CN112838698A - 发电机的固定轴及包括其的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机的固定轴及包括其的风力发电机，其包括轴身和设置于轴身外侧壁的中间法兰，中间法兰用于连接定子支撑，中间法兰的远离所述轴身的一端设置有固定部，固定部的至少一端沿固定轴的轴线方向突出于中间法兰的表面并朝向轴身的端部方向延伸，定子支撑抵靠并连接于固定部。本发明提供的发电机的固定轴及包括其的风力发电机通过在固定轴的中间法兰的端部设置一固定部，从而提供一个用于和定子支撑固定的支撑平台，支撑平台沿轴向方向突出于中间法兰，加强了中间法兰与定子支撑的连接端的结构刚度，还提供了更大的面积来固定定子支撑，从而使对定子支撑的固定效果得到保证的同时，支撑效果也更好。

Description

发电机的固定轴及包括其的风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种发电机的固定轴及包括其的风力发电机。

背景技术

对于直驱型风力发电机组来说，一般有两种轴承结构的设置方式：单个大轴承结构直驱发电机和两个小轴承支撑结构发电机。大轴承结构主要通过一个尺寸较大的主轴承支撑，风力发电机组的风轮风轮载荷由主轴承传递到固定轴。通过两个小轴承支撑的结构为一个设置在旋转轴的前端与固定轴的前端之间，另一个设置在旋转轴的后端与固定轴之间。两个小轴承支撑的方式相对于单个大轴承来说，将载荷分配到了两个轴承，使两个轴承共同承担，所以轴承的成本更低，有利于生产成本的控制。

然而，由于通过两个小轴承支撑方式的发电机，与轴承相配的发电机固定轴尺寸较小，因此导致固定轴的刚性较低。尤其是对于安装定子支撑的固定轴中间法兰来说，由于其需要对外圈的定子起到支撑效果，所以该处的结构刚度有更高要求。通常的定子支撑通过一沿中间法兰的进行延伸至定子内侧的支架实现对定子的支撑，为了加强支撑效果，会在中间法兰的两侧采用加强筋结构进行加强。但是加强筋对加强中间法兰的轴向刚度效果较好，但是对于中间法兰的扭转刚度的加强效果并不理想，导致其整体的结构刚度并不能完全得到保证。

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风力发电机的固定轴通过定子支撑固定的方式的结构强度及刚度和固定效果较差的缺陷，提供一种发电机的固定轴及包括其的风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种发电机的固定轴，其包括轴身和设置于所述轴身的外侧壁的中间法兰，所述中间法兰用于连接定子支撑，其特点在于，所述中间法兰的远离所述轴身的一端设置有固定部，所述固定部的至少一端沿所述固定轴的轴线方向突出于所述中间法兰的表面并朝向所述轴身的端部方向延伸，所述定子支撑抵靠并连接于所述固定部。

在本方案中，通过在固定轴的中间法兰的端部设置一固定部，从而提供一个用于和定子支撑固定的支撑平台，并且该支撑平台沿轴向方向突出于中间法兰的表面，其支撑并连接于中间法兰，即通过该固定部结构，在保证了轴向刚度的前提下，还加强了扭转刚度，从而加强了中间法兰与定子支撑的连接端的结构刚度，并且该固定部还提供了相较于中间法兰的远离固定轴的一端端面更大的面积来固定定子支撑，从而使对定子支撑的固定效果得到保证的同时，使支撑效果也更好。

较佳地，所述固定部沿所述轴身的周向环设，所述固定部形成一与所述轴身同轴的筒形结构。固定部设置成与固定轴同轴的筒形结构，即也与定子同轴，对于定子支撑来说，由于两者为相互平行的设置方式，因此支撑效果也更为稳定，并且固定轴沿轴身的轴向环设，使法兰上应力分布也较为均匀，有利于结构刚度的保证。

较佳地，所述固定部的一端具有若干沿所述固定部的周向排布的第一连接开孔，所述固定部与所述定子支撑之间通过螺栓组件穿过所述定子支撑的一端和所述第一连接开孔进行固定连接。固定部和定子支撑间通过螺栓组件进行连接，方便，快速。

