CN111852787A - 风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机，该风力发电机组包括前机架、风机叶轮、旋转轴、固定轴、前轴承和后轴承，固定轴设在前机架朝向风机叶轮的一侧，固定轴具有与前机架的内部连通的通孔，旋转轴设于通孔内，旋转轴的前端伸出通孔且与风机叶轮的轮毂固定连接，轮毂套设于固定轴的外侧且能相对于固定轴转动；前轴承和后轴承均设于固定轴或旋转轴上，风机叶轮的重心位于前轴承和后轴承之间。本发明通过使风机叶轮的重心位于前后轴承之间，缩短了风机叶轮的重心至两个轴承的力臂，减少轴承承担的风机叶轮的弯矩，进而减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷，因而可以减小轴承的尺寸，降低风力发电机组成本。

Description

风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机。

背景技术

现有技术中，已知风力发电机组的驱动链将风轮的转速通过齿轮箱加速传递至发电机，同时将外载荷传递至前机架和塔筒。随着风力发电技术的不断发展，单机容量不断提升，使得风电机组的载荷水平和外形尺寸也不断增大。相应地，生产制造、运输和安装成本也越来越高。其中，轴承的尺寸对总成本影响很大，减小风电机组驱动链中的主轴承尺寸能有效降低风力发电机组成本。

在现有的风力发电机组的驱动链结构中，如附图1所示，主要包含轮毂1、主轴2、前轴承座3、前轴承4、后轴承座5、后轴承6、齿轮箱7和前机架8。轮毂1和主轴2通过螺栓固定连接；前轴承座3和后轴承座5通过螺栓与前机架8连接；齿轮箱7通过弹性支撑座与前机架8连接。前轴承4处的疲劳载荷明显高于轮毂1的旋转中心，并且风机叶轮的质量越大，疲劳载荷增加的幅度越显著，轴承距离轮毂的中心越远，所受的风机叶轮的疲劳交变载荷越大(风机叶轮的重心在轮毂的中心附近)。

现有的风力发电机组的驱动链结构的前轴承和后轴承都位于风机叶轮的轮毂的一侧，不仅需承受固定风机叶轮的弯矩，同时前、后轴承距离轮毂的中心较远也增大了其承受的风机叶轮的交变重力矩和疲劳交变载荷，因此需要较大尺寸的轴承，相应地使得主轴、前轴承座、后轴承座尺寸也会变大，增加了生产制造和运输成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风力发电机组的驱动链结构，所述风力发电机组包括前机架、风机叶轮、旋转轴、前轴承和后轴承，所述风力发电机组还包括固定轴，所述固定轴设在所述前机架朝向所述风机叶轮的一侧，所述固定轴具有与所述前机架的内部连通的通孔，所述旋转轴设于所述通孔内，所述旋转轴的前端伸出所述通孔且与所述风机叶轮的轮毂固定连接，所述轮毂套设于所述固定轴的外侧且能相对于所述固定轴转动；

所述前轴承和所述后轴承均设于所述固定轴或所述旋转轴上，所述风机叶轮的重心位于所述前轴承和所述后轴承之间。

在本方案中，采用上述结构形式，通过改变风机叶轮的轮毂的安装结构，将前机架前侧的固定轴以及旋转轴伸入轮毂中，并使风机叶轮的重心位于前后两轴承之间，缩短了风机叶轮的重心至两个轴承的力臂，减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，进而减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷，因而可以减小轴承的尺寸，降低风力发电机组成本。

较佳地，所述前轴承的内环部和所述后轴承的内环部均套设于所述固定轴上，所述前轴承的外环部和所述后轴承的外环部均与所述轮毂的内侧壁连接。

在本方案中，采用上述结构形式，不但减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，而且使风机叶轮的交变重力矩主要由固定轴承担，使轴承只承担风机叶轮的弯矩，从而消除了风机叶轮的交变重力矩对轴承的影响，减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷，因而可以减小轴承的尺寸，降低风力发电机组成本。并且，旋转轴只需承担扭矩，不仅可以减小旋转轴的外径尺寸，便于生产制造和安装，还避免了旋转轴长期承受较大的疲劳交变载荷发生断裂，增加其使用寿命，保证风力发电机组的长期稳定运行。

较佳地，所述固定轴的外周面位于所述后轴承的后侧设有第一限位凸起，所述轮毂的内侧壁位于所述后轴承的前侧设有第二限位凸起，所述后轴承设于所述第一限位凸起和所述第二限位凸起之间。

