从而大大简化了结构，并节省了制造成本。

此外，根据上述描述，结合图2和图3可知，该实施例采用上述结构和连接关系后，其增速箱20的第二级齿圈固定，第二级太阳轴222驱动平行轴传动机构的输入端，实质上第二级太阳轴222为浮动状态，因此，该第二级太阳轴222具有自动调心功能，从而可以弥补该传动系统的制造误差。

由于上述的第一级行星架211可以固定设置于第一级回转支承40的外圈(或者说机舱底架30)上，因此可以固定不动，因此，该实施例还优选在第一级行星架211上设置有中央回转体70，该中央回转体70上安装有电滑环80，用于机舱与叶轮轮毂之间电源、信号和通讯的传递。如图2所示，该中央回转体70与第一级太阳轴212同轴，并与电滑环80设置于第一级行星架211的左侧，伸向筒状主轴10的内部，充分利用主轴10的内部空间。现有的风力发电机采用二级行星传动的增速箱，其第一级行星架在主轴驱动下旋转，因此必需在太阳轴上开孔，才能确保通过的线缆不被扭断，与此相比，本发明的风力发电机传动系统中，其增速箱20的第一级行星架211固定不动，因此，可以避免在其太阳轴上开孔，降低了制造难度和制造成本。

该实施例的风力发电机传动系统还优选包括固定设置于机舱底架30上的第二回转支承50，如图2所示，第二回转支承50的外圈固定设置于该机舱底架30，第二回转支承50的内圈设置于主轴10的输入端(即图中主轴10的左端)，用于将主轴10和风力发电机的叶轮轮毂连接。如果本发明实施例中的主轴10采用上述的双层筒结构，即包括支撑筒和扭力筒，则其支撑筒的两端可以分别连接第一回转支承40的外圈和第二回转支承50的外圈，扭力筒的两端可以分别连接第一回转支承40的内圈和第二回转支承50的内圈；当然，也可以支撑筒和扭力筒也可以分别与回转支承的外圈和内圈配置为一体式结构。

该实施例中的增速箱20还对润滑系统提出了改进，如图2所示，该增速箱20的外部设置有用于向增速箱20提供润滑油的润滑油箱60，并相应设置一油泵，将润滑油箱60的润滑油泵入增速箱20，为增速箱20内的齿轮等提供润滑。同时，增速箱20外部还设置有为润滑油降温的散热器80，可以将润滑油流经该散热器80，具体可以参见相关现有技术。该实施例采用外置的润滑油箱60使增速箱20内部的润滑油能够内外循环，方便润滑油的降温冷却。

在上述结构的基础上，该实施例的风力发电机传动系统还优选在主轴10的筒壁上开设有维修孔90，并可在主轴10外部设置维修梯，便于维修人员进入主轴内筒进行维修工作。维修孔90可以设置一个也可以设置多个，优选在主轴10的筒壁上设置三个维修孔90。

综上所述，本发明上述实施例提供的风力发电机传动系统，优选将主轴10配置为筒状结构，并通过第一回转支承40驱动增速箱20的第一级齿圈213，并且优选第一回转支承40的内圈与第一级齿圈213为一体式结构，第一级齿圈213通过第一级行星轮214带动第一级太阳轮和第一级太阳轴212转动，第一级太阳轴212驱动第二级行星架221，第二齿级圈固定，第二级太阳轴222浮动并驱动平行轴传动机构，平行轴传动机构的输出端输出动力和扭矩；因此，整个传动系统的结构紧凑，各结构的连接安装便利，并且降低了生产制造成本。

相应地，本发明实施例还提供一种风力发电机传动链(图中未示出)，其包括叶轮、传动系统和发电机，其中的传动系统为上述实施例提供的风力发电机传动系统，叶轮与主轴10连接，例如可以通过上述第二回转支承50与主轴10连接；增速箱20与发电机连接。

此外，本发明实施例还提供一种风力发电机，其设置有上述的风力发电机传动链。

由此，上述风力发电机传动链和风力发电机均设置有本发明上述实施例提供的风力发电机传动系统，因此，也具有与风力发电机传动系统对应的有益效果，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机传动系统，包括设置于风力发电机的机舱底架(30)上的主轴(10)和增速箱(20)，其特征在于，所述增速箱(20)包括第一级行星传动机构(21)、第二级行星传动机构(22)和平行轴传动机构；

所述第一级行星传动机构(21)包括第一级齿圈(213)、第一级行星架(211)、第一级行星轮(214)、第一级太阳轮和第一级太阳轴(212)；所述第二级行星传动机构(22)包括第二级齿圈、第二级行星架(221)、第二级行星轮(223)、第二级太阳轮和第二级太阳轴(222)；

所述主轴(10)与所述第一级齿圈(213)驱动连接，所述第一级行星架(211)与所述机舱底架(30)固定连接；所述第一级太阳轴(212)与所述第二级行星架(221)驱动连接，所述第二级太阳轴(222)与所述平行轴传动机构的输入端驱动连接；

所述风力发电机传动系统还包括固定设置于所述机舱底架(30)上的第一回转支承(40)；

并且，所述第一回转支承(40)的外圈固定设置于所述机舱底架(30)上，所述第一级行星架(211)与所述外圈连接，并通过所述外圈与所述机舱底架(30)固定连接；

所述主轴(10)与所述第一回转支承(40)的内圈连接，所述内圈与所述第一级齿圈(213)连接；

所述主轴(10)为中空筒状结构；

所述主轴(10)包括支撑筒和扭力筒，所述支撑筒套设于所述扭力筒的外部，并且，所述支撑筒与所述机舱底架(30)以及所述第一回转支承(40)的外圈连接，所述扭力筒与所述第一回转支承(40)的内圈连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机传动系统，其特征在于，所述扭力筒与所述第一回转支承(40)的内圈为一体式结构；

或者，第一回转支承(40)的内圈与所述第一级齿圈(213)为一体式结构；

或者，所述扭力筒与所述第一回转支承(40)的内圈、所述第一级齿圈(213)为一体式结构。

3.根据权利要求1所述的风力发电机传动系统，其特征在于，所述主轴(10)的筒壁上开设有维修孔(90)。

4.根据权利要求1所述的风力发电机传动系统，其特征在于，所述第一级行星架(211)上设置有与所述第一级太阳轴(212)同轴的中央回转体(70)，所述中央回转体(70)上设置有电滑环(80)；并且所述中央回转体(70)与所述电滑环(80)在所述主轴(10)内部。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的风力发电机传动系统，其特征在于，还包括固定设置于所述机舱底架(30)上的第二回转支承(50)，所述第二回转支承(50)的外圈固定设置于所述机舱底架(30)， 所述第二回转支承(50)的内圈设置于所述主轴(10)的输入端，并用于连接所述主轴(10)与风力发电机的叶轮。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的风力发电机传动系统，其特征在于，所述增速箱(20)外部设置有用于向所述增速箱(20)提供润滑油的润滑油箱(60)和用于为所述增速箱(20)的润滑油降温的散热器。

7.一种风力发电机传动链，包括叶轮、传动系统和发电机，其特征在于，所述传动系统为权利要求1至6中任意一项所述的风力发电机传动系统，所述叶轮与所述主轴(10)连接，所述增速箱(20)与所述发电机连接。

8.一种风力发电机，其特征在于，设置有权利要求7中所述的风力发电机传动链。