较佳地，所述固定部沿所述轴线方向的长度不小于所述中间法兰沿所述轴线方向的厚度的1.5倍，以保证固定部起到足够的强度和支撑效果。

较佳地，所述固定轴与所述中间法兰之间设置有若干第一加强件，所述第一加强件沿所述固定部的周向排布。第一加强件的设置，能够进一步提高固定部以及中间法兰的刚度。

较佳地，所述定子支撑的连接所述固定部的一端设置有连接法兰，所述连接法兰沿所述轴线方向的截面形状为“L”形，所述连接法兰的第一弯折边抵于所述固定部的远离所述轴身的一侧表面，所述连接法兰的第二弯折边抵于所述固定部的一端并与所述固定部的一端连接。将定子支撑的与固定部相连的连接法兰设置成截面为“L”形的结构形式，能够使定子支撑与固定部的配合效果更好。

较佳地，所述第二弯折边的表面具有第一对应孔，所述第一对应孔对应于所述第一连接开孔的位置相对设置，所述螺栓组件同时穿过所述第一对应孔和所述第一连接开孔。固定部和定子支撑间通过螺栓组件进行连接，方便，快速。

较佳地，所述第一弯折边的远离所述第二弯折边的端部具有第二对应孔，所述第二对应孔用于与所述固定轴的连接环进行连接。连接法兰的两端分别与固定部和连接环连接，使定子支撑与固定部的连接效果更佳，并且定子支撑结构在运行时也更加稳定。

较佳地，所述定子支撑包括前端板、后端板和支撑圆环，所述前端板、支撑圆环、后端板与所述定子支撑的连接法兰依次首尾相接形成所述定子支撑，所述定子支撑环设于所述固定部的外圈。定子支撑通过首尾相接的四个结构形成一整体，相较于仅有一个支架进行支撑的方式，结构的刚度得到大幅度提升。

较佳地，所述定子支撑的连接法兰的沿所述轴线方向的两端分别连接至所述前端板和所述后端板，所述定子支撑的内部围设形成一腔体。定子支撑的四个结构围设，能够在定子支撑的内部形成一腔体，便于布置冷却器等部件，提高了结构的空间利用度。

较佳地，所述定子支撑还包括第二加强件，所述第二加强件设置于所述腔体内，并且所述第二加强件的至少两侧连接至所述腔体的内侧壁，以进一步提高定子支撑的刚度。

较佳地，所述固定轴还包括第三加强件，所述轴身的一端具有后端法兰，所述第三加强件的两端分别连接至所述后端法兰和所述中间法兰。第三加强件在中间法兰的后侧对其进行支撑，进一步保证支撑效果，同时还连接至后端法兰，使整个固定轴结构的整体刚度提升，不仅提高了中间法兰的刚度，也能够提升后端法兰的刚度。

较佳地，所述第三加强件与所述轴身之间形成一加强腔室，所述加强腔室沿所述轴身的周向延伸。加强腔室的存在，使固定轴的扭转刚度得到提高，弯曲刚度也能进一步加强。

较佳地，所述第三加强件形成一环形结构，所述环形结构的直径不小于所述中间法兰的外圈直径的60％，以保证足够的加强效果。

一种风力发电机，其包括转子、定子，转轴和轴承组件，其特点在于，所述风力发电机还包括如上所述的固定轴，所述转轴位于所述固定轴的外圈，所述轴承组件设置于所述固定轴和所述转轴之间。

较佳地，所述风力发电机还包括连接环，所述固定部的一端连接于所述定子支撑，所述连接环设置于所述固定部的另一端，所述连接环的一端连接至所述固定部的另一端，所述连接环的另一端连接至所述定子支撑。在固定部的另一端增设一个连接环，将固定部另一端和定子支撑也进行连接，从而使定子支撑与固定轴中间法兰的连接刚度进一步提升。

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：

本发明提供的发电机的固定轴及包括其的风力发电机通过在固定轴的中间法兰的端部设置一固定部，从而提供一个用于和定子支撑固定的支撑平台，并且该支撑平台沿轴向的两端突出于中间法兰的表面，其中部支撑并连接于中间法兰，即通过该固定部结构，在保证了轴向刚度的前提下，还加强了扭转刚度，从而加强了中间法兰与定子支撑的连接端的结构刚度，并且该固定部还提供了相较于中间法兰的远离固定轴的一端端面更大的面积来固定定子支撑，从而使对定子支撑的固定效果得到保证的同时，使支撑效果也更好。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的风力发电机的部分结构的剖面示意图。