在本方案中，采用上述结构形式，在安装时，先将后轴承套设在固定轴上并使后轴承的后侧部与第一限位凸起抵靠，再将风机叶轮的轮毂套设在固定轴上并使轮毂上的第二限位凸起与后轴承的前侧部抵靠，不仅可以在组装时快速对后轴承的安装进行定位，还能避免后轴承发生移位，增强风机叶轮运行的稳定性。

较佳地，所述轮毂的内侧壁位于所述前轴承的后侧设有第三限位凸起，所述前轴承的后侧部与所述第三限位凸起抵接。

在本方案中，采用上述结构形式，在轮毂套设在固定轴上后将前轴承安装在固定轴上，使前轴承的后侧部与第三限位凸起抵靠，再在前轴承的前侧部进行限位，不仅可以快速对前轴承进行安装定位，还能避免前轴承发生移位，增强风机叶轮运行的稳定性。

较佳地，所述前轴承的内环部和所述后轴承的内环部均套设于所述旋转轴上，所述前轴承的外环部和所述后轴承的外环部均与所述通孔的内壁面连接。

在本方案中，采用上述结构形式，不但减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，使风机叶轮的交变重力矩由轴承和固定轴共同承担，通过固定轴分担风机叶轮的部分交变重力矩，进而可以有效减少轴承的尺寸，降低轴承的生产和运输安装成本。

较佳地，所述通孔的内壁面位于所述前轴承的后侧设有第四限位凸起，所述通孔的内壁面位于所述后轴承的前侧设有第五限位凸起。

在本方案中，采用上述结构形式，在安装时，先将轮毂与旋转轴固定，再将前轴承套设在旋转轴上并对前轴承的前侧部进行限位，再将旋转轴插入固定轴的通孔内，再将后轴承套设在旋转轴上，然后使前轴承的后侧部与通孔内侧壁的第四限位凸起抵靠以及后轴承的前侧部与第五限位凸起抵靠，可以快速对前、后轴承进行安装定位。

较佳地，所述旋转轴与所述轮毂连接的一端设有连接部，所述连接部在所述旋转轴的周向上沿所述旋转轴的径向方向向外延伸，所述旋转轴通过所述连接部与所述轮毂固定连接。

在本方案中，采用上述结构形式，便于旋转轴与轮毂固定连接。

较佳地，所述连接部与所述轮毂可拆卸固定连接。

在本方案中，采用上述结构形式，便于旋转轴和轴承的安装、维修或更换。

较佳地，所述风机叶轮的重心与所述前轴承和所述后轴承的距离相同。

在本方案中，采用上述结构形式，使前轴承和后轴承承受风机叶轮相同的弯矩。

较佳地，所述固定轴的径向方向的外径自所述前机架朝向所述风机叶轮的方向由大变小。

在本方案中，采用上述结构形式，由于风机叶轮的弯矩先由轴承传递给固定轴后再传递给前机架，固定轴的前端所需承受的弯矩载荷作用较小，沿轴向向前机架的方向固定轴所需承受的弯矩载荷逐渐变大，因此将固定轴做成自前机架朝向风机叶轮的方向的外径尺寸由大变小，更符合承载原理。

较佳地，所述前机架的内部设有齿轮箱，所述旋转轴远离所述轮毂的一端与所述齿轮箱的输入端连接。

一种风力发电机，所述风力发电机包含如上所述的风力发电机组的驱动链结构。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的风力发电机组的驱动链结构通过改变风机叶轮的轮毂的安装结构，将前机架前侧的固定轴以及旋转轴伸入轮毂中，并使风机叶轮的重心位于前后两轴承之间，缩短了风机叶轮的重心至两个轴承的力臂，减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，进而减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷，因而可以减小轴承的尺寸，降低风力发电机组成本。

附图说明

图1为现有的风力发电机组的驱动链结构的结构示意图。

图2为本发明实施例1中风力发电机组的驱动链结构的结构示意图。

图3为本发明实施例2中风力发电机组的驱动链结构的结构示意图。

附图标记说明：

固定轴10

通孔11

第一限位凸起101

第四限位凸起102

第五限位凸起103

轮毂20

第二限位凸起201

第三限位凸起202

前轴承30

后轴承40

旋转轴50

前机架60

增速齿轮箱70

连接部80

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在以下的实施例范围之中。

如图2所示，本实施例的风力发电机组包括前机架60、风机叶轮、旋转轴50、固定轴10、前轴承30和后轴承40，固定轴10设在前机架60朝向风机叶轮的一侧，固定轴10通过螺栓与前机架60可拆卸连接，便于固定轴10和前机架60的生产、运输和安装。