图2为本发明较佳实施例的风力发电机的轴向一侧的剖面结构示意图。

图3为图2中A部分的局部结构示意图。

图4为本发明较佳实施例的风力发电机的部分结构的剖面示意图。

图5为本发明较佳实施例的定子支撑的剖面结构示意图。

附图标记说明：

固定轴1

轴身11

中间法兰12

固定部13

第一连接开孔131

连接环14

外侧通孔141

内侧通孔142

第一加强件15

第三加强件16

后端法兰17

定子支撑2

连接法兰21

第一对应孔211

第二对应孔212

前端板22

后端板23

支撑圆环24

第二加强件25

转子3

定子4

转轴5

风轮侧轴承61

机舱侧轴承62

具体实施方式

下面通过一较佳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所述的实施例范围之中。

如图1-5所示，本实施例提供一种发电机的固定轴及包括其的风力发电机，该固定轴1包括轴身11和设置于轴身11外侧壁的中间法兰12，中间法兰12用于连接定子支撑2。中间法兰12的远离轴身11的一端设置有固定部13，固定部13的至少一端沿固定轴1的轴线方向突出于中间法兰12的表面并朝向轴身11的端部方向延伸，定子支撑2抵靠并连接于固定部13。

通过在固定轴1的中间法兰12的端部设置一固定部13，从而提供一个用于和定子支撑2固定的支撑平台，并且该支撑平台沿轴向方向突出于中间法兰12的表面，其支撑并连接于中间法兰12，即通过该固定部13结构，在保证了轴向刚度的前提下，还加强了扭转刚度，从而加强了中间法兰12与定子支撑2的连接端的结构刚度，并且该固定部13还提供了相较于中间法兰12的远离固定轴1的一端端面更大的面积来固定定子支撑2，从而使对定子支撑2的固定效果得到保证的同时，使支撑效果也更好。

在本实施例中，固定部13设置为朝向固定轴1的两端延伸，即固定轴1的中部固定于中间法兰12的一端，形成突出于中间法兰12两侧表面的更大的支撑平台。当然，在其他实施例中，也可将固定部13设置为只朝固定轴1的一端延伸。优选地，固定部13沿轴身11的周向环设，并形成一与轴身11同轴的筒形结构。筒形结构的固定部13与定子4同轴，对于定子支撑2来说，支撑效果也更为稳定，并且固定轴1沿轴身11的轴向环设，使法兰上应力分布也较为均匀，有利于结构刚度的保证。通过上述设置，固定部13与中间法兰12形成一个T形的结构，该T形结构来加强固定轴1中间法兰12的刚度，并增加定子支撑2与固定轴1的中间法兰12的配合长度。

优选地，在本实施例中，固定部13沿轴线方向的长度不小于中间法兰12沿轴线方向的厚度的1.5倍，以保证固定部13起到足够的强度和支撑效果。当然，在其他实施例中，也可设置为其他的尺寸规格，只要不影响固定部13的固定效果即可。

另外，为了进一步提高固定部13以及中间法兰12的刚度，固定轴1与中间法兰12之间还可设置有若干第一加强件15，使第一加强件15沿固定部13的周向排布。在本实施例中，第一加强件15即加强筋结构，或者其他等同于加强筋效果的加强结构均可。在其他实施例中，也可不设置加强件，直接通过中间法兰12承担载荷，只要保证中间法兰12的刚度足够即可。

进一步地，固定部13的一端具有若干沿固定部13的周向排布的第一连接开孔131，固定部13与定子支撑2之间通过螺栓组件穿过定子支撑2的一端和第一连接开孔131进行固定连接。固定部13和定子支撑2间通过螺栓组件进行连接，方便，快速。

为了保证更好的连接固定效果，本实施例中的风力发电机还包括有连接环14，连接环14设置于固定部13的另一端，连接环14的一端连接至固定部13的另一端，连接环14的另一端连接至定子支撑2。在固定部13的另一端增设一个连接环14，将固定部13另一端和定子支撑2也进行连接，相当于从固定部13和定子支撑2的两侧均对两者进行连接，从而使定子支撑2与固定轴1中间法兰12的连接刚度进一步提升。其他实施例中也可不设置连接环14结构。