该固定轴10具有与前机架60的内部连通的通孔11，旋转轴50设于通孔11内，旋转轴50的前端伸出通孔11且与风机叶轮的轮毂20固定连接，前轴承30的内环部和后轴承40的内环部均套设于固定轴10上，风机叶轮的轮毂20套设于前轴承30和后轴承40上，前轴承30的外环部和后轴承40的外环部均与轮毂20的内侧壁连接，使风机叶轮能随着旋转轴50相对于固定轴10转动。

其中，前轴承30和后轴承40分别位于轮毂20中心的两侧，以使风机叶轮的重心位于前轴承30和后轴承40之间。在本实施例中，前轴承30和后轴承40分别位于轮毂20的两端，风机叶轮的重心与前轴承30和后轴承40的距离相同，使前轴承30和后轴承40承受风机叶轮相同的弯矩。

通过改变风机叶轮的轮毂20的安装结构，使风机叶轮的重心位于前轴承30和后轴承40之间，缩短了风机叶轮的重心至两个轴承的力臂，减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，进而减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷。同时，风机叶轮的交变重力矩主要由固定轴10承担，使轴承只承担风机叶轮的弯矩，从而消除了风机叶轮的交变重力矩对轴承的影响，进一步减小了轴承所需承受的疲劳交变载荷，因而可以减小轴承的尺寸，降低风力发电机组成本。并且，旋转轴50只需承担扭矩，不仅可以减小旋转轴50的外径尺寸，便于生产制造和安装，还避免了旋转轴50长期承受较大的疲劳交变载荷发生断裂，增加其使用寿命，保证风力发电机组的长期稳定运行。

通过将前机架60前侧的固定轴10以及旋转轴50伸入轮毂20中，相比轮毂20位于旋转轴50的端部外的安装方式，能加强轮毂20刚度，提高其承载能力，同时可以有效缩短前机架60和机舱罩长度，使风力发电机组的结构更紧凑，降低总体成本。

需要注意的是，前轴承30和后轴承40可以只是单个轴承件，也可以是多个轴承组合的轴承件。在本实施例中，前轴承30和后轴承40都只是单个轴承件。但在其它实施例中，前轴承30和后轴承40可以只有一个是单个轴承件，也可以都是多个轴承组合的轴承件，在此不再赘述。

当然，在其它实施例中，前轴承30和后轴承40之间还可以设置其它轴承。或者，还可以在本实施例的基础上，在旋转轴50和固定轴10之间设置轴承，在此不再赘述。

如图2所示，固定轴10的外周面位于后轴承40的后侧设有第一限位凸起101，轮毂20的内侧壁位于后轴承40的前侧设有第二限位凸起201，后轴承40设于第一限位凸起101和第二限位凸起201之间。在安装时，先将后轴承40套设在固定轴10上并使后轴承40的后侧部与第一限位凸起101抵靠，再将风机叶轮的轮毂20套设在固定轴10上并使轮毂20上的第二限位凸起201与后轴承40的前侧部抵靠，不仅可以在组装时快速对后轴承40的安装进行定位，还能避免后轴承40发生移位，增强风机叶轮运行的稳定性。

如图2所示，轮毂20的内侧壁位于前轴承30的后侧设有第三限位凸起202，前轴承30的后侧部与第三限位凸起202抵接。在轮毂20套设在固定轴10上后将前轴承30安装在固定轴10上，使前轴承30的后侧部与第三限位凸起202抵靠，再在前轴承30的前侧部进行限位，不仅可以快速对前轴承30进行安装定位，还能避免前轴承30发生移位，增强风机叶轮运行的稳定性。

为了避免轮毂20带动旋转轴50旋转时旋转轴50发生偏转，导致机器故障，在安装时，使旋转轴50的中心轴线与轮毂20的旋转轴线重合。

如图2所示，为便于旋转轴50与轮毂20固定连接，旋转轴50与轮毂20连接的一端设有法兰状的连接部80，连接部80在旋转轴50的周向上沿旋转轴50的径向方向向外延伸，旋转轴50通过连接部80与轮毂20固定连接。其中，在本实施例中，连接部80与旋转轴50一体成型。当然，连接部80与旋转轴50也可以通过焊接或其它固定方式固定。

在本实施例中，该法兰状的连接部80通过螺栓与轮毂20固定连接，便于旋转轴50和轴承的安装、维修或更换。

当然，在其它实施例中，该连接部80也可以与轮毂20采用焊接等方式连接。

如图2所示，固定轴10的径向方向的外径自前机架60朝向风机叶轮的方向由大变小，使固定轴10形成一个朝向前机架60的喇叭口状的外形结构。固定轴10设置这样的结构是由于风机叶轮的弯矩先由轴承传递给固定轴10后再传递给前机架60，固定轴10的前端所需承受的弯矩载荷作用较小，沿轴向向前机架60的方向固定轴10所需承受的弯矩载荷逐渐变大，因此将固定轴10做成自前机架60朝向风机叶轮的方向的外径尺寸由大变小，更符合承载原理。

因此，在本实施例中，根据固定轴10的外形结构，前轴承30的尺寸比后轴承40的尺寸小。

当然，在其它实施例中，可以将固定轴10的后轴承40安装处至固定轴10的外端部加工成相同的外径，在此不再赘述。

如图2所示，旋转轴50远离轮毂20的一端与风力发电机组的增速齿轮箱70的输入端连接，将风机叶轮的转速通过增速齿轮箱70加速传递至发电机进行发电。

本实施例还公开了一种风力发电机，该风力发电机包含上述的风力发电机组的驱动链结构。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的其它结构大体相同，主要区别在于：前轴承30的内环部和后轴承40的内环部均套设于旋转轴50上，前轴承30的外环部和后轴承40的外环部均与通孔11的内壁面连接。

采用上述结构，不但减少了轴承承担的风机叶轮的弯矩，使风机叶轮的交变重力矩由轴承和固定轴10共同承担，通过固定轴10分担风机叶轮的部分交变重力矩，也可以减少轴承的尺寸，降低轴承的生产和运输安装成本。

如图3所示，在本实施例中，通孔11的内壁面位于前轴承30的后侧设有第四限位凸起102，通孔11的内壁面位于后轴承40的前侧设有第五限位凸起103。在安装时，先将轮毂20与旋转轴50固定，再将前轴承30套设在旋转轴50上并对前轴承30的前侧部进行限位，再将旋转轴50插入固定轴10的通孔11内，再将后轴承40套设在旋转轴50上，然后使前轴承30的后侧部与通孔11内侧壁的第四限位凸起102抵靠以及后轴承40的前侧部与第五限位凸起103抵靠，可以快速对前轴承30、后轴承40进行安装定位。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种风力发电机组的驱动链结构，所述风力发电机组包括前机架、风机叶轮、旋转轴、前轴承和后轴承，其特征在于，所述风力发电机组还包括固定轴，所述固定轴设在所述前机架朝向所述风机叶轮的一侧，所述固定轴具有与所述前机架的内部连通的通孔，所述旋转轴设于所述通孔内，所述旋转轴的前端伸出所述通孔且与所述风机叶轮的轮毂固定连接，所述轮毂套设于所述固定轴的外侧且能相对于所述固定轴转动；

所述前轴承和所述后轴承均设于所述固定轴或所述旋转轴上，所述风机叶轮的重心位于所述前轴承和所述后轴承之间。

2.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述前轴承的内环部和所述后轴承的内环部均套设于所述固定轴上，所述前轴承的外环部和所述后轴承的外环部均与所述轮毂的内侧壁连接。

3.如权利要求2所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述固定轴的外周面位于所述后轴承的后侧设有第一限位凸起，所述轮毂的内侧壁位于所述后轴承的前侧设有第二限位凸起，所述后轴承设于所述第一限位凸起和所述第二限位凸起之间。

4.如权利要求2所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述轮毂的内侧壁位于所述前轴承的后侧设有第三限位凸起，所述前轴承的后侧部与所述第三限位凸起抵接。

5.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述前轴承的内环部和所述后轴承的内环部均套设于所述旋转轴上，所述前轴承的外环部和所述后轴承的外环部均与所述通孔的内壁面连接。

6.如权利要求5所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述通孔的内壁面位于所述前轴承的后侧设有第四限位凸起，所述通孔的内壁面位于所述后轴承的前侧设有第五限位凸起。

7.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述旋转轴与所述轮毂连接的一端设有连接部，所述连接部在所述旋转轴的周向上沿所述旋转轴的径向方向向外延伸，所述旋转轴通过所述连接部与所述轮毂固定连接。

8.如权利要求7所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述连接部与所述轮毂可拆卸连接。

9.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述风机叶轮的重心与所述前轴承和所述后轴承的距离相同。

10.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述固定轴的径向方向的外径自所述前机架朝向所述风机叶轮的方向由大变小。

11.如权利要求1所述的风力发电机组的驱动链结构，其特征在于，所述前机架的内部设有齿轮箱，所述旋转轴远离所述轮毂的一端与所述齿轮箱的输入端连接。

12.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包含如权利要求1-11任意一项所述的风力发电机组的驱动链结构。

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