对于定子支撑2与固定部13的连接结构，该定子支撑2的连接固定部13的一端设置连接法兰21，通过连接法兰21和固定部13进行连接。优选地，连接法兰21沿轴线方向的截面形状为“L”形，该“L”形的连接法兰21的第一弯折边抵于固定部13的远离轴身11的一侧表面，连接法兰21的第二弯折边抵于固定部13的一端并与固定部13的一端连接。将定子支撑2的与固定部13相连的连接法兰21设置成截面为“L”形的结构形式，能够使定子支撑2与固定部13的配合效果更好。

相对应地，固定部13与定子支撑2的连接位置位于第二弯折边上。具体地，第二弯折边的表面具有第一对应孔211，第一对应孔211对应于第一连接开孔131的位置相对设置，螺栓组件同时穿过第一对应孔211和第一连接开孔131。

在通过连接环14进行加强连接的设置下，第一弯折边的远离第二弯折边的端部具有与加强环对应的第二对应孔212，第二对应孔212用于与固定轴1的连接环14进行连接。连接法兰21的两端分别与固定部13和连接环14连接，使定子支撑2与固定部13的连接效果更佳，并且定子支撑2结构在运行时也更加稳定。

在本实施例中，将连接环14的表面设置有分别对应于固定部13和连接法兰21的外侧通孔141和内侧通孔142，外侧通孔141用于和连接法兰21的第一弯折边的一端进行连接，内侧通孔142用于和固定部13的另一端进行连接，均是通过螺栓组件进行进一步固定。

另外，对于定子支撑2结构来说，其包括前端板22、后端板23和支撑圆环24，前端板22、支撑圆环24、后端板23与定子支撑2的连接法兰21依次首尾相接形成定子支撑2，定子支撑2环设于固定部13的外圈。定子支撑2通过首尾相接的四个结构形成一整体，相较于仅有一个支架进行支撑的方式，结构的刚度得到大幅度提升。优选地，定子支撑2的连接法兰21的沿轴线方向的两端分别连接至前端板22和后端板23，定子支撑2的内部围设形成一腔体。定子支撑2的四个结构围设，能够在定子支撑2的内部形成一腔体，便于布置冷却器等部件，提高了结构的空间利用度。

由于固定部13的结构配合于固定轴1的中间法兰12，因此固定部13相对于定子支撑2的支撑圆环24来说结构较小。因此，通过前端板22、后端板23、支撑圆环24和连接法兰21形成的定子支撑2，其沿径向的截面能够呈一倒梯形，相对于现有的基本呈T形的定子支撑2来说，刚度大大提升。

进一步地，定子支撑2还包括第二加强件25，第二加强件25设置于腔体内，并且第二加强件25的至少两侧连接至腔体的内侧壁，以进一步提高定子支撑2的刚度。在本实施例中，第二加强件25也采用加强筋结构，或者其他等同于加强筋效果的加强结构均可。在其他实施例中，也可不设置第二加强件25，只要保证定子支撑2的刚度足够即可。

该发电机的固定轴1的轴身11一侧还设置有后端法兰17，在此基础上，该固定轴1结构还包括有第三加强件16，第三加强件16的两端分别连接至后端法兰17和中间法兰12。固定轴1的后端法兰17用于与风力发电机的机舱架连接，用于支撑整个直驱风力发电机。第三加强件16在中间法兰12的后侧对其进行支撑，进一步保证支撑效果，同时还连接至后端法兰17，使整个固定轴1结构的整体刚度提升，不仅提高了中间法兰12的刚度，也能够提升后端法兰17的刚度。进一步地，第三加强件16与轴身11之间形成一加强腔室，加强腔室沿轴身11的周向延伸。

加强腔室的存在，使固定轴1的扭转刚度得到提高，弯曲刚度也能进一步加强。优选地，第三加强件16为一加强圆环，围设于轴身11的外圈处，通过加强圆环和轴身11表面之间的空间形成上述的加强腔室。相对于仅布置加强筋的方式，对提升固定轴1法兰结构的刚度效果更好。在本实施例中，加强腔室的内部同样设置加强筋结构，再一步提升整体的刚度。当然，在其他实施例中，也可仅设置加强腔室即可。

另外，在本实施例中，第三加强件16形成的环形结构，其环形结构的直径不小于中间法兰12的外圈直径的60％，以保证足够的加强效果。当然，在其他实施例中，第三加强件16也可设置为其他的尺寸规格。

本实施例还提供了一种风力发电机，其包括转子3、定子4，转轴5和轴承组件，进一步地还包括上述的固定轴1。转轴5位于固定轴1的外圈，轴承组件设置于固定轴1和转轴5之间。轴承组件包括风轮侧轴承61和机舱侧轴承62，固定轴1的前端和后端分别布置风轮侧轴承61和机舱侧轴承62，两个轴承的内圈与固定轴1配合，两个轴承的外圈与转轴5配合。转轴5的法兰和转子3的法兰连接，该风力发电机运行时，风轮能够带动转轴5和转子3一起旋转。

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 (16)

1.一种发电机的固定轴，其包括轴身和设置于所述轴身的外侧壁的中间法兰，所述中间法兰用于连接定子支撑，其特征在于，所述中间法兰的远离所述轴身的一端设置有固定部，所述固定部的至少一端沿所述固定轴的轴线方向突出于所述中间法兰的表面并朝向所述轴身的端部方向延伸，所述定子支撑抵靠并连接于所述固定部。

2.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述固定部沿所述轴身的周向环设，所述固定部形成一与所述轴身同轴的筒形结构。

3.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述固定部的一端具有若干沿所述固定部的周向排布的第一连接开孔，所述固定部与所述定子支撑之间通过螺栓组件穿过所述定子支撑的一端和所述第一连接开孔进行固定连接。

4.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述固定部沿所述轴线方向的长度不小于所述中间法兰沿所述轴线方向的厚度的1.5倍。

5.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述固定轴与所述中间法兰之间设置有若干第一加强件，所述第一加强件沿所述固定部的周向排布。

6.如权利要求3所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述定子支撑的连接所述固定部的一端设置有连接法兰，所述连接法兰沿所述轴线方向的截面形状为“L”形，所述连接法兰的第一弯折边抵于所述固定部的远离所述轴身的一侧表面，所述连接法兰的第二弯折边抵于所述固定部的一端并与所述固定部的一端连接。

7.如权利要求6所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述第二弯折边的表面具有第一对应孔，所述第一对应孔对应于所述第一连接开孔的位置相对设置，所述螺栓组件同时穿过所述第一对应孔和所述第一连接开孔。

8.如权利要求6所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述第一弯折边的远离所述第二弯折边的端部具有第二对应孔，所述第二对应孔用于与所述固定轴的连接环进行连接。

9.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述定子支撑包括前端板、后端板和支撑圆环，所述前端板、支撑圆环、后端板与所述定子支撑的连接法兰依次首尾相接形成所述定子支撑，所述定子支撑环设于所述固定部的外圈。

10.如权利要求9所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述定子支撑的连接法兰的沿所述轴线方向的两端分别连接至所述前端板和所述后端板，所述定子支撑的内部围设形成一腔体。

11.如权利要求10所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述定子支撑还包括第二加强件，所述第二加强件设置于所述腔体内，并且所述第二加强件的至少两侧连接至所述腔体的内侧壁。

12.如权利要求1所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述固定轴还包括第三加强件，所述轴身的一端具有后端法兰，所述第三加强件的两端分别连接至所述后端法兰和所述中间法兰。

13.如权利要求12所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述第三加强件与所述轴身之间形成一加强腔室，所述加强腔室沿所述轴身的周向延伸。

14.如权利要求13所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述第三加强件形成一环形结构，所述环形结构的直径不小于所述中间法兰的外圈直径的60％。

15.一种风力发电机，其包括转子、定子，转轴和轴承组件，其特征在于，所述风力发电机还包括如权利要求1-14中任意一项所述的固定轴，所述转轴位于所述固定轴的外圈，所述轴承组件设置于所述固定轴和所述转轴之间。

16.如权利要求15所述的发电机的固定轴，其特征在于，所述风力发电机还包括连接环，所述固定部的一端连接于所述定子支撑，所述连接环设置于所述固定部的另一端，所述连接环的一端连接至所述固定部的另一端，所述连接环的另一端连接至所述定子支撑。

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